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
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,
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
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
1. Menentukan effective area
aw = 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
σc = critical surface tension for particular packing material, mN/m
σL = tegangan permukaan cairan, mN/m
L*w = laju alir massa liquid persatuan luas penampang lintang, kg/m2.s
μL = viscositas cairan
Pch : konstanta parakor
ρV, ρL : densitas uap dan gas
T = temperatur absolut, K
MA, MB = berat molekul A dan B. kg/kgmol
Pt = tekanan, N/m2
εAB = energi tarik menarik molekul = 2 AB
k = konstanta Boltzman
rAB = pemisahan molekular saat tumbukan,nm =
f(kT/εAB) = fungsi tumbukan, Fig 2.5 Treybal, 1980.
r = 1,18v1/3
0,42. Menghitung koefisien perpindahan masa
Untuk cairan:
Untuk gas:
2kL = koefisien transfer massa lapisan cair, m/s
kG = koefisien transfer massa lapisan uap, kmol/m.s2.bar
DL, Dv = diffusivitas cairan dan uap, m2/s
ρv = densitas uap, kg/m3
dp = 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
vA = 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 :
HOG = HG + λ HL
Untuk gas: Untuk cairan :
4. Menghitung tinggi lapisan transfer
HOG = HG + λ HL
HL, HG = satuan lapisan transfer cair dan uap, m Lm, Gm= laju alir molar cairan dan uap, kmol/m2.s
P = tekanan, atm atau bar Ct = konsentrasi cairan =
λ = m/(Lkesetimbangan/slop garis operasim/Gm) = slop garis
m =
yo/x = y
i/xi=K (Perry's Handbook, 7td.
ed. pp.14-9)
= 3,985089
4. Menghitung HETP
Tinggi packing :
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
.
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.
HTU VS HETP
HTU VS HETP
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
Persamaan
Persamaan HTU
HTU dan
dan NTU
NTU
21
*
y
y L
G
y
y
dy
NTU
2x
dx
NTU
1 *
x G L
x
x
dx
NTU
x
y
,
* *
,
GL
x
y
konsentrasi fase gas dan cair padakesetimbangan
•G adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft2),
• P tekanan total dan
• kGa 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),
• kLa 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 .