LEVEL -04
SISTEM PEMISAHAN
Heri Rustamaji
STRUKTUR UMUM SISTEM PEMISAHAN
Untuk menentukan struktur umum sistem pemisahan pertama kita harus menentukan fasa aliran yg keluar dari reaktor (Gmbr 4-1). Untuk proses uap-cair hanya ada tiga kemungkinan :
2) Jika keluaran reaktor adalah campuran dua fasa, kita dapat menggunakan reaktor sebagai pembagi fasa (atau menempatkan flash drum setelah reaktor). Kita mengalirkan cairan ke sistem pemisahan cairan.
Jika reaktor diopersikan di atas temperatur Jika reaktor diopersikan di atas temperatur air pendingin, kita biasanya mendinginkan aliran uap reaktor sampai 100oF dan membagi
Jika temperatur rendah dari cairan yang diflash kita
temukan mengandung lebih banyak reaktan (dan tidak ada komponen produk yg terbentuk sebagai intermediate dalam reaksi rantai), selanjutnya kita mendaur ulang (recycle) cairan tersebut ke reaktor (seperti refluk kondenser)
Jika temperatur rendah dari cairan yang diflash
mengandung sebagian besar produk, kita mengirim aliran ini ke sistem pemulihan uap.
aliran ini ke sistem pemulihan uap.
Tapi jika aliran keluaran reaktor hanya sedikit
3) Jika keluaran reaktor semuanya adalah uap, kita mendinginkan sampai 100oF (temperatur cooling
water) dan kita berusaha mencapai pemisahan fasa (phase split) atau mengkondensaskan semua aliran ini. Cairan terkondensasi dikirim ke sistem pemulihan cairan, dan uap dikirim ke sistem pemulihan uap.
Jika pemisahan fasa masih belum diperoleh, selanjutnya kita pertimbangkan kemungkinan menggunakan tekanan tinggi dan kondenser parsial yang direfrigerasi. Pada kasus tidak terdapat pemisahan fasa yang dapat diperoleh tanpa refregerasi, kita juga pertimbangkan
kemungkinan mengirim aliran keluaran
Kita perlu untuk meyakinkan bahwa
struktur yang sama diperoleh untuk kisaran
variabel desain yang dipertimbangkan.
Aturan ini didasarkan pada hirarki bahwa
pemisahan fasa (
phase split
) adalah metode
pemisahan fasa (
phase split
) adalah metode
pemisahan yang termurah dan asumsi
bahwa beberapa tipe pemisahan distilasi
SISTEM RECOVERY UAP
Ketika kita berusaha untuk mensistesis
sistem pemulihan (recovery) uap, kita perlu
membuat
dua
keputusan:
1)
Apa lokasi yang terbaik
1)
Apa lokasi yang terbaik
2)
Apa
tipe
sistem
pemulihan
yang
Penempatan Sistem Pemulihan Uap
Terdapat empat pilihan untuk lokasi sistem pemulihan uap.
1) Aliran Purging (pembersihan)
2) Aliran daur ulang gas (gas recycle) 2) Aliran daur ulang gas (gas recycle) 3) Aliran uap flash
Aturan yang kita gunakan untuk membuat keputusan tersebut adalah sebagai berikut (Gambar 4-5):
1) Tempatkan sistem pemulihan uap pada aliran purging jika
sejumlah signifikan bahan yang berharga dihilangkan di pembersihan. Alasannya bahwa aliran pembersihan umumnya memiliki laju alir terkecil.
2) Tempatkan sistem pemulihan pada aliran daur ulang gas jika
material merusak terhadap operasi reaktor (racun katalis) terdapat pada aliran ini atau jika daur ulang beberapa komponen menurunkan distribusi produk. Aliran daur ulang komponen menurunkan distribusi produk. Aliran daur ulang gas umumnya memiliki laju alir terkecil kedua.
3) Tempatkan sistem pemulihan gas pada aliran flash gas jika poin
1 dan poin 2 tidak tepat, misal laju alir lebih tinggi, tapi kita menyelesaikan dua tujuan.
4) Jangan gunanakan sistem pemulihan uap jika poin 1 dan poin 2
Tipe Sistem Pemulihan Uap
Pilihan paling umum adalah:
1) Kondensasi-tekanan tinggi atau temperatur rendah atau keduanya
2) Absorpsi
2) Absorpsi
3) Adsorpsi
4) Proses pemisahan membran
Strategi
o Kita merancang sistem pemulihan gas sebelum
mempertimbangkan sistem pemisahan cairan karena setiap proses pemulihan uap biasanya
menghasilkan cairan yang selanjutnya harus
dimurnikan.
o Sebagai contoh adalah absorber gas dimana kita
o Sebagai contoh adalah absorber gas dimana kita
perlu menyuplai solven ke absorber. Kita juga mengenalkan loop baru daur ulang gas antara sistem pemisahan (gambar 4-6).
o Umumnya kita perlu untuk memperkirakan
Sistem reaktor
Daur ulang gas
purge
Daur ulang cairan
P-12
difenil
Komponen Ringan
Beberapa komponen ringan akan dilarutkan dalam cairan yang meninggalkan pembagi fasa dan normalnya beberapa akan dilarutkan dalam
aliran cairan yang meninggalkan sistem
pemulihan uap. Jika komponen ringan ini pemulihan uap. Jika komponen ringan ini
kemungkinan kontaminan produk, harus
Kombinasi Sistem Pemulihan Uap dan
Sistem Pemisahan Cairan
Jika kita menggunakan kondenser dan flash drum untuk
membagi fasa keluaran reaktor beberapa komponen cairan peling ringan akan meninggalkan dengan flash uap dan tidak akan dipulihkan di sistem pemulihan cairan.
Namun demikian, jika hanya ada sedikit jumlah uap
Namun demikian, jika hanya ada sedikit jumlah uap
Diameter kolom distilasi dengan umpan dua fasa perlu lebih besar (untuk menangani) kenaikan lalu lintas uap) daripada kolom yang menggunkan flash drum.
Namun demikian, kenaikan biaya ini mungkin
Namun demikian, kenaikan biaya ini mungkin
lebih kecil dari bidaya engan menggunakan
sistem pemulihan uap untuk menghilangkan
SISTEM PEMISAHAN CAIRAN
Keputusan yang kita perlukan untk mensintesis sistem pemisahan cairan adalah sebagai berikut:
1) Bagaimana seharusnya komponen ringan dipisahkan jika merupakan kontaminan produk
2) Apa yang seharusnya ditandai dari komponen ringan.
3) Apakah kita mendaur ulang komponen-komponen yang membentuk azeotrop dengan reaktan atau apakah kita membentuk azeotrop dengan reaktan atau apakah kita memisahkan azeotrop.
4) Pemisahan apa yang dapat dilakukan dg distilasi? 5) Urutan kolom seperti apa yang kita gunakan?
Alternatif Pemisahan Komponen Ringan
1) Turunkan tekanan atau naikkan temperatur
aliran, dan pisahkan komponen ringan dalam pembagi fasa (phase splitter)
2) Gunakan kondenser parsial pada kolom
2) Gunakan kondenser parsial pada kolom
produk
3) Gunakan bagian pasteurisasi pada kolom
produk
4) Gunakan kolom stabilizer sebelum kolom
Kondenser parsial Seksi pasteurisasi Kolom stabilizer
Menempatkan Light End
Untuk menempatkan light end kita dapat membuangnya
(kemungkinan ke sistem flare), mengirim light end sebagai bahan bakar, atau mendaur ulang light end ke sistem pemulihan uap atau flash drum.
Jika light end memiliki nilia sangat kecil, kita akan
memisahkannya dari proses melalui vent. Jika vent ini menyebabkan polusi udara, kita coba membuang melalui sistem menyebabkan polusi udara, kita coba membuang melalui sistem flare (pembakaran) untuk membakarnya. Jika sebagian besar light end mudah terbakar, kita coba pulihkan nilai bahan bakarnya.
Namun jika light end berharga, kita ingin tetap dalam proses .
Azeotrop dengan Reaktan
Jika komponen membentuk azeotrop dengan
reaktan, kita memilih mendaur ulang komponen tsb atau memisahkan azeotrop dan mendaur ulang reaktan.
Memisahkan azeotrop umumnya membutuhkan
Memisahkan azeotrop umumnya membutuhkan
Kemungkinan Penerapan Distilasi
Secara umum distilasi adalah peralatan pemisahan
campuran-cairan paling murah. Namun demikian, jika relativ volatilitas dua komponen dengan titik didih yang berdekatan kurang dari 1,1 distilasi menjadi sangat mahal.
menjadi sangat mahal.
Misalnya perlu rasio refluk besar yg berarti laju
Kapanpun kita menemukan dua komponen
berdekatan yg memiliki volatilitas relatif
kurang dari 1,1 dalam campuran, kita
kelompokkan komponen ini bersama dan kita olah kelompok ini sebagai komponen tunggal dalam campuran.
Dengan kata lain kita membuat urutan distilasi
yang terbaik untuk kelompok itu dan
komponen lain, dan kemudian memisahkan
komponen yang menyatu (azeotrop)
Basic principle of distillation
Principle
- use boiling point difference for separation
- described by vapor liquid equilibrium (VLE)
xLK=xHK yLK>yHK
VLE- Txy Diagram
Effect of Pressure
- keep the pressure low
Column Configuration
remove heat at lower T
Minimum Reflux Ratio
Total Reflux
Capital cost vs operating cost (energy)
Definitions
- single feed - two products
Urutan Kolom untuk Kolom Sederhana
- two products
- key components are adjacent in boiling pt. - column has a condenser
• Jumlah urutan yang berbeda P –1 kolom distilasi biasa (ordinary distillation) NS, untuk menghasilkan P produk.
Two Alternatives for NC= 3
Untuk pemisahan tajam campuran tiga komponen (tanpa azeotrop) kita dapt juga memulihkan komponen paling ringan dahulu atau komponen paling berat dahulu dan
berikutnya memisahkan dua komponen
tersisa (lihat gambar 4-8).
Ketika jumlah komponen meningkat, jumlah
Ketika jumlah komponen meningkat, jumlah
Contoh: 3 Komponen
Tabel 1. Jumlah Alternative
Jumlah komponen Jumlah urutan
Tabel 2. Urutan kolom untuk 5 aliran produk
Kolom 1 kolom 2 kolom 3 kolom 4
1 A/BCDE B/CDE C/DE D/E
2 A/BCDE B/CDE CD/E C/D
3 A/BCDE BC/DE B/C D/E
4 A/BCDE BCD/E B/CD C/D
5 A/BCDE BCD/E BC/D B/C
6 AB/CDE A/B C/DE D/E
7 AB/CDE A/B CD/E C/D
7 AB/CDE A/B CD/E C/D
8 ABC/DE D/E A/BC B/C
9 ABC/DE D/E AB/C A/B
10 ABCD/E A/BCD B/CD C/D
11 ABCD/E A/BCD BC/D B/C
12 ABCD/E AB/CD A/B C/D
13 ABCD/E ABC/D A/BC B/C
Contoh
Design a sequence of ordinary
Penyelesaian
the first column in position to separate the key components with
the greatest SF.
Sequence separation points in the
Sequence separation points in the order of decreasing relative volatility so that the most difficult splits are made in the absence of other
Kemungkinan Solusi
a = 3.6 a = 2.8
a = 1.5
Hirarki Umum untuk Urutan Kolom
1. Pisahkan komponen korosive segara
mungkin
2. Pisahkan komponen reaktiv atau monomer
segera mungkin
3. Pisahkan produk sebagai distilat 3. Pisahkan produk sebagai distilat
4. Pisahkan aliran daur ulang sebagai distilat,
terutama jika didaur ulang ke reaktor
Hirarki Urutan Kolom untuk Kolom Sederhana
1) Paling sedikit dulu
2) Paling ringan dulu
3) Pemulihan pemisahan tinggi terakhir
4) Pemisahan sulit terakhir
Pemisahan komponen ekimolar yang
5) Pemisahan komponen ekimolar yang
dominan
Keterkaitan Sistem Pemisahan dan Proses
Pilih urutan yang
meminimalkan jumlah
meminimalkan jumlah
kolom dalam lop daur
(a) (b)
