PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH. Asep Muhamad Samsudin

Transkripsi

1 PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH PERANCANGAN ALAT PROSES Asep Muhamad Samsudin

2 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)

3 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

4 Pemilihan Ukuran Packing Ukuran kecil Ukuran besar mahal, pressure drop tinggi, m 2 /m 3 tinggi murah, pressure drop rendah, m 2 /m 3 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)

5 Komponen Packed Tower (A) Symbols (B) 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

6

7

8

9 Dinding Kolom (Shell) Terbuat dari metal, plastik, kayu, kombinasi atau bahan yang lainnya. Umumnya penampang bentuk bulat. Gambar : Shell suatu packed tower tampak atas

10 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 ft 2 penampang kolom dengan diameter lebih besar atau sama dengn 4 ft.

11 Distributor

12 Distributor

13

14 Distributor testing facilities. (Photo courtesy of KochGlitsch Inc.)

15 Redistributor Digunakan pada setiap ketinggian 3-10 kali diameter kolom, tergantung pada jenis packing. Sebagai anjuran, kira-kira 3 kali diameter kolom atau maksimal ft untuk tipe Raschig Ring dan 5-10 kali diameter kolom atau ft untuk tipe Berl / Intalox Saddle. Pada tumpukan packing setinggi 10 ft, maka % cairan mengalir ke bawah melalui dinding.

16 Packing Support Dalam kolom, packing ditahan oleh packing support. Perforated plate, dapat digunakan sebagai penahan packing, tetapi tipe bar-grid lebih mudah dan kuat.

17

18 Support grids TEB / TSB for Structured Packing Support grids TE / TS for Structured Packing Support grids GIS / EMS for Random Packing

19 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

20 Packing Retrainer

21 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.

22 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)

23 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

24 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

25 Random Packing

26 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

27

28

29

30 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

31 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

32 Partition Rings Kelebihan Penyerapannya baik Tidak bereaksi dengan zat kimia Lebih banyak memiliki laluan sehingga memungkinkan untuk kontak dengan baik Kelemahan Pembersihannya sulit dilakukan. Harganya lebih mahal dibandingkan raschig ring, lessing ring, berl saddle dan intalox saddle

33 Pall Rings Kelebihan Kapasitas lebih tinggi dan Pressure drop rendah (di bawah separuh Raschig Rings) Nilai HTU lebih rendah dari Berl Saddle. Distribusi cairan baik dan kapasitas besar. Kelemahan Pembersihannya sulit dilakukan. Harganya lebih mahal dibandingkan raschig ring, lessing ring, berl saddle dan intalox saddle

34 Intalox Saddle Kelebihan Pressure Drop rendah dengan luas permukaan yang lebih tinggi Distribusi uap-cair didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi. Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik Kelemahan Kontaknya berlangsung secara cepat Harganya mahal

35 Berl Saddle Kelebihan Distribusi uap-cair didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi. Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik, Sensitivitas lebih rendah terhadap kualitas distribusi cair dan uap Luas permukaannya besar Kelemahan Kontaknya berlangsung secara cepat Harganya mahal

36 Tellerette Kelebihan Pressure drop dan nilai HTU rendah. Batas flooding lebih tinggi dari pada Raschig Ring maupun Berl Saddle. Dapat dibuat dari plastik Luar permukaan lebih besar lebih banyak memiliki laluan sehingga memungkinkan untuk kontak dengan baik. Kelemahan Harganya lebih mahal dibandingkan raschig ring, lessing ring, berl saddle dan intalox saddle Pembersihannya sulit dilakukan

37 Common Random Packings Common random packing particles made of metal, plastic, ceramic Sorce: Koch-Glitsch, Inc.

38

39 Random Packing

40 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.

41 Regular Packing

42 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.

43 Ceramic Materials Ceramic Intalox Saddles Super Intalox Saddles CERAMIC MATERIALS Porcelain, stoneware Ceramic Raschig Rings Cross Partition Rings

44 Tipe Packing untuk Bahan Keramik Packing Type Size mm No. pcs/m3 Wt kg/m3 Void Space % Ceramic Intalox Saddles Ceramic Super Intalox Saddles No. 1 No

45 Tipe Packing untuk Bahan Keramik Packing Type Size mm No. pcs/m3 Wt kg/m3 Void Space % Ceramic Raschig Rings x Ceramic Cross Partition Rings 102X X

46 CERAMIC SADDLE RINGS CERAMIC SUPER SADDLE RINGS CERAMIC PALL RINGS

47 CERAMIC RASCHIG RINGS CERAMIC PARTITION RINGS

48 Material Logam METALLIC PACKING MATERIALS PALL RINGS HY-PACK PACKING RASCHIG RINGS

49 Tipe Packing untuk Bahan Logam Packing Type Size mm No. pcs/m3 Void Space % Pall Rings Hy-Pak Packing 30(No.1) 45(No.1.5) (No.2) No.3)

50 Tipe Packing untuk Bahan Logam Packing Type Size mm No. pcs/m3 Void Space % Raschig Rings DATA NOT AVAILABLE

51

52 Material Plastik PLASTIC BASED PACKING MATERIALS Super Intalox Saddle Intalox Snowflake Pall Rings

53 Tipe Packing untuk Bahan Plastik Packing Type Size mm No. pcs/m3 Wt kg/m3 Void Space % Super Intalox No * Saddles No * No * Intalox Snowflake * Pall Rings * * *

54

55 Tipe Packing untuk Bahan Karbon Packing Type Size mm No. pcs/m3 Wt kg/m3 Void Space % Carbon Raschig Rings

56

57 Tipe Regular Packing untuk Bahan Logam

58 MALLAPAK 250 X/Y BX GAUZE PACKING Tipe Regular Packing untuk Bahan Plastik

59 MELLACARBON 250 Y DX LABORATORY PACKING Tipe Regular Packing untuk Bahan Carbon

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70 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

71 LIQUID INLET DISTRIBUTION OF LIQUID UNDER IDEAL CONDITIONS 1. PACKED MATERIALS 2. SUPPORTING GRID 3. LIQUID COLLECTOR 4. LIQUID REDISTRIBUTOR 5. LIQUID DISTRIBUTOR

72 LIQUID INLET CHANNELING PROBLEM IN PACKED TOWERS 1. PACKED MATERIALS 2. SUPPORTING GRID 3. LIQUID COLLECTOR 4. LIQUID REDISTRIBUTOR 5. LIQUID DISTRIBUTOR

73

74 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 Kemungkinan Terwujudnya Keseimbangan Setiap Tray sepanjang kolom Di setiap Tray sepanjang kolom Setiap titik di setiap permukaan bidang basah dari packing Pada kolom Packing setinggi HETP

75 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 various tray types made of metallic materials (D= mm) 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) more choices in materials of construction especially in corrosive service (e.g. plastic, ceramic, metal alloys, carbon), random (D= mm) or structured packings (D= 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

76 Overall View of a Distillation Unit Condenser Cooling Water Feed Steam Reboiler Distillate Distillate Cooler Cooling Water Distillate Distillate Pump Pump Feed Feed Preheater Bottom Product Cooler Cooling Water Bottom Product Source: GVWU mbh, Norderstedt

77 Piping and Instrumentation Diagramm of a Distillation Unit Source: Baerns, M. et al.: Technische Chemie. Weinheim: WILEY-VCH 2006