PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH PERANCANGAN ALAT PROSES Asep Muhamad Samsudin
PACKED TOWER Packed tower adalah kolom pemisah berupa silinder tegak alat yang didalamnya berisi sejumlah kumpulan packing (isian) yang digunakan sebagai alat kontak fase gas-cair atau cair-cair. Packed tower banyak digunakan sebagai alat pemisah suatu campuran yang mendasarkan pada operasi difusi, yang melibatkan kontak antara : 1. Fase gas dengan fase cair (Distilasi, Absorpsi, dan Desorpsi) atau 2. Fasa cair dengan fasa cair (Ekstraksi)
Pemilihan Packed Tower 1.
Untuk diameter kolom kurang dari 3 (tiga) feet, packed tower lebih dipiiih
2.
Kolom harus dioperasikan pada tekanan vacuum
3.
Campuran yang akan dipisahakan a. Bersifat korosif b. Cenderung membentuk buih c. Tidak mengandung suspensi padatan
4.
Tidak diinginkan hasil samping
5.
Tidak disertai dengan reaksi kimia
Pemilihan Ukuran Packing Ukuran kecil
mahal, pressure drop tinggi, m2/m3 tinggi
Ukuran besar
murah, pressure drop rendah, m2/m3 rendah
Menara berukuran besar packing ukuran besar Menara berukuran kecil packing ukuran kecil Jika menggunakan packing ukuran besar untuk menara berukuran kecil distribusi cairan buruk
Rekomendasi ukuran random packing: Column diameter
Packing size
< 0,3 m (1 ft)
< 25 mm (1 in)
0,3 – 0,9 m (1 to 3 ft)
25 to 38 mm (1 to 1,5 in)
> 0,9 m (3 ft)
50 to 75 mm (2 to 3 in)
Komponen Packed Tower (A)
(B)
Symbols a b c d e f
liquid distributor liquid collector structured packing support grid man way liquid re-distributor
Sources: A. Mersmann, M. Kind, J. Stichlmair: Thermal Separation Technology. Berlin, Heidelberg: Springer 2011; D.W. Green (ed.): Perry´s Chemical Engineers´ Handbook, New York: McGraw-Hill 2008
Dinding Kolom (Shell) Terbuat dari metal, plastik, kayu, kombinasi atau bahan yang lainnya. Umumnya penampang bentuk bulat.
Gambar : Shell suatu packed tower tampak atas
Distributor Mempunyai peranan penting jika dikaitkan dengan efisiensi pemisahan. Distribusi cairan yang jelek akan menurunkan efektivitas dari permukaan packing yang terbasahkan. Seleksi akhir dari mekanisme distribusi cairan melintang pada permukaan tumpukan packing, sangat tergantung pada ukuran kolom, tipe packing dan lain-lain. Umumnya dibutuhkan 5 (lima) titik untuk tiap ft2 penampang kolom dengan diameter lebih besar atau sama dengn 4 ft.
Distributor
Distributor
Distributor testing facilities. (Photo courtesy of KochGlitsch Inc.)
Redistributor Digunakan pada setiap ketinggian 3-10 kali diameter kolom, tergantung pada jenis packing. Sebagai anjuran, kira-kira 3 kali diameter kolom atau maksimal 10-15 ft untuk tipe Raschig Ring dan 5-10 kali diameter kolom atau 12-20 ft untuk tipe Berl / Intalox Saddle. Pada tumpukan packing setinggi 10 ft, maka 20-30 % cairan mengalir ke bawah melalui dinding.
Packing Support Dalam kolom, packing ditahan oleh packing support. Perforated plate, dapat digunakan sebagai penahan packing, tetapi tipe bar-grid lebih mudah dan kuat.
Support grids TEB / TSB
Support grids TE / TS
for Structured Packing
for Structured Packing
Support grids GIS / EMS for Random Packing
Packing Restrainer Dibutuhkan jika laju alir gas tinggi Digunakan untuk menahan pengangkatan packing ketika ada kenaikan laju alir gas yang mendadak.
Retaining grid for Random Packing
Packing Retrainer
Entraintment Eliminator Pada laju alir gas tinggi, dimana Spray liquid distributor digunakan, maka ketika gas meninggalkan permukaan tumpukan packing, sangat boleh jadi akan membawa tetesan cairan. Peristiwa ini disebut Entrainment. Dengan menggunakan Entrainment Eliminator, Tetesan cairan akan tertangkap pada permukaan alat tersebut dan jatuh menetes kembali.
Packing Packing adalah bahan isian yang digunakan sebagai alat kontak antar fasa dalam kolom pemisah. Tujuan utama packing adalah untuk menyediakan luas kontak yang besar antara kedua fase. Sebagai alat kontak antar fasa, packing memiliki 3 (tiga) fungsi 1. Tempat berlangsungnya proses perpindahan 2. Tempat terbentuknya keseimbangan 3. Alat pemisah dua fasa seimbang Packing dapat disusun secara acak (Random packing) maupun secara teratur (Regular packing)
Kriteria Pemilihan Packing 1.
Memberikan luas permukaan bidang kontak yang besar tiap satuan volume.
2.
Tumpukan packing dalam kolom harus memberikan rongga yang cukup.
3.
Karakteristik pembasahan packing baik.
4.
Tahan terhadap bahan yang bersifat korosif.
5.
Bulk density rendah
6.
Ringan, kuat dan tidak mudah pecah.
7.
Murah dan mudah diperoleh
Cara Penyusunan Packing Random Packing
• • • •
Dijatuhkan acak Pressure drop lebih besar Luas permukaan besar Ongkos kecil
Regular Packing
• • • •
Disusun secara teratur Pressure drop rendah Aliran fluida besar Ongkos besar
Random Packing
Historical Development of Characteristic Random Packings First Generation (Raschig Ring, Berl Saddle) 1895 to the 1950s simple shapes with closed surfaces, robust and stable design, cost-effective production
Third Generation (Net/Grid Structures, IMPT Ring) late 1970s to the 1990s framework structure, large free cross section, low pressure drop, high efficiency
Second Generation (Pall Ring, Intalox Saddle) late 1950s to the early 1970s surfaces with cutted windows and bent tongues, improved area distribution lowering pressure drop and enhancing capacity
Fourth Generation (Raschig Super-Ring) late 1990s until present lower pressure drop and better mass transfer efficiency
Rachig Rings Kelebihan • Harganya lebih murah • Tidak terlalu berat • Sensitivitas lebih rendah terhadap kualitas distribusi cair dan uap • Dapat digunakan untuk bahan yang tidak tahan suhu tinggi
Kelemahan • Efisiensinya lebih rendah • Kontaknya berlangsung secara cepat
Lessing Rings Kelebihan • Harganya murah • Tidak terlalu berat • Dapat digunakan untuk bahan yang tidak tahan suhu tinggi • Sensitivitas lebih rendah terhadap kualitas distribusi cair dan uap
Kelemahan • Efisiensinya lebih rendah • Kontaknya berlangsung secara cepat
Partition Rings Kelebihan
Kelemahan
• Penyerapannya baik • Pembersihannya sulit • Tidak bereaksi dengan zat kimia dilakukan. • Lebih banyak memiliki laluan • Harganya lebih mahal sehingga memungkinkan untuk dibandingkan raschig ring, kontak dengan baik lessing ring, berl saddle dan intalox saddle
Pall Rings Kelebihan
Kelemahan
• Kapasitas lebih tinggi dan • Pembersihannya sulit Pressure drop rendah (di bawah dilakukan. separuh Raschig Rings) • Harganya lebih mahal • Nilai HTU lebih rendah dari Berl dibandingkan raschig ring, Saddle. lessing ring, berl saddle dan • Distribusi cairan baik dan intalox saddle kapasitas besar.
Intalox Saddle Kelebihan
Kelemahan
• Pressure Drop rendah dengan • Kontaknya berlangsung secara luas permukaan yang lebih cepat tinggi • Harganya mahal • Distribusi uap-cair didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi. • Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik
Berl Saddle Kelebihan
Kelemahan
• Distribusi uap-cair • Kontaknya berlangsung secara didistribusikan secara merata cepat sama pada kedua sisi. • Harganya mahal • Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik, • Sensitivitas lebih rendah terhadap kualitas distribusi cair dan uap • Luas permukaannya besar
Tellerette Kelebihan
Kelemahan
• Pressure drop dan nilai HTU • Harganya lebih mahal rendah. dibandingkan raschig ring, • Batas flooding lebih tinggi dari lessing ring, berl saddle dan pada Raschig Ring maupun Berl intalox saddle Saddle. • Pembersihannya sulit dilakukan • Dapat dibuat dari plastik • Luar permukaan lebih besar • lebih banyak memiliki laluan sehingga memungkinkan untuk kontak dengan baik.
Common Random Packings
Common random packing particles made of metal, plastic, ceramic Sorce: Koch-Glitsch, Inc.
http://www.mhtt.co.za
Random Packing
Type of Regular Packings
Structured packing of corrugated metal sheets
Fitting structured packing elements Flexipac to a large-diameter tower
Structured packings Mellapak made of metal and plastic
Sources: Sulzer Chemtech AG; Koch-Glitsch, Inc.
Regular Packing
Material Packing • PLASTICS • CERAMIC
CARBON
METALS
• •
Plastic packings (usually polypropylene) are inexpensive and have sufficient strength, but have poor wettability particularly at low liquid rates. Ceramic packings are useful for resisting corrosion at elevated temperatures, where plastic may not be suitable. Ceramic packings also have good wettability, but inferior strength than metal packings Carbon packings packings are useful for resisting corrosion. but inferior strength than ceramic and metal packings Metal packings are usually preferred because of their superior strength and good wettability.
Ceramic Materials Ceramic Intalox Saddles
Super Intalox Saddles
Ceramic Raschig Rings
Porcelain, stoneware CERAMIC MATERIALS
Cross Partition Rings
Tipe Packing untuk Bahan Keramik Void Space %
Packing Type
Size mm
No. pcs/m3
Wt kg/m3
Ceramic Intalox
6 10 13 19 25 38 50
4150000 1800000 600000 219000 73000 23000 8600
875 810 745 710 680 630 600
64 67 69 71 72 74 75
No. 1 No. 2
52600
570
75
6350
620
77
Saddles
Ceramic Super Intalox Saddles
Tipe Packing untuk Bahan Keramik Packing Type
Ceramic Raschig Rings
Ceramic Cross Partition Rings
Void Space %
Size mm
No. pcs/m3
Wt kg/m3
6 10 13 19 25 38 50
3000000 872000 378000 109000 47700 13700 5800
970 990 840 745 680 650 630
60 59 65 69 72 73 74
76x76 102X102 152X102
1770 954 424
750 980 850
59 64 69
CERAMIC SADDLE RINGS
CERAMIC SUPER SADDLE RINGS
CERAMIC PALL RINGS
CERAMIC RASCHIG RINGS
CERAMIC PARTITION RINGS
Material Logam METALLIC PACKING MATERIALS
PALL RINGS
HY-PACK PACKING
RASCHIG RINGS
Tipe Packing untuk Bahan Logam Packing Type
Size mm
No. pcs/m3
Void Space %
Pall Rings
16 25 38 50 90
207700 49330 13210 5790 1160
94 96 97 96 98
Hy-Pak Packing
30(No.1) 45(No.1.5) 60(No.2) 90No.3)
29900 9390 3670
97 98 98 98
1090
Tipe Packing untuk Bahan Logam Packing Type
Size mm
No. pcs/m3
Raschig Rings
10 12 16 19 25 32 38 50 75
951030 402590 207700 110900 49330 25675 13210 5790 1860
Void Space %
DATA NOT AVAILABLE
Material Plastik PLASTIC BASED PACKING MATERIALS
Super Intalox Saddle
Intalox Snowflake
Pall Rings
Tipe Packing untuk Bahan Plastik Packing Type
Size mm
No. pcs/m3
Wt kg/m3
Super Intalox
No.1 No.2 No.3
57500* 6400* 1400*
83 61 50
90 93 94
50
4925*
45
95
25 38 50 90
50220* 14870* 6127* 1171
69 82 60 43
92 91 93 95
Saddles
Intalox Snowflake Pall Rings
Void Space %
Tipe Packing untuk Bahan Karbon Packing Type
Carbon Raschig Rings
Size mm
No. pcs/m3
Wt kg/m3
Void Space %
6 13 19 25 38 50 76
3000000 374000 111000 47000 13800 5900
745 440 550 440 550 440
1750
370
55 74 67 74 67 74 78
Tipe Regular Packing untuk Bahan Logam
MALLAPAK 250 X/Y
BX GAUZE PACKING
Tipe Regular Packing untuk Bahan Plastik
MELLACARBON 250 Y
DX LABORATORY PACKING
Tipe Regular Packing untuk Bahan Carbon
Masalah yang Sering Terjadi dalam Packed Column CHANELLING Cairan bukannya seragam mengairi materi, akan tetapi menemukan satu / lebih jalur sempit dan mengalir sebagian besar melalui itu, sehingga mengurangi efektivitas. Alasan utama untuk kinerja yang buruk dari packed tower besar Terjadi biasanya pada regular packed tower FLOODING Akumulasi cairan di atas kolom LOADING Akumulasi cairan di dalam packing
DISTRIBUTION OF LIQUID UNDER IDEAL CONDITIONS
LIQUID INLET
1. 2. 3. 4. 5.
PACKED MATERIALS SUPPORTING GRID LIQUID COLLECTOR LIQUID REDISTRIBUTOR LIQUID DISTRIBUTOR
LIQUID INLET
CHANNELING PROBLEM IN PACKED TOWERS
1. 2. 3. 4. 5.
PACKED MATERIALS SUPPORTING GRID LIQUID COLLECTOR LIQUID REDISTRIBUTOR LIQUID DISTRIBUTOR
Tinjauan Tray & Packed Tower Aspek
Tray Tower
Packed Tower
Alat Kontak
Tray / Plate
Packing / Bahan Isian
Arah Aliran Kontak Fase
Arus silang
Arus lawan arah
Terjadinya Perpindahan
Setiap Tray sepanjang kolom
Setiap titik di setiap permukaan bidang basah dari packing
Kemungkinan Terwujudnya Keseimbangan
Di setiap Tray sepanjang kolom
Pada kolom Packing setinggi HETP
Comparsion of Tray and Packed Columns Tray Columns
Packed Columns
• cross flow of the two phases on the trays
• countercurrent flow of the two phases
• always used in columns of large diameters and towers that have more than 20 to 30 equilibrium stages, in applications with liquid rates of 30 m³/(m²h) and above, when liquid flowrate is high relative to vapor flowrate
• packings are generally more expensive than plates, less expensive than tray columns for small column diameter (D<0.6 m), used in lower liquid-rate-applications (i.e. less than 50 m³/(m² h)
• various tray types made of metallic materials (D=500–10000 mm)
• more choices in materials of construction especially in corrosive service (e.g. plastic, ceramic, metal alloys, carbon), random (D=50–800 mm) or structured packings (D=20–11000 mm)
• high liquid residence time
• less liquid entrainment, low liquid holdup, especially suitable for thermally sensitive material
• pressure drop is rather high, typically 7 mbar per equilibrium stage (not well suited for vacuum services)
• lower pressure drop, typically 0,1 to 0,5 mbar per equilibrium stage (important in vacuum distillation)
• dirty service (tray columns are easier to clean)
• cleaning of a packing section is much too complicated and expensive
• stable and robust operation of the separation process, more flexible to variations in operating conditions
• foaming liquids can be handled more readily (less agitation of liquid by the vapour) • due to novel developments of packing elements the industrial use of packed columns is steadily increasing
Overall View of a Distillation Unit Condenser
Cooling Water
Distillate
Cooling Water
Feed
Distillate
Distillate Cooler Distillate Pump Steam Reboiler
Pump
Feed Preheater Bottom Product Cooler
Feed
Bottom Product Cooling Water
Source: GVWU mbH, Norderstedt
Piping and Instrumentation Diagramm of a Distillation Unit
Source: Baerns, M. et al.: Technische Chemie. Weinheim: WILEY-VCH 2006
