PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH. Asep Muhamad Samsudin

(1)

PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH

PERANCANGAN ALAT PROSES

(2)

PACKED TOWER

 Packed tower adalah kolom pemisah berupa silinder tegak alat yang

didalamnya berisi sejumlah kumpulan packing (isian) yang digunakan sebagai alat kontak fase gas-cair atau cair-cair.

 Packed tower banyak digunakan sebagai alat pemisah suatu

campuran yang mendasarkan pada operasi difusi, yang melibatkan kontak antara :

1. Fase gas dengan fase cair (Distilasi, Absorpsi, dan Desorpsi) atau

(3)

Pemilihan Packed Tower

1. Untuk diameter kolom kurang dari 3 (tiga) feet, packed tower lebih dipiiih

2. Kolom harus dioperasikan pada tekanan vacuum

3. Campuran yang akan dipisahakan

a. Bersifat korosif

b. Cenderung membentuk buih

c. Tidak mengandung suspensi padatan

4. Tidak diinginkan hasil samping

(4)

Pemilihan Ukuran Packing

 Ukuran kecil  mahal, pressure drop tinggi, m2_/m3 _tinggi  Ukuran besar  murah, pressure drop rendah, m2_/m3 _rendah  Menara berukuran besar  packing ukuran besar

 Menara berukuran kecil  packing ukuran kecil

 Jika menggunakan packing ukuran besar untuk menara berukuran kecil  distribusi cairan buruk

 Rekomendasi ukuran random packing: Column diameter Packing size < 0,3 m (1 ft) < 25 mm (1 in)

0,3 – 0,9 m (1 to 3 ft) 25 to 38 mm (1 to 1,5 in) > 0,9 m (3 ft) 50 to 75 mm (2 to 3 in)

(5)

Symbols a liquid distributor b liquid collector c structured packing d support grid e man way f liquid re-distributor (A) (B)

Sources: A. Mersmann, M. Kind, J. Stichlmair: Thermal Separation Technology. Berlin, Heidelberg: Springer 2011; D.W. Green (ed.): Perry´s Chemical Engineers´ Handbook, New York: McGraw-Hill 2008

(6)

(7)

(8)

(9)

Dinding Kolom (

Shell

)

 Terbuat dari metal, plastik, kayu, kombinasi atau bahan yang lainnya.

 Umumnya penampang bentuk bulat.

(10)

Distributor

 Mempunyai peranan penting jika dikaitkan dengan efisiensi pemisahan.

 Distribusi cairan yang jelek akan menurunkan efektivitas dari permukaan packing yang terbasahkan.

 Seleksi akhir dari mekanisme distribusi cairan melintang pada permukaan tumpukan packing, sangat tergantung pada ukuran kolom, tipe packing dan lain-lain.

 Umumnya dibutuhkan 5 (lima) titik untuk tiap ft2 _{penampang kolom}

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

Redistributor

 Digunakan pada setiap ketinggian 3-10 kali diameter kolom, tergantung pada jenis packing.

 Sebagai anjuran, kira-kira 3 kali diameter kolom atau maksimal 10-15 ft untuk tipe Raschig Ring dan 5-10 kali diameter kolom atau 12-20 ft untuk tipe Berl / Intalox Saddle.

 Pada tumpukan packing setinggi 10 ft, maka 20-30 % cairan mengalir ke bawah melalui dinding.

(16)

Packing Support

 Dalam kolom, packing ditahan oleh packing support.

 Perforated plate, dapat digunakan sebagai penahan packing, tetapi tipe bar-grid lebih mudah dan kuat.

(17)

(18)

Support grids TEB / TSB

for Structured Packing

Support grids TE / TS

for Structured Packing

Support grids GIS / EMS

(19)

Packing Restrainer

 Dibutuhkan jika laju alir gas tinggi

 Digunakan untuk menahan pengangkatan packing ketika ada kenaikan laju alir gas yang mendadak.

(20)

(21)

Entraintment Eliminator

 Pada laju alir gas tinggi, dimana Spray liquid distributor digunakan, maka ketika gas meninggalkan permukaan tumpukan packing, sangat boleh jadi akan membawa tetesan cairan. Peristiwa ini disebut Entrainment.

 Dengan menggunakan Entrainment Eliminator, Tetesan cairan akan tertangkap pada permukaan alat tersebut dan jatuh menetes kembali.

(22)

Packing

 Packing adalah bahan isian yang digunakan sebagai alat kontak antar

fasa dalam kolom pemisah.

 Tujuan utama packing adalah untuk menyediakan luas kontak yang besar antara kedua fase.

 Sebagai alat kontak antar fasa, packing memiliki 3 (tiga) fungsi

1. Tempat berlangsungnya proses perpindahan

2. Tempat terbentuknya keseimbangan

3. Alat pemisah dua fasa seimbang

 Packing dapat disusun secara acak (Random packing) maupun secara teratur (Regular packing)

(23)

Kriteria Pemilihan Packing

1. Memberikan luas permukaan bidang kontak yang besar tiap satuan volume.

2. Tumpukan packing dalam kolom harus memberikan rongga yang cukup.

3. Karakteristik pembasahan packing baik.

4. Tahan terhadap bahan yang bersifat korosif.

5. Bulk density rendah

6. Ringan, kuat dan tidak mudah pecah.

(24)

Cara Penyusunan Packing

• Dijatuhkan acak

• Pressure drop lebih besar

• Luas permukaan besar

• Ongkos kecil

Random

Packing

• Disusun secara teratur

• Pressure drop rendah

• Aliran fluida besar

• Ongkos besar

Regular

Packing

(25)

(26)

Historical Development of Characteristic Random Packings First Generation (Raschig Ring, Berl Saddle)

1895 to the 1950s

simple shapes with closed surfaces, robust and stable design, cost-effective production

Second Generation (Pall Ring, Intalox Saddle) late 1950s to the early 1970s

surfaces with cutted windows and bent tongues, improved area distribution lowering pressure drop and enhancing capacity

Third Generation (Net/Grid Structures, IMPT Ring) late 1970s to the 1990s

framework structure, large free cross section, low pressure drop, high efficiency

Fourth Generation (Raschig Super-Ring) late 1990s until present

lower pressure drop and better mass transfer efficiency

(27)

(28)

(29)

(30)

Rachig Rings

Kelebihan Kelemahan

• Harganya lebih murah

• Tidak terlalu berat

• Sensitivitas lebih rendah terhadap

kualitas distribusi cair dan uap

• Dapat digunakan untuk bahan yang tidak tahan suhu tinggi

• Efisiensinya lebih rendah

• Kontaknya berlangsung secara cepat

(31)

Lessing Rings

• Harganya murah

• Tidak terlalu berat

• Dapat digunakan untuk bahan yang tidak tahan suhu tinggi

• Sensitivitas lebih rendah

terhadap kualitas distribusi cair dan uap

• Efisiensinya lebih rendah

(32)

Partition Rings

• Penyerapannya baik

• Tidak bereaksi dengan zat kimia

• Lebih banyak memiliki laluan sehingga memungkinkan untuk kontak dengan baik

• Pembersihannya sulit dilakukan.

• Harganya lebih mahal

dibandingkan raschig ring, lessing ring, berl saddle dan intalox saddle

(33)

Pall Rings

• Kapasitas lebih tinggi dan

Pressure drop rendah (di bawah separuh Raschig Rings)

• Nilai HTU lebih rendah dari Berl Saddle.

• Distribusi cairan baik dan kapasitas besar.

• Pembersihannya sulit dilakukan.

(34)

Intalox Saddle

• Pressure Drop rendah dengan luas permukaan yang lebih tinggi

• Distribusi uap-cair

didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi.

• Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik

(35)

Berl Saddle

• Distribusi uap-cair

didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi.

• Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik,

• Sensitivitas lebih rendah

terhadap kualitas distribusi cair dan uap

• Luas permukaannya besar

(36)

Tellerette

• Pressure drop dan nilai HTU rendah.

• Batas flooding lebih tinggi dari pada Raschig Ring maupun Berl Saddle.

• Dapat dibuat dari plastik

• Luar permukaan lebih besar

• lebih banyak memiliki laluan sehingga memungkinkan untuk kontak dengan baik.

(37)

Common Random Packings

Common random packing particles made of metal, plastic, ceramic Sorce: Koch-Glitsch, Inc.

(38)

(39)

(40)

Type of Regular Packings

Sources: Sulzer Chemtech AG; Koch-Glitsch, Inc. Structured packing of corrugated metal

sheets

Structured packings Mellapak made of metal and plastic

(41)

(42)

Material Packing

PLASTICS

CERAMIC

CARBON

METALS

• Plastic packings (usually polypropylene) are inexpensive and have sufficient strength, but have poor wettability particularly at low liquid rates.

• Ceramic packings are useful for resisting corrosion at elevated temperatures, where plastic may not be suitable. Ceramic packings also have good wettability, but inferior strength than metal packings

• Carbon packings packings are useful for resisting corrosion. but inferior strength than ceramic and metal packings

• Metal packings are usually preferred because of their superior strength and good wettability.

(43)

Ceramic Materials

CERAMIC MATERIALS Ceramic Intalox Saddles Porcelain, stoneware Cross Partition Rings Ceramic Raschig Rings Super Intalox Saddles

(44)

Tipe Packing untuk Bahan Keramik

Packing Type Size mm No. pcs/m3 Wt kg/m3 Void Space % Ceramic Intalox Saddles 6 10 13 19 25 38 50 4150000 1800000 600000 219000 73000 23000 8600 875 810 745 710 680 630 600 64 67 69 71 72 74 75 Ceramic Super Intalox Saddles No. 1 No. 2 52600 6350 570 620 75 77

(45)

Tipe Packing untuk Bahan Keramik

Packing Type _{Size mm} _{No. pcs/m3} _{Wt kg/m3} Void Space %

Ceramic Raschig Rings 6 10 13 19 25 38 50 3000000 872000 378000 109000 47700 13700 5800 970 990 840 745 680 650 630 60 59 65 69 72 73 74 Ceramic Cross Partition Rings 76x76 102X102 152X102 1770 954 424 750 980 850 59 64 69

(46)

CERAMIC SADDLE RINGS CERAMIC SUPER SADDLE RINGS CERAMIC PALL RINGS

(47)

CERAMIC RASCHIG RINGS

CERAMIC PARTITION RINGS

(48)

Material Logam

METALLIC PACKING MATERIALS PALL RINGS HY-PACK PACKING RASCHIG RINGS

(49)

Tipe Packing untuk Bahan Logam

Packing Type Size mm No. pcs/m3 Void Space %

Pall Rings 16 25 38 50 90 207700 49330 13210 5790 1160 94 96 97 96 98 Hy-Pak Packing 30(No.1)

45(No.1.5) 60(No.2) 90No.3) 29900 9390 3670 1090 97 98 98 98

(50)

Tipe Packing untuk Bahan Logam

Packing Type Size mm No. pcs/m3 Void Space %

Raschig Rings 10 12 16 19 25 32 38 50 75 951030 402590 207700 110900 49330 25675 13210 5790 1860 DATA NOT AVAILABLE

(51)

(52)

Material Plastik

PLASTIC BASED

PACKING

MATERIALS

Super Intalox Saddle Intalox

(53)

Tipe Packing untuk Bahan Plastik

Packing Type Size mm No. pcs/m3

Wt kg/m3 Void Space % Super Intalox Saddles No.1 No.2 No.3 57500* 6400* 1400* 83 61 50 90 93 94 Intalox Snowflake ₅₀ _4925* ₄₅ ₉₅ Pall Rings 25 38 50 90 50220* 14870* 6127* 1171 69 82 60 43 92 91 93 95

(54)

(55)

Tipe Packing untuk Bahan Karbon

Packing Type Size mm No. pcs/m3

Wt kg/m3 Void Space % Carbon Raschig Rings 6 13 19 25 38 50 76 3000000 374000 111000 47000 13800 5900 1750 745 440 550 440 550 440 370 55 74 67 74 67 74 78

(56)

(57)

(58)

MALLAPAK 250 X/Y BX GAUZE PACKING

(59)

MELLACARBON 250 Y DX LABORATORY PACKING

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

Masalah yang Sering Terjadi dalam

Packed Column



CHANELLING



Cairan bukannya seragam mengairi

materi, akan tetapi menemukan satu / lebih jalur sempit

dan mengalir sebagian besar melalui itu, sehingga

mengurangi efektivitas. Alasan utama untuk kinerja yang

buruk dari packed tower besar Terjadi biasanya pada

regular packed tower



FLOODING



Akumulasi cairan di atas kolom

(71)

LIQUID

INLET

DISTRIBUTION OF

LIQUID UNDER

IDEAL CONDITIONS

1. PACKED MATERIALS 2. SUPPORTING GRID 3. LIQUID COLLECTOR 4. LIQUID REDISTRIBUTOR 5. LIQUID DISTRIBUTOR

(72)

LIQUID

INLET

CHANNELING

PROBLEM IN PACKED

TOWERS

1. PACKED MATERIALS 2. SUPPORTING GRID 3. LIQUID COLLECTOR 4. LIQUID REDISTRIBUTOR 5. LIQUID DISTRIBUTOR

(73)

(74)

Tinjauan Tray & Packed Tower

Aspek Tray Tower Packed Tower

Alat Kontak Tray / Plate Packing / Bahan Isian Arah Aliran Kontak Fase Arus silang Arus lawan arah

Terjadinya Perpindahan Setiap Tray sepanjang kolom

Setiap titik di setiap

permukaan bidang basah dari packing

Kemungkinan Terwujudnya Keseimbangan

Di setiap Tray sepanjang kolom

Pada kolom Packing setinggi HETP

(75)

Tray Columns Packed Columns

• cross flow of the two phases on the trays • countercurrent flow of the two phases • always used in columns of large diameters and

towers that have more than 20 to 30 equilibrium stages,

in applications with liquid rates of 30 m³/(m²h) and above, when liquid flowrate is high relative to vapor flowrate

• packings are generally more expensive than plates, less expensive than tray columns for small column diameter (D<0.6 m),

used in lower liquid-rate-applications (i.e. less than 50 m³/(m² h)

• various tray types made of metallic materials

(D=500–10000 mm) • more choices in materials of construction especially in corrosive service (e.g. plastic, ceramic, metal alloys, carbon),

random (D=50–800 mm) or structured packings (D=20–11000 mm)

• high liquid residence time • less liquid entrainment, low liquid holdup, especially suitable for thermally sensitive material

• pressure drop is rather high, typically 7 mbar per equilibrium stage (not well suited for vacuum services)

• lower pressure drop, typically 0,1 to 0,5 mbar per equilibrium stage (important in vacuum distillation) • dirty service (tray columns are easier to clean) • cleaning of a packing section is much too

complica-ted and expensive • stable and robust operation of the separation

process, more flexible to variations in operating conditions

• foaming liquids can be handled more readily (less agitation of liquid by the vapour)

• due to novel developments of packing elements the industrial use of packed columns is steadily

increasing

(76)

Overall View of a Distillation Unit

Source: GVWU mbH, Norderstedt Condenser Cooling Water Feed Feed Distillate Distillate Cooling Water Steam Bottom Product Cooling Water Bottom Product Cooler Feed Preheater Distillate Pump Pump Distillate Cooler Reboiler

(77)

Piping and Instrumentation Diagramm of a Distillation Unit