DISTILASI ( SPESIFIKASI PERALATAN, CHEMICAL ENGINEERING)

1. Distilasi

 Alat yang digunakan untuk memisahkan campuran berdasarkan beda titik didih.

• Alat yang digunakan untuk memisahkan campuran berdasarkan beda relatif volatility-nya.
• Alat yang digunakan untuk memisahkan campuran berdasarkan prinsip kesetimbangan fase uap-cair. (Hk. Roult).

 Distilasi Dua komponen yang titik didihnya mirip dipisahkan terakhir spy walaupun kolom tinggi tapi diameter kecil, jika dipisahkan awal maka kolom akan tinggi dan diameternya besar. Diameter tgt dari jumlah cairan dan uap yang diproses, semakin ke belakang diameter kolom semakin kecil.

Kesetimbangan Fase

Adalah suatu keadaan dimana kecepatan pengembunan dan penguapan pada suatu bahan pada suhu dan tekanan tertentu adalah sama.

1. Pada distilasi kesetimbangan cairan dan uap terjadi saat cairan turun kebawah lewat downcomer. Gas atau uap membentuk gelembung-gelembung melewati lubang perforated, sehingga terjadi transfer massa dari gas ke cairan & sebaliknya maka diperoleh kesetimbangan.

1. Hk. Roult

Pada suatu kesetimbangan fasa maka perbandingan antara tekanan uap dengan tekanan total setara dengan perbandingan fraksi uap dengan fraksi cair dimana nilainya adalah konstan.

1. Hukum Dalton

• Pada temperatur konstan tekanan total campuran sama dengan penjumlahan tekanan parsial.

P          = PA + PB + PC +….

yi          = Pi/P

1. Refluk

• uap hasil kondensasi yang dikembalikan sebagian ke dalam kolom
• tujuan refluk untuk meningkatkan kemurnian yang lebih tinggi dan untuk mempertahankan kemurnian.
• Refluk banyak mengandung fraksi ringan tetapi masih terdapat fraksi berat, sehingga harus dikembalikan ke kolom dimana fraksi berat tersebut akan teruapkan oleh panas dan naik keatas kolom.

1. Total Refluk

Pada keadaan total refluk, jumlah plat yang diperlukan minimum, berarti feed dan kedua produk kolom adalah nol.

1. Minimum Refluk

Suatu harga R dimana untuk pemisahan yang diinginkan diperlukan plat ideal yang tak behingga jumlahnya.

10.  Alasan Refluks dipilih 1,2 – 1,5 Rmin :

• o Optimasi biaya operasi dan biaya kapital.
• o Jika refluks = Rmin maka jml tray tak terhingga (biaya kapital besar).
• o jika refluks terlalu besar maka beban condenser dan reboiler besar (biaya operasi besar).

11.  Saat distillasi berpoperasi :

Þ    Jika refluk dinaikkan maka:

• o Kemurnian semakin tinggi
• o Mengakibatkan liquid besar maka beban kondensor dan reboiler besar, sehingga biaya operasi naik.
• o Jika beban kondensor dan reboiler terlalu besar dapat merusak kondensor dan reboiler tersebut karena terus bekerja bahkan bisa meledak.

Þ    Jika refluks diturunkan maka:

• o L* (liquid umpan boiler) berkurang
• o Kontak uap-cair berkurang
• o Kemurnian berkurang

12.  Downcomer harus di bawah permukaan cairan untuk mencegah gas naik dari area downcomer.

13.  Akibat Jika kecepatan uap semakin besar

• o efisiensi plat overall makin besar
• o ∆P besar
• o Tekanan bottom besar
• o Boiling point tinggi
• o Kebutuhan steam besar
• o Mengakibatkan flooding

Tekanan Operasi

Kecepatan Uap, ft/s

Atmosferis

40 – 60

100 – 50 mmHg

100 – 150

< 50 mmHg

150 – 200

14.  jika diameter kolom diperbesar cek weeping (karena kecepatan uap dan tekanan turun). Jika diameter kolom diperkecil, cek flooding (karena kecepatan uap dan tekanan naik).

15.  Reboiler

• Berfungsi untuk menguapkan cairan
• Tidak ada reboiler maka tidak terjadi pemisahan
• Parsial reboiler : sebagian hasil bawah yang tertinggal di kolom dididihkan kembali dan sisanya diambil sebagai produk bawah
• Total reboiler : menguapkan seluruh liquid yang masuk ke dalamnya dan dikembalikan ke kolom.

16.  Kondensor

• Alat untuk mengkondensasikan uap yang keluar dari kolom
• Parsial kondensor : proses kondensasi sebagian, dimana sebagian uap dimasukkan ke dalam kolom dan cairan diambil sebagai produk atas.
• Total kondensor : semua uap dikondensasikan dan dikembalikan ke dalam kolom.

17.  Cara mempertahankan kondisi operasi distilasi yaitu dengan cara mengatur pendinginan & pemanasan di kondensor & reboiler.

18.  Titik didih

Bila suatu campuran bahan dalam keadaan cair dipanaskan, maka suhu pertama kali terjadi penguapan (mendidih) disebut Boiling Point.

19.  Titik embun

Bila suatu campuran bahan dalm keadaan uap didinginkan maka suhu pertama kali terjadi pengembunan disebut Dew Point.

20.  Pertimbangan Pemilihan jenis Kolom (Plat or Isian)

1. Kolom tray dpt dirancang u menangani jangkauan yang lebih luas laju alir gas dan cairan daripada packed
2. Kolom isian tidak cocok untuk laju alir cairan yang sangat rendah
3. Efisiensi tray/plat dapat didesain dg lebih pasti daripada dg istilah yang sama untuk isian (HETP atau HTU)
4. Kolom plat dpt didesain dg lebih terjamin daripada kolom isian. Selalu terdapat beberapa kesangsian bahwa distribusi cairan yg baik dapat dipelihara diseluruh kolom isian dibawah semua  kondisi operasi, terutama untuk kolom besar.
5. Lebih mudah untuk membuat ketentuan untuk pendinginan dalam kolom plat; coil dapat dipasang di kolom plat.
6. Lebih mudah untuk membutan pengambilan aliran samping dari kolom plat
7. Jika cairan menyebabkan kerak, mengandung padatan, lebih mudah, menentukan pebersihan dalam kolom plat, manways dapat dipasang pada plat. Dengan diameter kolom yg kecil hal ini lebih murah u menggunakan kolom isian dan mengambil packing jika terjadi kerak.
8. Untuk cairan yg korosif  kolom isian  biasanya lebih murah daripada kolom plat
9. Liquid hold-up lebih rendah kolom isian daripada plat (cukup besar selisih). Hal ini bisa menjadi penting ktk  inventarisasi  cairan toksik atau mudah terbakar memerlukan penjagaan sekecil mungkin untuk alasan keselamatan
10. Kolom isian lebih cocok untuk menangani sistem berbusa.
11. Presure drop pertahap kesetimbangan (HETP) dapat lebih rendah u kolom isian daripada plat, dan packing harus  dipertimbangkan u kolom vakum
12. Packing harus selalu dipertimbagkan u kolom berdiameter kecil, kurang dari 0,6 m. dimana plat akan sulit dipasang dan mahal.

21. Rule of thumbs pemilihan packing

1. Campuran merupakan material yang sensitif terhadap temperatur
2. Untuk pressure drop rendah diizinkan (misal proses vakum)
3. Beban aliran cairan rendah
4. Diameter kolom 0,3-4 m (Tabel 4-18 Ulrich, 1984)
5. Tinggi kolom 1-60 m (Tabel 4-18 Ulrich, 1984)
6. Menangani material bersifat korosif tinggi (mengunakan karbon atau plastik).
7. Sistem fluida membentuk busa
8. Rasio diameter kolom terhadap diameter random packing harus lebih besar dari 10
9. Hold up cairan harus kecil

            (Sumber : Sulzer Chemtec, Inc.)

22. Rule of thumbs pemilihan tray

• Diijinkan untuk laju alir cairan yang sangat rendah.
• Diameter kolom 0,4-5 m (Tabel 4-18 Ulrich, 1984)
• Tinggi 6-60 m (Tabel 4-18 Ulrich, 1984)
• L/D 5-30 (Tabel 4-18 Ulrich, 1984)
• Tidak cocok untuk fluida berbusa

23. Pemilihan Tray

Þ    Sieve tray

• o Kapasitas tinggi
• o Efisiensi tinggi
• o Turndown 2:1. umumnya tidak cocok untuk operasi dibawah variabel beban
• o Entrainment sedang
• o Pressure drop sedang
• o Biaya rendah
• o Perawatan rendah
• o Fouling tendency rendah
• o Efek korosi rendah
• o Aplikasi utama:

-   Sebagian besar kolom ketika titik didih tidak kritis

-   Fouling tinggi dan potensi korosif

• o Pangsa pasar 25 %

Þ    Valve tray

• o Kapasitas tinggi-sangat tinggi
• o Efisiensi tinggi
• o Turndown 4:1 – 5:1. beberapa desain khusus mencapai 10:1 atau lebih
• o Entrainment sedang
• o Pressure drop sedang
• o Biaya 20 % lebih tinggi dari sieve tray
• o Perawatan sedang
• o Fouling tendency sedang
• o Efek korosi sedang
• o Aplikasi utama:

-   Sebagian besar kolom

-   Menangani dimana titik didih penting

• o Pangsa pasar 70 %

Þ    Bubble-cup tray

• o Kapasitas sedang-tinggi
• o Efisiensi sedang-tinggi
• o Turndown bagus, lebih baik daripada valve tray. Baik pada laju alir cairan rendah
  • o Entrainment tinggi sekitar 3 kali lebih tinggi daripada sieve tray
  • o Pressure drop tinggi
  • o Biaya tinggi, sekitar 2-3 kali biaya sieve tray
  • o Perawatan relatif tinggi
  • o Fouling tendency tinggi, cenderung mengumpul padatan
  • o Efek korosi tinggi
  • o Aplikasi utama:

-   Untuk kondisi laju alir rendah

• o Pangsa pasar 5 %

24. Flooding

• o Menggenangnya fluida diantara plat-plat yang disebabkan perpindahan cairan yang berlebih ke plat berikutnya dengan entrainment selain itu juga disebabkan kembalinya cairan dalam downcomer.
• o Akibat flooding

-   Efisiensi plat turun tajam

-   Pressure drop meningkat

• o Cara mengatasi flooding :

-   Kecepatan gas harus lebih rendah dari  kecepatan flooding 70-90% kecepatan flooding.

25. Entrainment

cairan ditransportasikan oleh uap ke plate atasnya. Cairan ini mengandung banyak komponen yang kurang volatil daripada cairan pada tray atasnya, Karenanya entrainment meniadakan proses trasfer massa, menurunkan efisiensi.

26. Weeping

• o cairan yg turun melewati lubang-lubang kecil.
• o Cairan turun melalui kontak singkat  lubang kecil di wilayah kontak utama, menyebabkan penurunan efisiensi.
• o Weeping terjadi ketika aliran uap tidak cukup menjaga level cairan pada plate.
• o Pada lantai tray  ketinggian statis cairan cenderung mendorong cairan turun melalui lubang kecil. Pressure drop uap meniadakan ketinggian statis dan bertindak untuk menjaga cairan pada tray. Ketika ketinggan statics menanggulangi pressure drop, weeping terjadi.

27. Turndown ratio

Rasio operasi normal (desain) aliran/lewatan uap terhadap aliran/lewatan uap minimum yang diizinkan. Lewatan uap minimum yg diizinkan biasanya diatur oleh batasan weeping berlebihan, sementara operasi normal lewatan adalah margin aman yang jauh dari batasan flooding.

28. campuran tidak jenuh yaitu jika tekanan parsial uap dalam campuran gas & uap kurang dari tekanan uap pada keadaan setimbang dari cairan pada temperatur yang sama.

29. Pola Aliran Cairan

Susunan aliran cairan di atas permukaan tray tergantung pada rasio aliran cairan terhadap aliran gas. Rancangan aliran ditunjukkan gambar dibawah ini dimana susunan cross-flow yang paling digunakan.