PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH PERANCANGAN ALAT PROSES Asep Muhamad Samsudin
Menara Menara adalah alat proses, umumnya berupa bejana (silinder) tegak yang digunakan pada proses pemisahan secara Distilasi, Absorbsi maupun Desorbsi. Bagian dalam dari Menara (Kolom), bisa jadi berupa Sejumlah tray yang disusun pada jarak tertentu sepanjang kolom atau Sejumlah packing dengan ketinggian tertentu baik tersusun secara acak maupun teratur.
Tray dan Packing adalah suatu alat kontak fase yang dirancang sedemikian dengan harapan distribusi komposisi komposisi dalam kedua fase mendekati sempurna.
Tahapan Perancangan Menara 1.
Memilih tipe kolom
: Tray, Plate atau Kombinasi
2.
Perhitungan jumlah tray atau tinggi packing
3.
Perhitungan diameter kolom
Alat Kontak Distilasi, Absorpsi dan Desorpsi adalah termasuk proses pemisahan berdasarkan proses difusi. Kecepatan perpindahan massa tergantung pada luas permukaan bidang batas antara fase uap dan fase cair yang saling mengadakan kontak. Saat merancang alat kontak diusahakan mendapatkan luas bidang kotak yang besar sehingga meningkatkan efisiensi pemisahan. Secara umum alat kontak bisa diklasifikasikan sebagai tray/plate dan packing.
Klasifikasi Alat Kontak Type of Device
Examples
Crossflow trays
Bubble caps, sieve, valve, others
Counterflow trays
Rectangular (slotted) openings, round openings, others
Regular packings
Grids, mesh, others
Special devices
Splash decks, sprays, moving internals, others
Sumber : Fair, 1965
Pemilihan Tipe Kolom Pemisah Secara umum ada dua tipe kolom pemisah yang dapat dipilih 1. Tray/Plat Tower 2. Packed Tower
Tray Tower / Plate Tower Tray atau Plate Tower adalah kolom pemisah berupa silinder tegak dimana bagian dalam dari kolom berisi sejumlah tray atau plate yang disusun pada jarak tertentu (tray/plate spacing) di sepanjang kolom. Cairan dimasukan dari puncak kolom dan dalam perjalanannya cairan akan mengalir dari tray yang satu ke tray yang lain yang ada di bawahnya.
Selama proses berlangsung, di setiap tray akan terjadi kontak fasa Antara fasa cairan dengan fasa uap yang dimasukkan dari dasar kolom. Secara keseluruhan kontak Antara fasa dalam Tray Tower dapat dipandang sebagai aliran lawan arah (countercurrent), meskipun arus yang sebenarnya terjadi arus silang (crossflow).
Tray Tower / Plate Tower Kecepatan aliran uap/gas juga keberhasilan proses pemisahan.
akan
berpengaruh
terhadap
Jika kecepatan gas terlalu rendah, maka gelembung-gelembung gas akan mengembang sehingga luas permukaan bidang kontak tiap satuan volume menjadi kecil sehingga menurunkan efisiensi pemisahan. Sebaliknya gas dengan kecepatan tinggi cenderung akan terdispersi lebih sempurna sehingga efisiensi pemisahan meningkat. Namun, aliran gas dengan kecepatan tertentu akan membawa percikan cairan masuk ke dalam tray yang ada di atasnya. Peristiwa ini disebut Liquid Entrainment Jika entrainment terjadi berlebihan akan mengakibatkan flooding yang menyebabkan efisiensi pemisahan menurun.
Pemilihan Tray Tower Tray Tower umumnya digunkan untuk proses Distilasi, Absorpsi atau Desorpsi
Sebagai alat pemisah Tray Tower dipilih jika 1.
Diameter kolom lebih dari 3 (tiga) feet
2.
Campuran yang akan dipisahkan : a. b. c.
Tidak korosif Tidak mudah membentuk buih Terdapat suspensi padatan
3.
Dinginkan hasil samping pada berbagai komposisi
4.
Proses pemisahan disertai dengan reaksi kimia
5.
Kolom dioperasikan pada tekanan vakum, dengan memasang stiffener disetiap tray.
Tray Tower / Plate Tower
Symbols a
downcomer
b
tray support
c
sieve trays
d
man way
e
outlet weir
f
inlet weir
g
side wall of downcomer
h
liquid seal
Aac
active area
Ad
downcomer area
Dc
column diameter
dcap, v, h
bubble cup, valve, hole diameter
H, z
tray spacing
hcl
height of downcomer clearance
hw
weir height
lw
weir length
lL
length of liquid flow path
relative free area
Characteristic dimensions of industrial tray designs
wG
Source: A. Mersmann, M. Kind, J. Stichlmair: Thermal Separation Technology. Berlin, Heidelberg: Springer 2011
Komponen Tray Tower Downcomer : lubang tempat masuknya aliran dari atas berupa liquid (plate atas) ke plate bawah (kita memandang plate bawah ini sebagai acuan) Downflow : lubang tempat keluaran liquid dari plate atas (kita memandang sebagai acuan) ke plate di bawahnya Cap : penghalang / pengkontak antara liquid dan uap yang dipasang di setiap tray, bentuk seperti topi yang pinggirnya ada slot untuk mengatur besar kecilnya gas yang keluar keatas Slot : tempat bukaan pada cap yang mempunyai macam-macam bentuk (trapesium, persegi, segitiga dll) yang berfungsi mengatur bukaan gas yang keluar ke atas sehingga liquid dan gas berkontak secara normal
Komponen Tray Tower Baffle : penghalang yang berada di tengah-tengah tray untuk membuat aliran lebih lama berada di tray (penerapan hanya di reverse flow) Weir : penghalang yang dipasang di pinggir dari downflow utk membuat agar volume liquid yang tertampung di tray banyak, sehingga efektif terjadinya kontak antara liquid dan gas
Tray / Plate Tray atau plate adalah alat kontak antar fasa yang berfungsi sebagai 1. Tempat berlangsungnya proses perpindahan 2. Tempat terbentuknya keseimbangan 3. Alat pemisah dua fasa seimbang
Tipe tray atau plate 1.
Bubble Cap Tray
2.
Sieve Tray atau Perforated Tray
3.
Ballast atau Valve Tray
CONTOH TRAY
Sieve Tray Tunnel Cap Tray
Bubble Cap Tray Struktured Packing Source: GEA Wiegand GmbH, Ettlingen
| Prof. Dr. M. Reppich | Conceptual Design of Distillation, Absorption and Stripping Systems | 14 |
CONTOH TRAY
Detail of Varioflex valve tray Source: Koch-Glitsch, Inc.
Floating valve tray with rectangular-shaped valves (BDH™ valve) Source: Sulzer Chemtech AG | Prof. Dr. M. Reppich | Conceptual Design of Distillation, Absorption and Stripping Systems | 15 |
Bubble Cap Tray Bubble Cap Tray adalah tray yang menggunakan bubble cap untuk mencapai tahap keseimbangan. Bubble Cap berupa mangkok terbalik yang terletak di atas riser, yang mana uap dapat masuk dari bagian bawah tray dan terdispersi pada permukaan bawah cairan melalui celah-celah atau slot. Bubble cap yang dirancang dengan baik akan memberikan turbulensi massa uap-cairan membentuk froth dengan luas antar muka yang besar hingga efisiensi tray tinggi. Keuntungan penggunaan Bubble Cap Tray 1. Banyaknya data teknis dan pengalaman tentang Bubble Cap tray 2. Memungkinkan peralatan beroperasi pada kondisi yang beragam dengan efisiensi relatif tetap.
Bubble Cap Tray
www.ambanimetal.com
Bubble Cap Tray
Sieve Tray / Perforated Tray Sieve Tray atau Perforated Tray adalah tray yang terbuat dari lapisan logam datar dengan sejumlah lobang.
Diameter lobang berkisar Antara 1/8 – ½ inchi, tetapi yang sering digunakan adalah 3/16 inchi. Setiap tray dilengkapi dengan satu atau lebih downcomer untuk membawa cairan turun dari tray yang satu ke tray lainnya yang ada di bawahnya.
Pada operasi normal, uap mengalir melalui lobang-lobang sehingga menyebabkan turbulensi cairan membentuk froth sepanjang tray, hingga perpindahan massa uap cairan lebih efisien. Dibandingkan dengan Bubble Cap tray, kelebihan Sieve Tray adalah bahwa lobang-lobang yang terdapat dalam tray dapat dipasang cap-cap seperti halnya pada konstruksi Bubble cap tray.
Sieve Tray / Perforated Tray
Sieve Tray / Perforated Tray
Ballast/Valve Tray Ballast/Valve Tray serupa dengan Sieve Tray, hanya di setiap lubang dipasang cap-cap yang dapat diangkat atau berupa valve yang dapat naik turun tergantung variasi kecepatan aliran uap. Gerak vertikal dari cap yang diizinkan antara ¼ - ½ inchi. Operasi Valve Tray lebih fleksibel dibanding dengan Sieve Tray.
Ballast/Valve Tray
Perbandingan Antar Tray
Pola Aliran Cairan Reverse Flow : aliran liquid datang dari atas (downcomer) lalu mengalir di sepanjang tray dan berbelok ke bagian tray sebelahnya karena adanya baffle lalu mengalir ke plate bawahnya di downflow. Disebut reverse flow karena letak downcomer dan downflow di sisi yg sama. Dapat digunakan utk menampung cap lebih banyak, luas downcomer kecil. Kec. Liquid = 0-50 gpm [0-0.003 m3/s] Cross Flow : aliran liquid datang dari atas (downcomer) lalu mengalir di sepanjang tray dan mengalir ke plate bawahnya di downflow. Disebut cross flow karena letak downcomer dan downflow di sisi berseberangan. Jarak yang dilewati liquid panjang sehingga efisiensi tinggi. Kec. Liquid = 50-500 gpm [0.003-0.03 m3/s] Double Pass Flow: aliran liquid datang dari atas dari 2 bagian downcomer (kiri kanan ) lalu mengumpul di tengah-tengah plate dan turun ke bawahnya. Digunakan untuk beban liquid yang besar,. Kec. Liquid = 500 gpm [0.03 m3/s]
Pola Aliran Cairan Susunan aliran cairan di atas permukaan Tray tergantung pada rasio aliran cairan terhadap aliran gas.
Batasan/Jangkauan Operasi Tray Untuk rancangan aliran tray yang diberikan terdapat batasan tertentu bagi aliran gas dan cairan dimana operasi stabil diperoleh. Apabila operasi terjadi diluar Satisfactory operation Area akan mengakibatkan Entrainment, Flooding, Weeping dan Coning Entrainment : peristiwa liquid terangkut ke plate atasnya karena dorongan gas dari bawah yang berlebihan, disebabkan laju alir gas terlalu besar.
Batasan/Jangkauan Operasi Tray Flooding disebabkan laju alir uap yang atau laju alir cair terlalu tinggi. Efisiensi plate turun dan pressure drop meningkat. Weeping terjadi ketika aliran uap tidak cukup menahan level cairan pada plate karena laju alir uap terlalu kecil sehingga cairan turun melalui pori plate yang berakibat menurunnya efisiensi Coning terjadi jika laju alir cairan terlalu rendah sehingga uap mendorong cairan dari tray.
Liquid Entrainment
Flooding
coning
weeping
