packing HETP meningkat dengan beban (loading) dalam structured packing

TINGGI PACKED COLUMN

TINGGI PACKED COLUMN

EFISIENSI PACKING

EFISIENSI PACKING

Konsep HETP



Konsep HETP (Height Equivaent of a

Theoritical Plate) diperkenalkan untuk

memungkinkan perbandingan efisiensi antara

kolom packing dan kolom plate. HETP

didefinisikan sebagai:

didefinisikan sebagai:

HETP = H/n n= jumlah plate ideal



Nilai HETP yang sama dapat diperoleh untuk

kolom plate jika spasi tray/plat diketahui:

HETP (tray kolom) = 100S/E

Faktor

Faktor yang

yang Mempengar

Mempengaruhi

uhi HETP (1)

HETP (1)

1. Tipe dan ukuran Packing. Secara umum efisiensi packing

meningkat (HETP RENDAH) ketika:

Luas packing per satuan volume meningkat. Efisiensi meningkat jika ukuran packing menurun (random packing) atau ukuran saluran rendah/dangkal (structured) packing

Permukaan packing terdistribusi lebih baik

2. Beban uap dan cair. Untuk operasi L/V konstan dalam wilayah

preloading, umumnya:

Beban cairan dan uap memiliki efek kecil terhadap HETP random Beban cairan dan uap memiliki efek kecil terhadap HETP random packing

HETP meningkat dengan beban (loading) dalam structured packing

3. Distribusi. Distribusi yang tidak merata (maldistribution) cairan

dan uap memiliki efek penting pada efisiensi packing

4. Rasio L/V. Sebagian besar pengujian efisiensi kolom packing

pada refluk total. Beberapa pengujian menyarankan bahwa efisiensi untuk refluk minimum dan refluks total sama. Hal ini berlaku jika range lamda (

λ = mG’/L’)

antara 0,5 dan 2,0. Range ini untuk sebagian besar sistem distilasi . Diluar ini HETP meningkat.

Faktor

Faktor yang

yang Mempengaruhi

Mempengaruhi HETP (2)

HETP (2)

5. Tekanan. Secara umum tekanan memiliki efek yg kecil pada HETP (structured dan random) pd tekanan 1-2 psia.

Pada distilasi vacuum(<1-2 psia) terdapat data yg menyatakan bahwa efisiensi menurun jika tekanan diturunkan pada random packing.

Untuk distilasi tekanan tinggi (>200-300 psia) efisiensi structured packing meningkat jika tekanan dinaikkan.

6. Sifat Fisik. Secara umum HETP random packing relative sensitive terhadap sifat sistem. Sistem yang kaya air, HETP structured packing cenderung lebih tinggi daripada untuk sistem packing cenderung lebih tinggi daripada untuk sistem nonaqueous.

7. Underwetting. Dengan sistem organik encer, HETP cenderung menigkat pada bagian akhir kolom untuk structured dan random packing.

8. Error dlam VLE. Ini mempngaruhi HETP dengan beberapa cara yang berpengaruh juga terhadap efisiensi tray.

9. Fasa dua cairan immiscible. Horison (1990) mengemukakan 2 studi kasus:

Penambahan air ke dalam dua zat organik yang tdk larut dalm air tdk memiliki efek thd HETP,

komponen kunci adalah larut dalam kedua cairan, dan HETP sekitar 50% lebih tinggi dari normal.

Memprediksi HETP

Memprediksi HETP

HETP dapat diprediksi dengan 3 cara:

• Model transfer massa. Penyusunan model tranfer massa

untuk memprediksi HETP packing telah dibatasi oleh kajian pemahaman yg komplek aliran dua fasa yang handal

dalam packing dg memperpendek data efisiensi skala komersil packing yg lebih baru, dan kesulitan dalam perhitungan permukaan packing generasi baru.

perhitungan permukaan packing generasi baru.

• Rule of Thumbs. Karena hanya sedikit variabel yg sangat

signifikan mempengaruhi HETP random packing, dan u menangani unrealibilitas model transfer massa yg terbaik, rule of thumb HETP secara sukses bersaing dengan model transfer massa.

• Interpolasi data. Interpolasi data eskperimen HETP

merupakan cara yang paling reliable u memperoleh nilai desain HETP.

Langkah:

1.

Menentukan efektif area

2.

Menghitung koefisien perpindahan

massa

a. Model Transfer Massa

a. Model Transfer Massa

massa

3.

Menghitung ketinggian satuan lapisan

transfer

4.

Menghitung hetp

                                      a L g a L a L a a L L w L w L w L c w       0,05 *2 2 2 * 1 , 0 * 75 , 0 45 , 1 exp 1

1. Menentukan effective area

a_w = effective interfacial area packing persatuan volume, m2/m3 a = actual area of packing persatuan volume, m2/m (hal 491) σ = critical surface tension for particular packing material, mN/m σ_c = critical surface tension for particular packing material, mN/m

σ_L = tegangan permukaan cairan, mN/m

L*_w = laju alir massa liquid persatuan luas penampang lintang, kg/m2.s μ_L = viscositas cairan   ) / ( 10 12 4 cm dyne x M P_{ch L v }            Pch : konstanta parakor ρ_V, ρ_L : densitas uap dan gas M : berat molekul

T = temperatur absolut, K

MA, MB = berat molekul A dan B. kg/kgmol Pt = tekanan, N/m2

εAB = energi tarik menarik molekul =    AB 2 AB t 0,5 B A 3/2 0,5 B A 4 ε kT f r p M 1 M 1 T M 1 M 1 0,249 1,084 10 _                        D_V = k = konstanta Boltzman

r_{AB =} pemisahan molekular saat tumbukan,nm =

f(kT/ε_AB) = fungsi tumbukan, Fig 2.5 Treybal, 1980. r = 1,18v1/3

 

0,4 2 / 1 3 / 2 * 3 / 1 μ μ 0051 , 0 μ p L L L L w w L L L ad D a L g k                         0,6 0,5 B 18 A v μ T M 10 117,3x    L D

2. Menghitung koefisien perpindahan masa

Untuk cairan: Untuk gas:

 

2 p 3 / 1 v 7 , 0 * w 5 G _ad D a V K D RT a k                μ μ 0,5 B A 3/2 0,5 B A 4 M 1 M 1 T M 1 M 1 0,249 1,084 10 _                        D = v v v v a D D a _{ μ} _ _{ } _    AB 2 AB t r f kT ε p   D_V = μ_v, μ_L = viskositas uap dan cairan , N.s/m2

k_L = koefisien transfer massa lapisan cair, m/s

k_G = koefisien transfer massa lapisan uap, kmol/m.s2_.bar

D_L, D_v = diffusivitas cairan dan uap, m2_/s

ρ_v = densitas uap, kg/m3

d_p = ukuran packing, m





0,6 0,5 B 18 A

v

μ

T

M

10

117,3x







L

D

MB = berat molekul solven B,

T = temperatur absolut ,

μB = viskositas cairan solven

v_{A =} volum molal solut

φ = faktor asosiasi solven

t w L m L

C

a

k

L

H



P

a

k

G

H

w G m G



Keseluruhan : H_OG = H_G + λ H_L

Untuk gas: Untuk cairan :

4. Menghitung tinggi lapisan transfer

H_OG = H_G + λ H_L

H_L, H_G = satuan lapisan transfer cair dan uap, m L_m, G_m= laju alir molar cairan dan uap, kmol/m2_.s

P = tekanan, atm atau bar Ct = konsentrasi cairan =

λ =

m/(L_m/G_m) = slop garis

kesetimbangan/slop garis operasi m = yo_{/x = y} i/xi= K (Perry's Handbook, 7td. ed. pp.14-9) = 3,985089 λ = 6,191314





              1 . / . ln 1 m m m m OG OG L G m L G m H H HETP   4. Menghitung HETP Tinggi packing : Zp = HETP x N Zp = HETP x N_t

B. Rule of Thumbs

B. Rule of Thumbs

C. Interpolasi data

C. Interpolasi data

Menurut Philip Schweitzer (1997) interpolasi

data merupakan cara yang terbaik untuk

menurunkan HETP dari data eksperimen dan

mengeceknya terhadap rule of thumbs.

Cara interpolasi dan hasil interpolasi berbagai

Cara interpolasi dan hasil interpolasi berbagai

jenis random packing disajikan di buku Kister,

H.Z.,“Distillation Design, Mc Graw Hill, New

York, 1992. page 653

Konsep Transfer Unit (HTU/NTU)

Konsep Transfer Unit (HTU/NTU)

Konsep transfer unit dibangun dg menganalisis transfer massa yang melewati bagian perbedaan ketinggian dalam kolom packing dan mengintegrasikan hasil ekspresi ketinggian packing, dengan persamaan:

Z = HTU x NTU

Number of Transfer Unit (NTU) adalah ukuran tingkat Number of Transfer Unit (NTU) adalah ukuran tingkat kesulitan pemisahan. Ini berhubungan dg perubahan komposisi fase terhadap gaya dorong (driving force) transfer massa rata-rata.

Height of Transfer Unit (HTU) adalah ketinggian packing yang memberikan perubahan komposisi yang sama dengan satu satuan transfer (one transfer unit). Ini merupakan ukuran langsung efisiensi kolom.

HTU VS HETP

HTU VS HETP

Perhitungan ketinggian pcaking bisa dilakukan dg pendekatan HTU dan HETP. Kedua pendekatan tersebut pada dasarnya memberikan hasil yg sama. HTU secara fundametal merupakan konsep yg benar, karena mendeskripsikan menara isian sebagai kontaktor kontinyu, sementara HETP mendeskripsikan kontaktor kontinyu, sementara HETP mendeskripsikan kontaktor bertingkat. Kebenaran yang mendasar tersebut membuat HTU lebih mudah u mendeskripsikan dalam istilah koefisien transfer massa. Alasan ini yg membuat HTU sebagai metode yang lebih dipilih diterapkan di banyak studi akademik. Di sisi lain, pendekatan HETP lebih dipilih digunakan u desain industri dan operasi karena memiliki 5 manfaat praktis sebagai berikut:

1.

Pendekatan HETP cocok u sistem

multikomponen, sementara pendekatan HTU

sulit diterapkan u sistem ini

2.

Pendekatan HETP dapat menggunakan

program komputer tahap demi tahap yang

digunakan u perhitungan multi tahap

3.

Pendekatan HTU lebih kompleks dan lebih sulit

Pendekatan HTU lebih kompleks dan lebih sulit

u digunakan, tapi tidak menampakkan

perkembangan

4.

Pendekatan HETP memungkinkan

perbandingan lebih mudah dg kolom plat

5.

HETP relativ tidak sensitiv terhadap beban

sistem dan properti fisika. Philip Schweitzer

(1997)

Persamaan

Persamaan HTU

HTU dan

dan NTU

NTU



_



2 1 * y y L G

y

y

dy

NTU





2 x

dx

NTU







1 * x G L

x

x

dx

NTU

x

y,

* *

,

_G L

x

y

konsentrasi fase gas dan cair pada kesetimbangan

•G adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft2_),

• P tekanan total dan

• k_Ga memiliki satuan lbmol/(hr)(ft3_{)(sat.tekanan)}

aP

k

G

HTU

)

_G

/

_G

(



L L L

Lk

a

HTU

)





(

• L adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft2_),

• k_La memiliki satuan lbmol/(hr)(ft3_{)(sat. konsentrasi)}

HTU tunggal dikombinasikan dalam bentuk keseluruhan menjadi:

Posisi slop m’ dan m” pada kurva kesetimbangan

L G OG HTU m V L H HTU ) ( ) ( ' / ) (   G L OL

HTU

L

m

V

H

HTU

)

(

)

(

/

"

)

(







/



1

)

/

ln(





L

mV

L

mV

HTU

HETP

• m adalah slop kurva kesetimbangan,

• Pada distilasi garis kesetimbangan dan operasi divergen di bawah titik umpan dan konvergen di atasnya. Sebagai di bawah titik umpan dan konvergen di atasnya. Sebagai akibatnya nilai mV/L rata-rata mendekati satu untuk distilasi, sehinggga HETP dan HTU pada intinya menjadi sama .

• Biasanya tidak sama jika untuk proses absorpsi dan stripping.