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.
Download
Random flashcards
hardi

0 Cards oauth2_google_0810629b-edb6-401f-b28c-674c45d34d87

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Nomor Rekening Asli Agen De Nature Indonesia

2 Cards denaturerumahsehat

Create flashcards