Dalam Proses Kondensat Amonia PT.PIM Menggunakan Karbon Aktif Pada Fixed Bed Column Dengan Pendekatan Response Surface Methode

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

Optimasi Adsorpsi Fe Dan CO2 Dalam Proses Kondensat Amonia
PT.PIM Menggunakan Karbon Aktif Pada Fixed Bed Column
Dengan Pendekatan Response Surface Methode
Brian Marchsal*1, Marwan2 dan Asri Gani3
Pasca Sarjana Teknik Kimia, Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh 23111, Indonesia
Jurusan Teknik Kimia, Universitas Syiah Kuala Banda Aceh 23111, Indonesia
* e-mail : brian@pim.co.id

ABSTRAK
Penelitian ini mempelajari tentang proses adsorpsi unsur logam Fe dan CO2 di
dalam proses kondensat yang menggunakan adsorben karbon aktif dengan sistem
aliran kontinyu yang dioptimalkan dilakukan dengan metode respon surface.
Konsentrasi awal dan laju alir inlet divariasikan sebagai variabel proses
sedangkan waktu breakthrough dan kapasitas adsorpsi sebagai variabel yang
diamati. Rasio Ct/C0 memakai ambang batas maksimum konsentrasi kontaminan
yaitu 0.025 ppm untuk Fe dan 5 ppm untuk CO2 serta kapasitas adsorpsi pada

kondisi breakthrough. Sebuah model pengaruh dari konsentrasi dan laju umpan
masuk disusun untuk masing-masing respon dan didapatkan model polinomial
kuadratik. Nilai waktu breakthrough dan kapasitas adsorpsi dalam kondisi
optimal tidak terdapat perbedaan yang jauh dengan nilai prediksi yang diberikan
oleh model. Untuk range C0 Fe : 0.4-0.7 ppm, C0 CO2 : 30-100 ppm dan Qw : 2030 ml/ menit, variabel optimum yang direkomendasikan adalah C0 Fe : 0.5 ppm,
C0 CO2 : 61.38 ppm dan Qw : 30 ml/menit. Hasil eksperimen di dapat waktu
breakthrough Fe : 224.5 menit, waktu breakthrough CO2 : 198.4 menit dan
kapasitas adsorpsi Fe : 0.029 mg/g, kapasitas adsorpsi CO2 : 3.2 mg/g.

Kata Kunci : Adsorpsi, Fixed Bed Column, Karbon Aktif, RSM

ABSTRACT
This research studied about the adsorption process of Fe and CO2 metal element
in condensate process using active carbon adsorbent with optimized continuous
flow system done by surface response method. Initial concentration and inlet
flow rate are varied as process variables while breakthrough time and
adsorption capacity as observed variables. The Ct/C0 ratio uses a maximum
threshold of the contaminant concentration of 0.025 ppm for Fe and 5 ppm for
CO2 and the adsorption capacity at breakthrough. An influence model of the
incoming feed concentration and rate was prepared for each response and a

quadratic polynomial model was obtained. The value of breakthrough time and
the adsorption capacity under optimal conditions is not much different from the
prediction value given by the model. For Co Fe: 0.4-0.7 ppm, C0 CO2: 30-100
ppm and Qw: 20-30 ml/ min, the recommended optimum is C0 Fe: 0.5 ppm, C0
CO2: 61.38 ppm and Qw: 30 ml/min . The experimental results in the

9

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

breakthrough time of Fe: 224.5 minutes, CO2 breakthrough time: 198.4 minutes
and adsorption capacity of Fe: 0.029 mg/g, CO2 adsorption capacity: 3.2 mg/g.
Keyword : Adsorption, Fixed Bed Column, Activated Carbon, RSM
produksi air kebutuhan proses pabrik.
Secara ekonomis, pemanfaatan proses
kondensat ini sangat menguntungkan
karena dapat menghemat konsumsi

demin dan filter water sebesar 47,3%.
Apabila proses kondensat dapat
diumpankan ke demin plant, maka
dapat menghemat biaya air sebesar Rp
112.337,5/jam dan akan mencapai
BEP dengan harga resin selama 9,3
bulan (asumsi harga resin per vessel
Rp 750.000.000) (Laporan Evaluasi
Teknis PIM, 2013). Untuk itu, perlu
dilakukan
penelitian
untuk
mengurangi
jumlah
komponen
pengotor proses kondensat yang akan
dikirim ke demin plant. Salah satu
metode yang bisa dilakukan adalah
adsorpsi. Pemilihan metode adsorpsi
sangat cocok dilakukan mengingat

pengotor yang akan diserap berupa
CO2 dan logam Fe.
Adsorpsi merupakan metode proses
yang paling banyak di aplikasikan
pada
proses
pengolahan
air
dikarenakan desain dan operasional
yang mudah. Oleh karena itu, metode
adsorpsi sangat dikenal secara luas
dikarenakan ekonomis dan mudah
untuk diaplikasikan. Namun perlu
dilakukan pemilihan adsorben yang
tepat untuk mendapatkan hasil
adsorpsi yang optimal.
Karbon aktif merupakan adsorbent
umum
yang
dipakai

untuk
menyisihkan polutan limbah cair.
Karbon aktif memiliki kapasitas
adsorpsi
yang
tinggi
bahkan
persentase penyisihan mencapai 100%
(Lin and Juang, 2009). Adsorpsi oleh
arang aktif akan melepaskan gas,
cairan dan zat padat dari larutan

1. Pendahuluan
Proses
kondensat
merupakan
akumulasi hasil kondensasi uap air
dari
primary
reformer,

reaksi
pembentukan air di secondary
reformer hingga ke unit shift converter
(HTS dan LTS) di pabrik amonia PIM.
Secara design, proses kondensat ini
dipakai kembali sebagai umpan demin
plant yang kemudian akan digunakan
sebagai boiler feed water. Namun,
selama pabrik amonia 2 PIM
beroperasi, proses kondensat tidak
dapat dimanfaatkan kembali sebagai
boiler feed water, dikarenakan adanya
komponen-komponen pengotor.
Proses kondensat ini mengandung
komponen pengotor berupa 4000
ppmw CO2. Sebelum proses kondensat
di kirim ke demin plant, proses
kondensat tersebut di-strip secara
berlawanan arah (counter current)
berkontakan dengan steam high

tekanan 40 – 42 bar
di Proses
Kondensat
Stripper
(61-150-E).
Produk Proses Kondensat dipompakan
ke demin plant dengan mengandung
maksimal 10 ppm ammonia,dan 10
ppm CO2 serta kandungan logam –
logam lainnya. Pada kondisi aktual
diketahui terjadi penurunan kualitas
proses kondensat. Kualitas yang buruk
dari proses kondensat setelah melalui
proses stripping membuat sekitar 4550 ton/jam proses kondensate tidak
bisa dimanfaatkan kembali dan harus
dibuang ke sewer.
Hal ini akan berimbas kepada
efisiensi produksi karena proses
kondensat
seharusnya

dapat
mengurangi biaya pemakaian dan

10

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

pendekatan dengan metode response
surface. Sehingga melalui penelitian
dan kajian ini diharapkan didapat
informasi mengenai kondisi optimal
pada proses penyerapan Fe dan CO2 di
dalam proses kondensat dengan
menggunakan karbon aktif pada fixed
bed
column
sehingga

mampu
memberikan
alternatif
terhadap
penyelesaian permasalahan proses
kondensat yang sejak pabrik amonia 2
PIM beroperasi belum pernah
mendapatkan solusi yang tepat. Selain
itu, dengan adanya solusi mengenai
proses kondensat ini bisa didapat
efisiensi produksi yang tinggi.

dimana
kecepatan
reaksi
dan
kesempurnaan pelepasan tergantung
pada pH, suhu, konsentrasi awal,
ukuran molekul, berat molekul dan
struktur molekul. Penyerapan terbesar

adalah pada pH rendah. Dalam
laboratorium
manual
disebutkan
bahwa pada umumnya kapasitas
penyerapan
arang
aktif
akan
meningkat dengan turunnya pH dan
suhu air. Pada pH rendah aktifitas dari
bahan larut dengan larutan meningkat
sehingga bahan-bahan larut untuk
tertahan pada arang aktif lebih rendah.
Banyak penelitian dilakukan
dengan
metode
batch
dengan
memvariasikan

kondisi
operasi
adsorpsi seperti waktu, konsentrasi,
pH dan temperatur. Dari hasil
penelitian itu didapat hasil sebagai
informasi teknis, mekanisme dan
kinetika dari proses adsorpsi yang
didapat
dan
sebagian
besar
menggunakan
model
persamaan
Langmuir dan Freundlich untuk
memprediksi nilai kapasitas adsorpsi.
Savic et al, 2012 menyatakan untuk
mengoptimalkan adsorpsi Fe (III)
dengan bentonit pada kondisi batch
dengan
menggunaka
metodologi
Response Surface Methode (RSM) dan
Artifisial Neural Network (ANN)
dengan memvariasikan konsentrasi
awal (Ca0) dan waktu kontak. Setelah
dilakukan optimasi dalam kondisi
batch, maka didapat jumlah Fe yang
teradsorpsi sebesar 91.15%.
Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui kondisi operasi adsorpsi
optimal untuk penyerapan Fe dan CO2
pada fixed bed column sehingga dapat
diketahui kapasitas adsorpsi terbesar
dan waktu penyerapan (waktu
breakthrough) untuk mendapatkan
waktu pemakaian adsorben yang
maksimal
dengan
menggunakan

2. Metodologi
2.1 Bahan dan Alat
Karbon aktif granular komersil
calgon ukuran 3 – 5 mm digunakan
sebagai adsorben. Percobaan adsorpsi
dengan menggunakan fixed bed
column,
dilakukan
dengan
menggunakan kolom silinder kaca
dengan diameter (ID) 24 mm dan
panjang 25 cm. Kolom silinder kaca
ini kemudian diisi dengan karbon aktif
hingga penuh ( berat karbon aktif 90
gram). Larutan kondensat yang
mengandung Fe dan CO2 dipompakan
dengan menggunakan
pompa
diafragma (Milten Roy Dozing Pump)
ke dalam kolom adsorpsi.
Laju alir larutan diatur dengan
menggunakan pengatur laju alir yang
terdapat pada fasilitas pompa dan
disesuaikan dengan variabel dari
masing – masing laju alir. Larutan
outlet (effluent) mengalir kebawah
dengan sistem downflow (one
through). Larutan kemudian keluar
melalui bagian bawah kolom adsorpsi
dan ditampung pada inteval waktu
tertentu. Larutan kondensat yang telah
dipisahkan berdasarkan waktu untuk
11

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

kemudian
dilakukan
konsentrasi Fe dan CO2.

analisa
(1)

2.2 Response Surface Methode,
Penentuan Waktu breaktrough
dan Kapasitas Adsorpsi

Dimana :
qb
Qv
tb
C0
mc

Penelitian ini dilakukan untuk
menentukan optimalisasi variabel
yang
akan
digunakan
dengan
menggunkan software Design Expert
6.0.8. Untuk menentukan desain
parameter menggunakan Central
Composite Design. Tiga parameter
yaitu konsentrasi umpan masuk Fe dan
CO2 serta laju alir masuk menjadi
variabel berubah dan didapat nilai α =
1.68 yang selanjutnya dimasukkan
kedalam software, sehingga didapat 20
run percobaan yang dihasilkan dari
software design expert 6.0.8. Waktu
penyerapan (breakthrough) (tb) dan
kapasitas penyerapan (qb) menjadi
variabel
respon.
Konsentrasi
komponen yang diadsorpsi dapat
digambarkan
melalui
kurva
breakthrough sehingga menunjukkan
karakteristik penyerapan komponen
yang terserap dalam fixed bed column.
Waktu
breakthrough
dapat
didefinisikan sebagai perbandingan
antara konsentrasi komponen yang
diadsorpsi (Fe dan CO2) di aliran
outlet dengan konsentrasi komponen
yang diadsorpsi pada aliran inlet (Fe
dan CO2) yang di anggap sebagai
fungsi
waktu.
Untuk
basis
perhitungan, nilai batasan untuk
konsentrasi breakthrough diambil
berdasarkan desain produk proses
kondensat dari KBR (Kellog Brown &
Root) yaitu sebesar 0.025 ppm untuk
konsentrasi Fe dan 5 ppm untuk
konsentrasi CO2. Nilai kapasitas
adsorpsi dihitung dengan persamaan
sebagai berikut :

= kapasitas adsorpsi (mg/g)
= laju alir outlet (L/menit)
= waktu operasi (menit)
= konsentrasi inlet (ppm)
= berat adsorbent (g)

2.3 Optimasi Proses
Optimasi proses dilakukan untuk
mendapatkan
nilai
waktu
breakthrough dan kapasitas adsorpsi
yang optimal dengan menggunakan
software
design
expert.
Nilai
parameter yang direkomendasikan
oleh software selanjutnya akan
dilakukan verifikasi melalui sebuah
re-run eksperimen. Setelah dilakukan
re-run,
selanjutnya
hasil
uji
eksperimen akan dibandingkan dengan
nilai prediksi yang berikan oleh
model.
2.4 Analisa Komponen Fe dan CO2
Setiap hasil yang diperoleh
dilakukan analisa uji mutu di
labotarium
sentral
PT.PIM.
Komponen Fe dan CO2 berasal dari
proses kondensat yang diambil dari
produk proses kondensat di outlet
proses kondensat stripper pabrik
amonia 2 PT.PIM. Analisa uji
komponen Fe hasil adsorpsi diukur
dengan metode ASTM-D 1068 dengan
menggunakan alat Atomic Absorption
Spektrofotometer (Shimadzu UV1601) sedangkan komponen CO2
diukur dengan metode precise
evolution (ASTM-512).
3.

12

Hasil dan Pembahasan

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

Dalam waktu tertentu, lapisan
paling atas akan mengalami titik jenuh
dan kemampuan penyerapanya akan
berkurang,
sehingga
lapisan
berikutnya akan menjadi lapisan awal
yang akan melakukan penyerapan.
Dalam interval waktu tertentu,
konsentrasi Fe dan CO2 akan
meningkat dan akan mendekati
konsentrasi inlet dikeranakan adsorben
yang sudah jenuh.

3.1 Karakterisasi Adsorben Karbon
Aktif
Karakteristik dari karbon aktif ini
terdiri
atas
struktur
grafit
cryptocrystalline dengan ukuran pori
nanometer. Berdasarkan pengukuran
penyerapan gas nitrogen,
luas
permukaan penyerapan karbon aktif
dapat mencapai 400 – 1500 m2/gr.
Transfer massa melalui pori – pori
karbon dapat mencapai volume 0.2 – 1
cm3/gr.

3.3 Pengaruh Konsentrasi dan Laju
Alir Outlet terhadap Waktu
Breakthrough

3.2 Mekanisme Adsorpsi
Laju alir inlet (Qw) dan
konsentrasi awal (C0) larutan dari
masing-masing komponen yaitu Fe
dan CO2 merupakan 3 variabel proses
yang dijadikan sebagai variabel
berubah untuk mendapatkan waktu
breakthrough (tb)
dan kapasitas
adsorpsi (qb). Mekanisme adsorpsi Fe
dan CO2 dilakukan secara simultan
pada karbon aktif dengan sistem
adsorpsi
secara
dinamis
yang
berlangsung di dalam sebuah unggun
yang berisikan karbon aktif.
Kontaminan dapat masuk ke
dalam pori karbon aktif dan
terakumulasi didalamnya, apabila
kontaminan terlarut di dalam air dan
ukuran pori kontaminan lebih kecil
dibandingkan dengan ukuran pori
karbon aktif. Metode aliran yang
digunakan adalah down flow (aliran
dari atas kebawah). Dengan metode
ini, kontaminan akan lebih mudah dan
cepat teradsorpsi dimana lapisan
bagian atas akan menjadi lapisan
pertama tempat terjadinya kontak
dengan larutan yang memiliki
konsentrasi tinggi dan lapisan
selanjutnya akan menjadi tempat
terjadinya kontak, begitu seterusnya.

Waktu breakthrough didapat dari
kurva breakthrough dengan cara
memplotkan antara data Ct dan C0
berdasarkan waktu, dimana C0
merupakan konsentrasi kontaminan di
inlet dan Ct merupakan konsentrasi
kontaminan larutan keluar dari kolom.
Garcia-Sanchez
et
al.
(2013)
menyebutkan kurva breakthrough
menunjukkan karakter pelepasan ion
kontaminan pada larutan didalam
kolom fixed bed dan pada umumnya
dinyatakan
sebagai
konsentrasi
kontaminan yang terserap yang
didefinisikan sebagai rasio antara
konsentrasi kontaminan outlet dan
konsentrasi kontaminan inlet (Ct/C0)
dalam fungsi waktu atau volume dari
outlet untuk ketinggian kolom.
Kondisi naiknya konsentrasi Fe
dan CO2 yang mendekati konsentrasi
inlet dibuktikan dengan rasio Ct/C0
mendekati 1. Untuk melihat kinerja
adsorpsi dan waktu jenuh adsorben,
perlu ditetapkannya ambang batas
yang digunakan sebagai basis rasio
Ct/C0. Untuk itu, untuk basis
konsentrasi Fe dipakai Ct/C0 = 0.025
dan untuk konsentrasi CO2 dipakai
Ct/C0 = 5.

13

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

0.10*(A2) – 498.61*(B2) –
0.0031*(C2)
–
0.78*(A)*(B)
–
0.0027*(A)*(C)
+
0.0071*(B)*(C)
(2)

Dari data yang diperoleh,didapat
waktu breakthrough yang bervariasi.
Waktu breakthrough Fe maksimal
selama 253 menit serta waktu
breakthrough CO2 maksimal selama
225.4 menit. Sedangkan waktu
breakthrough Fe minimal didapat
selama 158 menit yang diperoleh dari
serta waktu breakthrough CO2
minimal selama 55 menit. Untuk
masing–masing kode faktor yang
disusun
untuk
respon
waktu
breakthrough, untuk model nilai kode
faktor yang disusun berdasarkan
respon waktu breakthrough baik Fe
maupun CO2 didapat model quadratik.
Untuk waktu breakthrough Fe, nilai
koefisien
korelasi
R2
0.9485,
Adjusted-R 0.9022 dan nilai Q2
0.6405. Nilai R2 yang mendekati nilai
1 membuktikan adanya korelasi serta
kesesuaian data antara model yang
disusun dengan data aktual yang
didapat.
Untuk membuktikan nilai prediksi
dari sebuah model yang disusun sesuai
dengan nilai aktual yang didapat
adalah pada nilai Q2. Eriksson et
al.,2006 mengatakan apabila nilai Q2
> 0,5 maka dapat dianggap baik dan
nilai Q2 > 0.9 adalah nilai sangat baik.
Untuk waktu breakthrough CO2, nilai
koefisien
korelasi
R2
0.9663,
Adjusted-R 0.9360 dan nilai Q2
0.7614. Untuk waktu breakthrough
CO2 sedikit lebih baik daripada nilai
waktu breakthrough Fe. Hal ini
membuktikan bahwa model yang
disusun menunjukkan kesesuaian
dengan nilai aktual yang didapat dari
percobaan.
Persamaan
model
quadratik kode faktor untuk respon
waktu breakthrough Fe dan CO2
adalah :
YFe

YCO2

=

143.08 – 0.32*(A) +
50.88*(B) – 3.06*(C) –
0.0030*(A2) – 11.23*(B2)
–
0.030*(C2)
–
0.4*(A)*(B)
–
0.0025*(A)*(C)
–
0.29*(B)*(C)
(3)

A = laju alir;
B = Konsentrasi Fe;
C = Konsentrasi CO2
Dari hasil analisa ANOVA
didaptkan nilai F value sebagai
rujukan sebagai nilai signifikan yang
mempengaruhi model yang disusun
(model dengan F value lebih kecil dari
0.05). Untuk waktu breakthrough Fe,
parameter B (konsentrasi Fe inlet, C0
Fe) menjadi paramater yang paling
signifikan terhadap respon yang akan
dicapai apabila dibandingkan dengan
parameter A ( laju alir inlet, Qw) dan
parameter C (konsentrasi inlet CO2).
Hal ini dikarenakan dari analisa
ANOVA menunjukkan nilai F value
untuk parameter B memiliki nilai yang
lebih kecil.

= 137.79 – 5.05*(A) +
338.50*(B) + 0.40*(C) –
14

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

disimpulkan bahwa semakin tinggi
konsentrasi kontaminan pada umpan
masuk, maka jumlah kontaminan yang
terserap akan semakin tinggi sehingga
waktu jenuh adsorben akan semakin
cepat.
3.4 Pengaruh Konsentrasi dan Laju
Alir Outlet terhadap Kapasitas
Adsorpsi
pada
Kondisi
Breakthrough
Kapasitas adsorpsi pada kondisi
breakthrough dapat didefinisikan
sebagai jumlah kontaminan (Fe dan
CO2) yang diserap oleh adsorben
didalam kolom adsorpsi. Nilai laju alir
outlet (Qv) yang diperlukan didapat
dari percobaan pada setiap variasi laju
alir umpan masuk (Qw). Kapasitas
adsorpsi Fe maksimal diperoleh
0.0355 mg/g dan untuk kapasitas
adsorpsi CO2 maksimal diperoleh
3.8025 mg/g
Untuk kapasitas adsorpsi Fe
minimal diperoleh 0.0157 mg/g dan
untuk kapasitas adsorpsi CO2 minimal
diperoleh 0.1817 mg/g. Berdasarkan
koefisien nilai korelasi R2, Adjusted-R
dan nilai Q2 maka diperoleh sebuah
model polinomial quadratik untuk
respon kapasitas adsorpsi Fe dan CO2.
Untuk respon kapasitas adsorpsi
Fe, model polinomial kuadratik
didapat nilai koefisien korelasi R2
0.9317, Adjusted-R 0.8702 dan nilai
Q2 0.5020. Sedangkan untuk kapasitas
adsorpsi CO2, diperoleh model
kuadratik nilai koefisien korelasi R2
0.9596, Adjusted-R 0.9232 dan nilai
Q2 0.7019. Untuk nilai R2 dan
Adjusted-R masih diperoleh sangat
baik. Namun nilai Q2 untuk kapasitas
adsorpsi Fe masih tergolong rendah
walau masih diatas nilai 0.5. Hal ini
bisa saja terjadi terhadap sebuah

Gambar 1. Plot nilai aktual vs nilai
prediksi untuk model
respon
waktu
breakthrough Fe

Gambar 2.Plot nilai aktual vs nilai
prediksi untuk model
respon
waktu
breakthrough CO2
Begitu juga halnya dengan waktu
breakthrough CO2, parameter C
(konsentrasi CO2 inlet, C0 CO2)
menjadi paramater yang paling
signifikan terhadap respon yang akan
dicapai apabila dibandingkan dengan
parameter A (laju alir inlet, Qw) dan
parameter B (konsentrasi inlet Fe)..
Penurunan waktu breakthrough
akan diperoleh dengan meningkatnya
konsentrasi kontaminan dan hydraulic
loading rate pada umpan masuk pada
adsorpsi menggunakan karbon aktif
(Goel et al., 2005). Sehingga dapat

15

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

model apabila model mengalami
kondisi overfitting.
Kondisi overfitting dari model
dikarenakan
sebuah
model
memperhitungkan seluruh ciri dari
data yang ada, termasuk noise
sehingga
model
tidak
dapat
menjelaskan hubungan antara variabel
dan respon yang valid terhadap data
yang baru.
YFe

= - 0.0014 - 0.0011*(A) +
0.094*(B) + 0.000039*(C)
+
0.000028*(A2)
–
2
0.092*(B )
–
0.00000027*(C2)
+
0.00083*(A)*(B)
–
0.00000057*(A)*(C)
+
0.0000095*(B)*(C)
(4)

Gambar 3.Plot nilai aktual vs nilai
prediksi untuk model
respon waktu kapasitas
adsorpsi pada kondisi
breakthrough Fe

YCO2 = 0.75 - 0.17*(A) + 0.67*(B) +
0.077*(C) + 0.0035*(A2) –
2.28*(B2) – 0.00055*(C2) +
0.071*(A)*(B)
+
0.00036*(A)*(C)
+
0.0012*(B)*(C)
(5)
A = laju alir;
B = Konsentrasi Fe;
C = Konsentrasi CO2.
Dari analisa ANOVA didapatkan
hubungan antara variabel proses
konsentrasi awal Fe dan CO2 (C0 Fe
dan C0 CO2) serta laju alir umpan
masuk (Qw). Dari data analisa
ANOVA diatas dapat dilihat kapasitas
adsorpsi yang signifikan lebih
disebabkan oleh laju alir umpan
masuk untuk kapasitas adsorpsi Fe dan
konsentrasi awal untuk kapasitas
adsorpsi CO2. Namun untuk kedua
kapasitas adsorpsi Fe dan CO2,
konsentrasi awal dan laju alir umpan
masuk
mempengaruhi
kapasitas
adsorpsi namun untuk konsentrasi Fe
dan CO2 tidak saling mempengaruhi.

Gambar 4.Plot nilai aktual vs nilai
prediksi untuk model
respon waktu kapasitas
adsorpsi pada kondisi
breakthrough CO2
Untuk kapasitas adsorpsi Fe, laju
alir
umpan
lebih
signifikan
dikarenakan konsentrasi awal umpan
Fe terlalu rendah, sehingga untuk
mendapatkan kenaikan kapasitas
adsorpsi harus diikuti dengan laju alir
yang tinggi. Widi Astuti., et al 2015
melaporkan pada laju alir yang tinggi,
maka jumlah kontaminan yang masuk
kedalam kolom pada menit yang sama

16

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

akan semakin banyak. Namun untuk
kapasitas adsorpsi Fe dan CO2,
konsentrasi awal umpan dan laju alir
tetap menjadi faktor saling berkaitan
yang
mempengaruhi
kenaikan
kapasitas adsorpsi.

dikarenakan kondisi solusi formula
yang ditawarkan ini memiliki nilai
desirability yang paling tinggi yaitu
0.756.
Hasil optimasi
digambarkan
dalam bentuk countour (2D) yang
menjelaskan
respon
dengan
menggunakan model prediksi untuk
masing-masing nilai respon. Grafik
diatas
menunjukkan
kombinasi
komponen yang saling mempengaruhi
antar masing-masing nilai respon.
Garis yang terdapat dimasing-masing
titik pada grafik menunjukkan
kombinasi dari ketiga komponen
dengan masing – masing nilai
desirability.

3.5 Optimasi Proses
Target yang ingin dicapai didalam
penelitian ini adalah kapasitas
adsorbsi karena merupakan unjuk
kerja adsorben dalam menyerap
kontaminan per satuan berat adsorben.
Semakin tinggi kapasitas adsorpsi,
maka semakin tinggi pula efisiensi
penyerapan.
Namun,
parameter
kapasitas adsorpsi bukanlah hanya
menjadi parameter yang perlu ditinjau,
melainkan ada parameter lain yang
perlu diperhatikan yaitu waktu
breakthrough.
Waktu
breakthrough
perlu
diperhatikan
karena
merupakan
indikasi lamanya masa pemakaian
adsorben yang perlu dievaluasi dan
diperhatikan dalam implementasi
proses adsorpsi. Tujuan dilakukannya
optimisasi proses ini adalah untuk
mendapatkan waktu breakthrough dan
kapasitas adsorpsi yang optimal.
Prediksi model perlu dilakukan
validasi, sehingga dilakukan re-run
sebanyak satu kali eksperimen.
Variabel eksperimen yang dilakukan
re-run kembali merupakan variabel
optimum yang di sarankan oleh
software.
Berdasarkan proses optimasi,
software design expert memberikan 2
solusi formula optimum yang dapat
dilihat pada tabel 4.7. Kondisi variabel
proses Qw 30 ml/menit, C0 Fe 0.50
ppm dan C0 CO2 61.39 ppm
direkomendasikan sebagai solusi
formula
yang
paling
optimal

Gambar 5. Grafik contour plot nilai
desirability pada kondisi
optimum
Setelah didapat solusi yang
direkomendasikan oleh software,
maka perlu dilakukan verifikasi
kondisi optimum yang didapat dengan
melakukan re-run eksperimen.

17

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

Tabel 1.Kriteria dan komponen respon yang dioptimasi terhadap respon proses
adsorpsi
Name

Goal

Lower
Limit

Upper
Limit

Importance

Laju Alir (ml/menit)
Konsentrasi Fe (ppm)
Konsentrasi CO2 (ppm)
Waktu Breakthrough Fe (menit)
Kapasitas Adsorpsi Fe (mg/g)
Waktu Breakthrough CO2 (menit)
Kapasitas Adsorpsi CO2 (mg/g)

in range
in range
in range
maximize
maximize
maximize
maximize

20
0.4
30
158
0.015
55
0.181

30
0.7
100
253.7
0.035
225.4
3.80

3
3
3
5
5
5
5

Tabel 2.Tabel Prediksi dan hasil verifikasi nilai respon hasil solusi formula
optimasi pada software design expert
Respon
Waktu
Breakthrough
Fe, (menit)
Kapasitas
Adsorpsi Fe,
(mg/g)
Waktu
Breakthrough
CO2, (menit)
Kapasitas
Adsorpsi CO2,
(mg/g)

Formula
95%
CI high

95%
PI low

95%
PI high

Deviasi

Prediksi

Verifikasi

95%
CI low

231.4

224.5

219.9

238.13

204.9

253.14

3%

0.02

0.0299

0.02

0.03

0.021

0.028

4%

207

198.4

197.3

219.14

179.4

237.08

6%

2.9

3.2

2.44

2.86

2.10

3.2

7%

waktu breakthrough (tb) lebih
dipengaruhi oleh konsentrasi awal
(C0) umpan masuk dibandingkan
dengan laju alir umpan masuk (Qw).
Hubungan kapasitas adsorpsi pada
kondisi breakthrough (qb) dengan
variabel konsentrasi awal (C0)
kontaminan Fe dan CO2 membentuk
persamaan
quadratik
dimana
kapasitas adsorpsi dipengaruhi oleh
konsentrasi umpan (C0) dan juga
dipengaruhi oleh laju alir umpan
(Qw). Namun untuk kasus kapasitas
adsorpsi pada kontaminan Fe,
pengaruh laju alir umpan (Qw) lebih
signifikan dibandingkan dengan

4. Kesimpulan
Hubungan waktu breakthrough
(tb) dengan variabel konsentrasi awal
(C0) kontaminan Fe dan CO2
membentuk persamaan quadratik
yang menunjukkan semakin tinggi
konsentrasi kontaminan pada umpan
masuk, maka jumlah kontaminan
yang terserap akan semakin tinggi
sehingga waktu jenuh adsorben akan
semakin cepat. Namun untuk laju alir
(Qw), pengaruh terhadap waktu
breakthrough tidak signifikan seperti
halnya konsentrasi awal (C0) sehingga
dapat dikatakan bahwa perubahan

18

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

konsentrasi awal umpan Fe. Untuk
nilai prediksi dan nilai aktual
didapatkan kondisi optimum dengan
deviasi yang cukup rendah. Dari nilai
deviasi menunjukkan bahwa model
masih cukup baik untuk memprediksi
nilai optimum pada proses ini.

1987–1994.
Grassi, M. et al. (2012) ‘Removal of
Emerging Contaminants from
Water and Wastewater by
Adsorption Process’, in Emerging
Compounds
Removal
from
Wastewater, pp. 15–37. doi:
10.1007/978-94-007-3916-1_2.
Guo, B., Chang, L. and Xie, K.
(2006) ‘Adsorption of Carbon
Dioxide on Activated Carbon’,
Journal
of
Natural
Gas
Chemistry, 15(3), pp. 223–229.
doi:
10.1016/S10039953(06)60030-3.
Lin, S. H. and Juang, R. S. (2009)
‘Adsorption of phenol and its
derivatives from water using
synthetic resins and.pdf’, J
Environ Manage, 90(3), pp.
1336–1349.
doi:
DOI
10.1016/j.jenvman.2008.09.003.
Magoling, B. J. A. and Macalalad, A.
A. (2017) ‘Optimization and
response surface modelling of
activated carbon production from
mahogany fruit husk for removal
of chromium (VI) from aqueous
solution’, BioResources, 12(2),
pp.
3001–3016.
doi:
10.15376/biores.12.2.3001-3016.
Pellerano, M. et al. (2009) ‘CO2
capture by adsorption on activated
carbons
using
pressure
modulation’, Energy Procedia,
1(1),
pp.
647–653.
doi:
10.1016/j.egypro.2009.01.085.
Savic, I. M. et al. (2012) ‘Modeling
and optimization of fe(III)
adsorption from water using
bentonite clay: Comparison of
central composite design and
artificial
neural
network’,
Chemical
Engineering
and
Technology,
35(11).
doi:
10.1002/ceat.201200085.

Ucapan terima kasih
Penulis mengucapkan terima kasih
kepada pimpinan PT. PIM yang telah
memberikan fasilitas laboratotium
untuk pelaksanaan penelitian ini.
Daftar pustaka
Bhakat, P. B., Gupta, A. K. and
Ayoob, S. (2007) ‘Feasibility
analysis of As(III) removal in a
continuous flow fixed bed system
by modified calcined bauxite
(MCB)’, Journal of Hazardous
Materials, 139(2), pp. 286–292.
doi:
10.1016/j.jhazmat.2006.06.037.
Bolong, N. et al. (2009) ‘A review of
the
effects
of
emerging
contaminants in wastewater and
options for their removal’,
Desalination, 238(1-3), pp. 229–
246.
doi:
10.1016/j.desal.2008.03.020.
García-Sánchez, J. J. et al. (2013)
‘Removal of fluoride ions from
drinking water and fluoride
solutions by aluminum modified
iron oxides in a column system’,
Journal of Colloid and Interface
Science, 407, pp. 410–415. doi:
10.1016/j.jcis.2013.06.031.
Goel, J. et al. (2005) ‘Removal of
lead(II) from aqueous solution by
adsorption on carbon aerogel
using
a
response
surface
methodological
approach’,
Industrial
and
Engineering
Chemistry Research, 44(7), pp.

19

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 16 No.01, Juni 2018 ISSN (CETAK) 1693-248X
ISSN (ONLINE) 2549-1202

Xu, Z., Cai, J. and Pan, B. (2013)
‘Mathematically modeling fixedbed adsorption in aqueous
systems’, Journal of Zhejiang
University SCIENCE A, 14(3), pp.
155–176.
doi:
10.1631/jzus.A1300029.

20