bab ii tinjauan pustaka
advertisement
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Distilasi Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan campuran bahan berdasarkan perbedaan kemudahan menguap (volatilitas) bahan dengan titik kimia didih yang berbeda. Distilasi menggunakan panas sebagai agen pemisah campuran, campuran zat dididihkan hingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Pada proses pemisahan secara distilasi, fase uap akan segera terbentuk setelah sejumlah cairan dipanaskan pada kondisi tekanan dan suhu tertentu. Uap dipertahankan kontak dengan sisa cairannya (dalam waktu relatif cukup) dengan harapan pada suhu dan tekanan tertentu, antara uap dan sisa cairan akan berada dalam keseimbangan, sebelum campuran dipisahkan menjadi distilat dan residu. Pada pemanasan yang terus menerus, komponen yang lebih volatil akan berubah menjadi fasa uap. Fasa uap yang terbentuk selanjutnya diembunkan (dikondensasi), kemudian akan diperoleh kondensat yang berupa komponenkomponen dalam keadaan yang relatif murni. Distilasi merupakan cara yang paling umum digunakan dalam industri untuk memisahkan suatu campuran yang homogen dalam bentuk larutan. Proses distilasi beroperasi dalam satu perangkat yang terdiri dari beberapa peralatan, yang masing-masing peralatan memiliki fungsi yang berbeda-beda. Peralatan-peralatan yang digunakan pada proses distilasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 adalah sebagai berikut (Christyananta, 2012) : a. Kolom Distilasi Kolom distilasi berfungsi untuk memisahkan campuran berdasarkan titik didihnya. 4 Bab II Tinjauan Pustaka5 b. Kondenser Kondenser berfungsi untuk mendinginkan produk atas dari kolom distilasi sehingga berubah menjadi fasa cair. c. Reboiler Reboiler berfungsi untuk memanaskan sebagian produk bawah kolom distilasi sehingga berubah menjadi gas. Gas yang terbentuk dipompakan kembali menuju kolom distilasi sebagai pemanas untuk proses distilasi. d. Pompa Pompa berfungsi untuk mengalirkan kondensat sebagai reflux ke kolom distilasi. e. Tangki Pengumpul Tangki pengumpul berfungsi menampung hasil pemisahan dari kedua campuran. Gambar 2.1 Peralatan-peralatan pada proses distilasi 2.2 Jenis-jenis Distilasi 2.2.1 Jenis distilasi secara umum Secara umum distilasi dibagi atas 4 jenis, yaitu (Anakunhas, 2012) : a. Distilasi Sederhana Pada distilasi sederhana, dasar pemisahannya adalah perbedaan titik didih yang jauh atau salah satu komponen lebih bersifat volatil dari komponen yang lain Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka6 dan bekerja pada tekanan atmosfer. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dulu. Selain perbedaan titik didih, juga perbedaan kevolatilan, yaitu kecenderungan sebuah komponen untuk menjadi gas. Distilasi ini dilakukan pada tekanan atmosfer. Aplikasi distilasi sederhana digunakan untuk memisahkan campuran air dan alkohol, air dan NaCl, dan lain-lain. b. Distilasi Fraksionasi Distilasi fraksionasi adalah proses pemisahan distilasi ke dalam bagian- bagian dengan titik didih makin lama makin tinggi yang selanjutnya pemisahan bagian-bagian ini dimaksudkan untuk destilasi ulang. Distilasi ini berfungsi untuk memisahkan campuran larutan/cairan yang terdiri dari dua komponen atau lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Distilasi ini dapat digunakan untuk campuran dengan perbedaan titik didih kurang dari 20°C dan bekerja pada tekanan atmosfer atau dengan tekanan rendah. Aplikasi dari distilasi jenis ini digunakan untuk memisahkan komponen-komponen dalam minyak mentah, minyak atsiri, dan lain-lain. Perbedaan distilasi fraksionasi dan distilasi sederhana adalah adanya kolom fraksionasi. Di kolom ini terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu yang berbeda-beda pada setiap plate atau tahapnya. Pemanasan yang berbeda-beda ini bertujuan untuk pemurnian distilat yang lebih dari tahap-tahap di bawahnya. Secara skematis peralatan pada proses distilasi fraksionasi disajikan pada Gambar 2.2. Gambar 2.2 Peralatan pada proses distilasi fraksionasi Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka7 c. Distilasi Uap Distilasi uap digunakan pada campuran senyawa-senyawa yang memiliki titik didih mencapai 200°C atau lebih. Distilasi uap dapat menguapkan senyawa senyawa ini dengan suhu mendekati 100°C dalam tekanan atmosfer menggunakan uap atau air mendidih. Sifat yang fundamental dari distilasi uap adalah dapat mendistilasi campuran senyawa di bawah titik didih dari masing-masing senyawa campurannya. Selain itu, distilasi uap dapat digunakan untuk campuran yang tidak larut dalam air di semua suhu, tapi dapat didistilasi dengan air. Aplikasi dari distilasi uap adalah untuk mengekstrak beberapa produk alam seperti minyak eucalyptus dari eucalyptus, minyak sitrus dari lemon atau jeruk, dan untuk ekstraksi minyak parfum dari tumbuhan. Campuran dipanaskan melalui uap air yang dialirkan ke dalam campuran dan ditambah juga dengan pemanasan. Uap dari campuran akan naik ke atas menuju ke kondensor menghasilkan distilat dan akhirnya masuk ke labu distilat. d. Distilasi Vakum Distilasi vakum biasanya digunakan jika senyawa yang ingin didistilasi tidak stabil, dengan pengertian dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati titik didihnya atau campuran yang memiliki titik didih di atas 150°C. Metode distilasi ini tidak dapat digunakan pada pelarut dengan titik didih yang rendah jika kondensornya menggunakan air dingin karena komponen yang menguap tidak dapat dikondensasi oleh air. Untuk mengurangi tekanan digunakan pompa vakum atau aspirator. Aspirator berfungsi sebagai penurun tekanan pada sistem distilasi vakum. Dari semua jenis-jenis distilasi yang telah dijelaskan di atas, jenis distilasi yang digunakan pada proses pemisahan ethylene ethane di PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. adalah distilasi fraksionasi. 2.2.2 Jenis Distilasi Berdasarkan Jumlah Komponen Berdasarkan komponennya, distilasi dibagi menjadi dua, yaitu (Geankoplis, 2003) : Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka8 a. Distilasi Dua Komponen (Binary) Distilasi dua komponen merupakan proses pemisahan larutan biner, yaitu larutan yang mengandung dua komponen yang dapat melarut dengan baik. Contoh dari distilasi dua komponen adalah pada proses pemisahan benzene dan toluene yang dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Distilasi dua komponen benzene toluene Persamaan Neraca Massa Untuk Distilasi Perhitungan neraca massa berfungsi untuk mengetahui fraksi mol komponen di umpan, distilat, dan bottom. Selanjutnya hasil perhitungan tersebut dapat digunakan untuk menentukan jumlah stage teoritis menggunakan kurva McCabeThiele untuk distilasi dua komponen. Asumsi yang digunakan pada metode McCabe-Thiele adalah terjadinya kesetimbangan pada menara distilasi antara umpan masuk dengan top traynya dan antara umpan masuk dengan bottom traynya. Dapat dilihat pada Gambar 2.4, fasa cair dan uap memasuki tray, kemudian terjadi kesetimbangan, dan selanjutnya meninggalkan tray. Gambar 2.4 Laju fasa uap dan cair memasuki dan meninggalkan tray Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka9 Neraca massa totalnya adalah sebagai berikut : Vn+1 + Ln-1 = Vn + Ln Neraca massa komponennya adalah sebagai berikut : Vn+1 yn+1 + Ln-1 xn-1 = Vn yn + Ln xn (2) Keterangan : Vn+1 = laju alir uap dari tray n+1 Ln-1 = laju alir cairan dari tray n-1 Vn = laju alir uap dari tray ke-n Ln (1) = laju alir cairan dari tray ke-n yn+1 = fraksi mol uap suatu komponen di Vn+1 xn-1 = fraksi mol cair suatu komponen di Ln-1 yn = fraksi mol uap dari tray ke-n xn = fraksi mol cair dari tray ke-n Neraca massa overall di keseluruhan bagian kolom distilasi dihitung dengan menggunakan persamaan (3) : F= D+W (3) Sedangkan, persamaan neraca massa komponennya dapat dilihat pada persamaan (4) : xF . F = xD . D + xW . W Keterangan : xF = fraksi mol umpan (mol) xD = fraksi mol distilat (mol) xW = fraksi mol bottom (mol) F = laju alir mol umpan (kmol/jam) D = laju alir mol distilat (kmol/jam) W = laju alir mol bottom (kmol/jam) Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. (4) Bab II Tinjauan Pustaka10 Menghitung Jumlah Stage Teoritis (N ) Menggunakan Kurva McCabe- Thiele Salah satu metode yang sering digunakan dalam menghitung jumlah stage ideal untuk distilasi dua komponen (binary distillation ) adalah dengan menggunakan metode McCabe-Thiele, disamping itu terdapat metode lain, yaitu metode Ponchon Savarit. Bila dibandingkan dengan metode ponchon savarit, maka metode McCabe-Thiele lebih mudah digunakan karena dengan metode McCabe-Thiele tidak memerlukan perhitungan Heat Balance (necara panas) untuk menentukan jumlah stage yang dibutuhkan. Metode McCabe-Thiele ini mengasumsikan bahwa laju alir molar baik liquid maupun vapour atau L/V konstan, atau dikenal juga dengan istilah Constant Molar Overflow (CMO), namun pada keadaan sebenarnya keadaan CMO tidaklah konstan. Dalam perhitungan theoritical stage ada beberapa tahap yang harus dilakukan, yaitu (Ariana, 2010) : 1. Pembuatan kurva kesetimbangan uap cair (biasanya untuk senyawa atau komponen yang lebih ringan) 2. Membuat garis operasi baik seksi rectifying (enriching) maupun stripping 3. Membuat garis umpan/ feed (q-line), q-line ini akan menunjukkan kualitas dari umpan itu sendiri, berada dalam keadaan uap jenuh, liquid jenuh, dan lain-lain 4. Membuat atau menarik garis stage yang memotong kurva kesetimbangan yang memotong kurva kesetimbangan xy, garis operasi rectifying dan stripping yang diawali dari XD dan berakhir pada XB. Pada Gambar 2.5 merupakan contoh penentuan jumlah stage teoritis pada distilasi dua komponen (benzene-toluene ) dengan menggunakan grafik McCabeThiele. Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka13 Gambar 2.7 Hubungan antara reflux ratio (R) dengan jumlah stage (N ) Dapat dilihat pada seiring dengan naiknya nilai rasio refluk, maka jumlah stage yang dibutuhkan akan semakin kecil, begitu juga sebaliknya apabila nilai rasio refluk semakin kecil maka jumlah stage yang dibutuhkan akan semakin banyak hingga pada akhirnya jumlah stage akan menjadi tidak terhingga. Jumlah stage yang tidak terhingga terjadi pada nilai rasio refluks minimum. Pada saat jumlah stage tidak terhingga konsentrasi komponen pada liquid dan uap tidak mengalami perubahan. Zona tidak terjadi perubahan ini disebut juga dengan zona invariant, istilah lainnya adalah pinch point (titik pencekik), seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.8 berikut ini. Gambar 2.8 Reflux ratio minimum dan jumlah stage yang tidak terhingga dengan menggunakan metode McCabe-Thiele Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka 14 Untuk menentukan reflux ratio minimum pada distilasi dua komponen digunakan persamaan (7) berikut ini : (7) Keterangan : = reflux ratio minimum = fraksi mol distilat (mol) = fraksi mol uap pada pinch point = fraksi mol cair pada pinch point Umumnya reflux ratio minimum dapat terjadi oleh kondisi : 1. Perpotongan antara garis umpan (q-line) dengan kurva kesetimbangan uap-cair dan dapat juga terjadi pada ketika garis operasi rectifying menyinggung garis kesetimbangan uap-cair. Pada umumnya kondisi ini terjadi pada jenis kurva kesetimbangan normal, q line mempunyai peranan penting daripada kurva kesetimbangan. 2. Garis operasi rectifying menyinggung kurva kesetimbangan uap-cair, titik singgung ditunjukkan oleh pinch point. Umumnya terjadi pada jenis kurva kesetimbangan yang tidak normal, kurva kesetimbangan mempunyai peranan penting dari pada q line. b. Distilasi Multikomponen Pada umumnya, di industri proses pemisahan menggunakan distilasi melibatkan lebih dari dua komponen. Secara umum, desain untuk menara distilasi multikomponen sama dengan distilasi dua komponen ( binary). Begitu pula dengan neraca massa, pada distilasi multikomponen terdapat neraca massa untuk masing-masing komponen di dalam campuran. (Geankoplis, 2003) Pada distilasi dua komponen hanya digunakan satu menara untuk memisahkan dua komponen A dan B menjadi komponen yang lebih murni. Komponen A mempunyai sifat lebih volatile daripada komponen B, sehingga pada hasil proses distilasi komponen A sebagai produk atas dan komponen B Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka15 sebagai produk bawah. Berbeda dengan distilasi dua komponen, pada campuran multikomponen yang terdiri dari n komponen, akan dibutuhkan n 1 fractionator untuk memisahkan komponen-komponen tersebut. Sebagai contoh, untuk memisahkan komponen A, B, dan C. A dan B merupakan komponen yang paling mudah menguap dengan volatilitas berdekatan dan C merupakan komponen yang paling sulit menguap. Untuk memisahkan ketiga komponen tersebut dibutuhkan dua buah kolom seperti pada Gambar 2.9. A, B A Umpan A, B, C 1 2 C B Gambar 2.9 Pemisahan tiga komponen A, B, dan C Umpan yang terdiri dari komponen A, B, dan C didistilasi di kolom 1. Produk atas yang dihasilkan, yaitu komponen A dan B, sedangkan produk bawahnya merupakan komponen C. Di bottom masih dapat terkandung komponen A dan B dalam jumlah yang sedikit (sering disebut trace component). Pada kolom 2 terjadi pemisahan komponen A dan B. Distilat yang dihasilkan, yaitu komponen A dengan sejumlah kecil komponen B, sedangkan pada bottom dihasilkan komponen B yang juga mengandung sedikit komponen A dan C. Pada campuran multikomponen, dengan mengetahui komposisi dari satu komponen tidak dapat langsung mengetahui komposisi dari komponen lainnya. Selain itu, jika umpan mengandung lebih dari dua komponen tidak dapat ditentukan komposisi produk atas dan produk bawahnya secara langsung. Akan Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka16 tetapi, hal tersebut dapat diketahui dengan menentukan dua komponen kunci ( key components). (Sinnott, 2005) Key Components Pada Distilasi Multikomponen Proses pemisahan dari campuran multikomponen pada menara distilasi hanya akan terjadi pada dua komponen saja. Misalnya, untuk campuran A, B, C, D, dan seterusnya, proses pemisahan dalam satu menara distilasi hanya dapat terjadi antara komponen A dan B, atau B dan C, dan seterusnya. Misalnya, pada distilasi multikomponen ini terjadi pemisahan antara komponen A dan B. Komponen A merupakan light key component dan komponen B merupakan heavy key component. Light key component merupakan komponen yang lebih mudah menguap (LK) yang akan dihasilkan pada distilat. Heavy key component merupakan komponen yang lebih sulit untuk menguap (HK) dan akan dihasilkan pada bottom. Komponen-komponen yang lebih mudah menguap dari light key component disebut dengan light components yang akan terdapat dalam jumlah yang sedikit pada bottom. Untuk komponen-komponen yang lebih sulit menguap daripada heavy key components akan terdapat pada distilat dalam jumlah yang sedikit. (Geankoplis, 2003) 2.3 Kesetimbangan Uap-Cair Komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan suatu cairan yang terdiri dari komponen-komponen dengan komposisi tertentu ditentukan secara eksperimen. Data komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi terhadap suhu seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.10. (Henley, 1981) Gambar 2.10 Kurva antara komposisi dan suhu Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka17 Tampilan data kesetimbangan uap-cair yang normal diperlihatkan oleh Gambar 2.10a , kurva ABC menunjukkan suatu cairan dengan berbagai komposisi yang mendidih pada berbagai suhu dan kurva ADC menunjukkan komposisi uapnya pada berbagai suhu yang bersangkutan. Contoh, suatu cairan dengan komposisi x1 akan mendidih pada suhu T1, dan komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan tersebut adalah y1 (ditunjukkan oleh titik D). Berdasarkan kurva-kurva dalam Gambar 2.10a , b, dan c dapat disimpulkan bahwa untuk sembarang cairan dengan komposisi x1 akan menghasilkan uap dengan komposisi tertinggi dimiliki oleh komponen (zat) yang lebih mudah menguap (volatile ). Simbol-simbol x dan y menunjukkan fraksi mol komponen yang lebih volatile di dalam cairan dan di dalam uap. Pada Gambar 2.10b dan c terdapat suatu komposisi kritis (critical composition ) xg. Pada titik ini uap memiliki komposisi yang sama dengan cairan, dengan demikian tidak ada perubahan yang terjadi pada proses pendidihan. Campuran kritis itu disebut azeotrope . Diagram-diagram yang disajikan pada Gambar 2.10 tersebut berlaku untuk kondisi tekanan konstan. Perlu diingat bahwa komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan berubah dengan berubahnya tekanan. Untuk kegunaan proses distilasi, data kesetimbangan uap-cair lebih bermanfaat jika disajikan dalam bentuk grafik x versus y pada tekanan konstan, hal ini disebabkan kebanyakan operasi distilasi dalam industri dilakukan pada tekanan konstan. Grafik yang dimaksud ditunjukkan oleh Gambar 2.11. Perlu dicatat bahwa suhu bervariasi di sepanjang kurva. Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka18 Gambar 2.11 Kurva perbandingan antara fraksi mol cair dan fraksi mol umpan pada tekanan tetap 2.4 Data Kesetimbangan Pada Distilasi Multikomponen Pada distilasi multikomponen, hukum Raoult dapat digunakan untuk menentukan komposisi fasa uap dalam keadaan setimbang dengan fasa liquidnya. Misalkan, untuk komponen A, B, C, dan D rumus untuk mencari komposisi fasa uapnya adalah sebagai berikut (Geankoplis, 2003) : (9) Untuk senyawa hidrokarbon, data kesetimbangannya dirumuskan sebagai berikut : (10) merupakan konstanta kesetimbangan fasa uap cair atau koefisien distribusi untuk komponen A. Nilai untuk senyawa hidrokarbon ringan (metana sampai dekana) sudah ditentukan secara semi-empiris dan masing-masing nilai merupakan fungsi dari suhu dan tekanan. Pada penentuan nilai relative volatility (i) untuk masing-masing komponen pada campuran multikomponen digunakan cara yang sama seperti pada distilasi dua komponen, maka : Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. (11) Bab II Tinjauan Pustaka19 Relative volatility ( i) ini adalah ukuran kemudahan terpisahkan lewat eksploitasi perbedaan volatillitas. Menurut konsensus, relative volatility ditulis sebagai perbandingan nilai K dari komponen lebih mudah menguap (MVC = more-volatile component ) terhadap nilai K komponen yang lebih sulit menguap. Oleh karena itu, jika harga komponen sangat sulit bahkan tidak mungkin dipisahkan melalui operasi distilasi. mendekati satu atau bahkan satu, maka kedua 2.5 Bubble Point dan Dew Point Pada suatu tekanan tertentu, nilai bubble point dari campuran senyawa multikomponen harus memenuhi persamaan . Untuk campuran A, B, C, dan D dengan C sebagai light key component , maka : (12) Perhitungan dilakukan dengan cara trial and error . Pertama, dilakukan pengasumsian suhu sehingga diperoleh nilai . Selanjutnya, dapat dihitung nilai , jika nilainya lebih atau kurang dari 1.0 maka dilakukan asumsi suhu yang berbeda. Nilai suhu yang dapat memenuhi persamaan merupakan bubble point. Untuk perhitungan nilai dew point juga digunakan cara trial and error suhu hingga memenuhi persamaan sebagai berikut : 2.6 (13) Jumlah Stage Minimum (N m) Jumlah stage minimum (Nm) untuk distilasi multikomponen dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Fenske. Akan tetapi, hanya dua komponen saja yang digunakan, yaitu heavy key (HK) dan light key (LK). Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut : ! "#$%&'() *,'+) *-&'+. /,'(. /-0 12345(678 9 :;<=> ?:;@ :;A Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. (14) (15) Bab II Tinjauan Pustaka20 Keterangan : = fraksi mol light key di distilat = fraksi mol heavy key di bottom = relative volatility rata-rata dari light key = relative volatitity light key pada suhu bottom (bubble point) = relative volatitity light key pada suhu top (dew point) 2.7 Metode Perhitungan Shortcut Untuk Distilasi Multikomponen Perhitungan menggunakan metode shortcut dapat digunakan untuk membantu designer dalam menyelesaikan beberapa masalah secara cepat, seperti menentukan kondisi optimum dan dapat juga digunakan untuk memperoleh informasi tentang estimasi biaya. Berikut ini akan dijelaskan beberapa perhitungan dengan menggunakan metode shortcut. 2.7.1 Metode Shortcut untuk Reflux Ratio Minimum (Rm) Pada distilasi multikomponen, terdapat dua pinch points, yaitu satu berada di atas tray umpan dan satu lagi berada di bawahnya. Penentuan nilai Rm dengan menggunakan metode plate-by-plate dengan cara trial and error membutuhkan waktu yang cukup lama jika dihitung manual. Pada metode shortcut digunakan persamaan Underwood untuk menghitung Rm menggunakan nilai rata-rata dan mengasumsikan laju alir konstan di kedua bagian menara distilasi. Untuk menentukan nilai reflux ratio minimum digunakan dua persamaan berikut : Keterangan : = relative volatility untuk komponen i pada umpan = fraksi komponen i pada umpan Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. (16) Bab II Tinjauan Pustaka23 2.8.1 Jenis-jenis Tray Tower Untuk mendapatkan produk yang baik diperlukan alat kontak antara uap dengan cairan. Beberapa jenis alat kontak antara uap dengan cairan adalah bubble cap tray, sieve tray, dan valve tray. a. Bubble Cap Tray Bubble cap tray memiliki riser atau chimney yang dipasang pada setiap lubang dan ditutupi oleh sebuah cap. Diantara cap dan riser terdapat spasi atau ruang tempat dilewatkannya uap. Uap naik melewati chimney dan langsung dijatuhkan oleh cap ke bagian plate sehingga terjadi kontak dengan fasa cairnya. Pada Ethylene Fractionator terdapat tray-tray secara horizontal dengan ratusan bubble cap di dalamnya. Bubble cap dapat menghalangi gas melewati bagian atas kolom sehingga gas akan mengalami kontak dengan cairan. Bubble cap dapat naik dan turun dengan adanya kenaikkan tekanan dari gas. Secara skematis, bubble cap ditunjukkan pada Gambar 2.14, sedangkan proses yang terjadi pada bubble cap tray disajikan pada Gambar 2.15. Gambar 2.14 Bubble cap Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka 25 Meskipun sieve tray mempunyai kapasitas yang lebih besar pada kondisi operasi yang sama dibandingkan dengan bubble cap , namun sieve tray mempunyai satu kekurangan yang cukup serius pada kecepatan uap yang relatif lebih rendah dibandingkan pada kondisi operasi normal. Kecepatan uap minimum ini yang harus sangat diperhatikan dalam mendesain sieve tray menjadi kesulitan tersendiri dalam kondisi operasi sesungguhnya. Efisiensi sieve tray sama besarnya dengan bubble cap pada kondisi desain yang sama, namun menurun jika kapasitasnya berkurang di bawah 60% dari desain. Pada sieve tray, aliran uap berfungsi mencegah cairan mengalir bebas ke bawah melalui lubang-lubang. Setiap plate dirancang mempunyai kecepatan uap dumps shower , yaitu suatu peristiwa mengalirnya cairan dengan bebas ke bawah melalui lubang-lubang pada plate. c. Valve Tray Pada valve tray (Gambar 2.17), terdapat cap yang dapat naik dan turun. Aliran uap mengangkat cap, cap yang terangkat akan menyebabkan uap mengalir secara horizontal menuju fasa cair. Hal tersebut menghasilkan proses pencampuran yang lebih baik dibandingkan dengan sieve tray. Gambar 2.17 Valve tray Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka26 Jenis tray yang digunakan pada ethylene fractionator adalah jenis bubble cap tray. 2.8.2 Efisiensi Tray Pada umumnya, diasumsikan bahwa fasa uap meninggalkan tray dalam keadaan setimbang dengan fasa cairnya. Akan tetapi, jika waktu kontak dan derajat pencampuran pada tray nya tidak berjalan dengan baik, maka keluarannya tidak dalam keadaan stabil. Hal tersebut mengakibatkan efisiensi tray nya tidak mencapai 100% sehingga harus digunakan tray yang lebih banyak dari jumlah tray teoritis yang diperoleh dari perhitungan. Untuk lebih memudahkan dalam menentukan efisiensi tray, keseluruhan sistem pada menara distilasi dapat dilihat secara overall. Efisiensi tray bergantung pada rasio antara jumlah tray ideal (teoritis) dengan jumlah tray aktual yang digunakan. Penentuan efisiensi tray dapat dilihat pada persamaan berikut : (18) Keterangan : = efisiensi tray overall (%) 2.8.3 ChemCad ChemCad adalah sebuah software yang diproduksi oleh Chemstation , yang merupakan gabungan dari beberapa process engineering software dalam proses kimia. ChemCad berfungsi untuk membuat simulasi dari suatu proses kimia yang dapat membantu para engineer dalam menangani permasalahan-permasalahan yang terjadi pada suatu proses. Selain itu, ChemCad juga dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas dari suatu industri. ChemCad menyediakan fasilitas add-ons dan beberapa features bagi para penggunanya yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan untuk proses di suatu industri tertentu. (http://www.crackcad.com/download/ChemStations-ChemCAD-v6.3.1.4168.html) Pada Tugas Akhir ini digunakan ChemCad.v6.3.1.4168. Rangkaian produk dari ChemCad adalah sebagai berikut: Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. Bab II Tinjauan Pustaka27 a. CC-STEADY STATE . Software simulasi proses teknik kimia yang berisi data-data komponen kimia, metode termodinamika, dan unit operasi yang dapat digunakan untuk simulasi proses kimia steady-state yang dilakukan secara terus menerus dari skala laboratorium menjadi skala industri. Software ini baik digunakan untuk merancang proses atau perhitungan proses yang sudah ada. b. CC-DYNAMICS adalah simulasi proses yang memeriksa keakuratan simulasi steady-state dengan melakukan analisa dinamik dari flowsheet. ChemCad dynamics digunakan untuk operability check-out, PID loop tuning, operator training , dan kontrol proses secara online . c. CC-THERM merupakan simulator yang digunakan untuk mempercepat kinerja dan mengakuratkan heat exchanger . ChemCad Therm digunakan untuk heat exchanger jenis shell-and-tube, plate-and-frame, air-cooled, dan double-pipe exchangers. d. CC-FLASH menyediakan physical properties dan perhitungan fasa kesetimbangan suatu komponen atau senyawa. e. CC-BATCH merupakan simulator untuk distilasi batch yang sangat fleksibel dan dilengkapi dengan berbagai macam modus operasi. Selain itu, ChemCad Batch memiliki kemampuan untuk membuat beberapa model tahapan dan kondisi operasi. ChemCad batch mengoptimasi proses batch dan meningkatkan produktivitas. Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit Cold Section di Ethylene Plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk.
