Nama : Dedi Chandra NIM : 03081003055

TUGAS KHUSUS

KOLOM DESTILASI

A. Prinsip Distilasi

Gambar L-5.1. Diagram Kolom Distilasi

Destilasi didefinisikan sebagai sebuah proses dimana campuran dua atau

lebih zat liquid atau vapour dipisahkan menjadi komponen fraksi yang murni,

dengan berdasarkan perbedaan relative volatility tiap komponen.

Pemisahan komponen-komponen dari campuran liquid melalui destilasi

bergantung pada perbedaan relative volatolity dan konsentrasi masing – masing

komponen. Campuran liquid akan memiliki karateristik titik didih yang berbeda.

Oleh karena itu, proses destilasi bergantung pada tekanan uap campuran liquid.

Tekanan uap suatu liquid pada temperature tertentu adalah tekanan

keseimbangan yang dikeluarkan oleh molekul-molekul yang keluar dan masuk

pada permukaan liquid. Berikut adalah hal-hal penting berkaitan dengan tekanan

uap :

o Input energi menaikkan tekanan uap

o Tekanan uap berkaitan dengan proses mendidih

511

o Liquid dikatakan mendidih ketika tekanan uapnya sama dengan

tekanan udara sekitar

o Mudah atau tidaknya liquid untuk mendidih bergantung pada

volatilitasnya.

o Liquid dengan tekanan uap tinggi (mudah menguap) akan mendidih

pada temperature yang lebih rendah.

o Tekanan uap dan titik didih campuran liquid bergantung pada jumlah

relative komponen-komponen dalam campuran.

o Destilasi terjadi karena perbedaan volatilitas komponen-komponen

dalam campuran liquid.

Kolom destilasi tergolong pada unit operasi separasi atau pemisahan,

dikenal dua system campuran yaitu homogen dan heterogen. Campuran homogen

berfase tunggal, sedangkan heterogen berfaselebih dari satu.

Susunan alat bagian dalam (internal parts) menyebabkan kolom destilasi

terdiri atas dua jenis, kolom berplat (Plate column) dan kolom berunggun (Packed

column). Pada kolom berplat, bagian dalam kolom dibagi menjadi beberapa

segmen oleh Plate atau umumnya disebut tray. Sedangkan pada kolom

berunggun, bagian dalam kolom diisi oleh packing yang dibuat dari keramik,

logam, atau plastic.

Diagram Titik Didih

Grafik titik didih menunjukkkan bagaimana komposisi kesetimbangan dari

komponen-komponen dalam campuran liquid bervariasi menurut suhu pada

tekanan uap. Ambil contoh campuran liquid yang mengandung 2 komponen (A &

B) campuran biner. Grafik titik didihnya sebagai berikut :

512

Gambar L-5.2. Diagram Titik Didih

Titik didih komponen A adalah pada saat mol fraksi A = 1. Titik didih

komponen B adalah pada saat mol fraksi A = 0. Pada contoh ini A merupakan

komponen yang lebih mudah menguap, oleh sebab itu memiliki titik didih lebih

rendah dari pada B. Kurva pada bagian atas grafik disebut kurva dewpoint

sedangkan yang lebih rendah disebut kurva bubble point.

Dew point adalah suhu ketika uap jenuh mulai mengembun. Bubble point

adalah suhu pada saat liquid mulai mendidih. Daerah diatas kurva dew point

menunjukkan komposisi keseimbangan uap lewat jenuh, sedangkan daerah

dibawah kurva bubble point menunjukkkan komposisi kesetimbangan dari liquid

yang dinginkan.

Sebagai contoh, ketika liquid yang dinginkan dengan fraksi A=0,4 (titik A)

dipanaskan, konsentrasinya tetap konstan hingga mencapai bubble point (titik B),

ketika liquid mulai mendidih. Uap selama proses mendidih memiliki komposisi

keseimbangan mendekati 0,8 mol fraksi A. Ini berarti hampir mendekati 50% dari

pada liquid awal. Perbedaan antara komposisi liquid dan uap ini adalah dasar

operasi destilasi.

513

Relative Volatility

Relative volatility adalah pengukuran beda volatilitas antara 2 komponen

dan juga titik didihnya. Ini mengindikasikan mudah atau sukarnya pemisahan

dapat terjadi. Relative volatility komponen “i” terhadap “j” didefinisikan sebagai :

dimana :

Yi = fraksi mol komponen “i” didalam uap

Xi = fraksi mol komponen “j” didalam liquid

Jika relative volatility antara 2 komponen hampir sama, ini menunjukkan bahwa

mereka memiliki karaterisatik tekanan uap yang hampir sama. Ini berarti bahwa

mereka memiliki titik didih yang sama dan karenanya akan sulit untuk

memisahkan kedua komponen melalui destilasi.

B. Jenis-Jenis Kolom Destilasi

Terdapat banyak jenis kolom destilasi, masing-masing dirancang untuk

jenis pemisahan yang khusus, dan juga kesulitannya berbeda. Salah satu cara

untuk menggolongkan jenis kolom destilasi adalah dengan melihat prinsip

operasinya yaitu batch kolom dan continous kolom.

1. Kolom Batch

Pada operasi batch, umpan dimasukkan kedalam kolom secara batch, yaitu

kolom diisi kemudian baru dilakukan destilasi. Ketika proses yang dinginkan

telah dicapai, umpan berikutnya baru dimasukkan lagi.

2. Kolom Kontinyu

Kolom kontinyu memproses laju umpan yang kontinyu. Tidak ada

penghentian kecuali jika terjadi masalah pada kolom atau unit prosesnya. Tipe

ini yang paling umum dipakai.

514

Kolom kontinyu dapat dikelompokkkan berdasarkan :

a. Jenis umpan yang diproses

Kolom biner : umpan hanya mengandung 2 komponen

Kolom multikomponen : umpan hanya mengandung lebih

dari 2 komponen

b. Jumlah aliran produk yang dimiliki

Kolom Multiproduk : kolom memiliki lebih dari 2 aliran produk

Destilasi Ekstraktif : kolom distilasi dengan penambahan solven

tertentu ke aliran feed. Solven yang

ditambahkan memiliki titik didih lebih

tinggi daripada umpan.

Destilasi Azeotrop : kolom distilasi dengan penambahan entrainer

tertentu ke dalam aliran feed. Entrainer

yang ditambahkan memiliki titik didih lebih

rendah daripada umpan

3. Tipe bagian dalam kolom

a. Tray Column

Tray dengan desain bervariasi digunakan untuk menahan liquid pada tray

sedangkan uap melalui lubang pada tray menembus genangan liquid.

Konfigurasi ini dilakukan untuk menghasilkan kontak yang lebih baik

antara uap dan liquid, juga pemisahan yang lebih baik.

b. Packed Column

Sebagai pengganti tray, digunakan packing sebagai media kontak antara

uap dan liquid.

Kesetimbangan Vapor Liquid

Kolom destilasi dirancang berdasarkan titik didih komponen dalam

campuran yang akan dipisahkan. Sehingga ukuran, khususnya ketinggian kolom

destilasi ditentukan dari data keseimbangan Uap-Liquid dari campuran.

Data keseimbangan Uap- Liquid pada tekanan tetap diperoleh dari grafik

titik didih. Data keseimbangan Uap-Liquid campuran biner seringkali ditampilkan

515

sebagai plot ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Plot keseimbangan uap liquid

menggambarkan bubble point dan dew point campuran biner pada tekanan tetap.

Garis lengkung disebut garis kesetimbangan dan menggambarkan komposisi

liquid dan uap pada kesetimbangan dengan tekanan tetap.

Gambar L-5.3. Contoh kurva kesetimbangan campuran biner

Plot kesetimbangan uap liquid khusus ini menunjukkkan campuran biner

yang memiliki kesetimbangan uap liquid yang seragam relative mudah untuk

dipisahkan. Plot kesetimbangan uap liquid berikutnya menunjukkan system non

ideal yang akan menimbulkan pemisahan yang lebih sulit.

Kurva kesetimbangan Uap liquid yang paling rumit terdapat pada system

azeotropik. Azeotrop adalah campuran liquid yang apabila diuapkan

menghasilkan komposisi yang sama dengan liquid. Kedua plot keseimbangan Uap

liquid dibawah ini menunjukkan dua system azeotrop yang berbeda, satu dengan

titik didih minimum dan satu dengan titik didih maksimum. Pada kedua plot,

kurva kesetimbangan melintasi garis diagonal, dan ini adalah titik azzeotropik

dimana terdapat azeotrop.

516

Gambar L-5.4. Kurva campuran azeotrop

Akan tetapi kedua plot, diperoleh dari system azeotropik homogen.

Azeotrop yang mengandung satu fase liquid dalam kontak dengan uap disebut

azeotrop homogen. Azeotrop homogen tidak dapat dipisahkan dengan destilasi

konvensional. Walau begitu, destilasi vakum dapat digunakan ketika tekanan yang

lebih rendah dapat menggeser titik azeotrop. Alternatif, substansi tambahan dapat

diberikan untuk menggeser titik azeotrop ke posisi yang lebih menguntungkan.

Ketika komponen tambahan terdapat pada bagian atas kolom, operasi ini

disebut destilasi azeotrop. Ketika komponen tambahan terdapat pada bagian

bawah kolom,operasi ini disebut destilasi ekstraktif.

C. Faktor-faktor yang mempengaruhi operasi Kolom Destilasi

Kinerja kolom destilasi ditentukan oleh banyak factor, sebagi contoh :

1. Kondisi umpan yaitu keadaan umpan, komposisi umpan, dan trace

elements yang dapat mempengaruhi kesetimbangan uap liquid dari

campuran liquid.

2. Liquid internal dan kondisi aliran liquid

3. Keadaan tray (packing)

4. Kondisi cuaca

517

Kondisi campuran umpan dan komposisinya mempengaruhi operating

line dan juga jumlah tahap diperlukan untuk pemisahan.Ini juga mempengaruhi

lokasi tray umpan. Selama operasi, jika penyimpangan dari spesifikasi desain

besar, maka kolom tidak dapat lagi digunakan. Untuk mengatasi masalah akibat

umpan, beberapa kolom dirancang untuk memiliki umpan yang mengandung

jumlah komponen-komponen yang bervariasi.

Ketika reflux ratio ditingkatkan, gradien operating line untuk rectification

menuju nilai maksimum 1. Secara fisik, ini berarti bahwa lebih banyak liquid

yang kaya akan komponen volatile yang di-recycle kembali menuju kolom.

Pemisahan menjadi lebih baik dan jumlah tray yang dibutuhkan lebih sedikit.

Jumlah tray minimum diperlukan pada kondisi total reflux dimana tidak ada

pengambilan destilat.

Disisi lain, ketika reflux dikurangi, operating line rectification bergerak

menuju garis kesetimbangan. Jarak antara garis operasi dan garis kesetimbangan

menjadi lebih besar dan tray yang diperlukan berkurang.

Kondisi pembatas terjadi pada refluks ratio minimum, ketika serangkaian

tray diperlukan untuk mempengaruhi pemisahan. Sebagian besar kolom didesain

untuk beroperasi antara 1,2 hingga 1,5 kali minimum reflux ratio karena ini adalah

daerah dengan biaya operasi minimum (reflux lebih banyak berarti tugas

tambahan bagi reboiler). Kondisi aliran uap yang merugikan dapat menyebabkan :

1. Foaming

Mengacu pada ekspansi liquid melewati uap atau gas. Walaupun

menghasilkan kontak antar fase liquid-uap yang tingggi, foaming berlebihan

sering mengarah pada terbentuknya liquid pada tray.

Pada beberapa kasus, foaming dapat menyebabkan buih bercampur dengan

liquid pada tray. Foaming dapat terjadi utamanya karena sifat fisik campuran

liquid, tetapi kadangkala disebabkan desain tray dan kondisi. Apapun

penyebabnya, efisiensi pemisahan selalu berkurang.

2. Entrainment

Mengacu pada liquid yang terbawa uap menuju tray diatasnya dan

disebabkan laju alir uap yang tinggi menyebabkan efisiensi tray berkurang.

518

Bahan yang sukar menguap terbawa menuju plate yang menahan liquid

dengan bahan yang mudah menguap. Dapat mengganggu kemurnian destilat.

Enterainment berlebihan dapat menyebabkan flooding.

3. Weeping / Dumping

Fenomena ini disebabkan aliran uap yang rendah. Tekanan uap yang

dihasilkan uap tidak cukup untuk menahan liquid pada tray. Karena itu liquid

mulai merembes melalui perforasi.

Rembesan berlebihan dapat menyebabkan liquid pada seluruh tray jatuh

dan kolom harus dihidupkan ulang. Rembesan ditandai dengan penurunan

tekanan yang tajam pada kolom serta mengurangi efisiensi pemisahan.

4. Flooding

Terjadi karena aliran uap berlebihan menyebabkan liquid terjebak pada

uap diatas kolom. Peningkatan tekanan dan uap berlebih menyebabkan

kenaikan liquid yang tertahan pada plate diatasnya.

Flooding ditandai dengan adanya penurunan tekanan diferensial dalam

kolom dan penurunan yang signifikan pada efisiensi pemisahan.

Kebanyakan factor-faktor diatas mempengaruhi operasi kolom yang

disebabkan karena kondisi aliran fluida yang berlebihan atau terlalu rendah.

Kecepatan aliran uap tergantung pada diameter kolom. Weeping menentukan

aliran uap minimum yang diperlukan. Sedangkan flooding menentukan aliran uap

maksimum yang diperbolehkan Jika diameter kolom tak diukur sesuai, kolom

tidak berfungsi baik. Bukan hanya persoalan operasional muncul, proses

pemisahan dapat saja tidak terjadi.

Ingatlah bahwa jumlah tray actual yang diperlukan untuk pemisahan

khusus ditentukan oleh efisiensi plate dan packing. Semua factor yang

menyebabkan penurunan efisiensi tray juga akan mengubah kinerja kolom.

Efisiensi tray dipengaruhi oleh fooling, korosi, dan laju dimana ini terjadi

bergantung pada sifat liquid yang diproses. Material yang sesuai harus dipakai

dalam pembuatan tray.

519

Kebanyakan kolom destilasi terbuka terhadap lingkungan atmosfer.

Walaupun banyak kolom diselubungi, perubahan kondisi cuaca tetap dapat

mempengaruhi operasi kolom. Reboiler harus dapat diukur secara tetap untuk

memastikan bahwa dihasilkan uap yang cukup selama musim dingin dan dapat

dimatikan selama musim panas.

Ini adalah beberapa factor penting yang dapat menyebabkan kinerja kolom

destilasi yang buruk. Faktor-faktor lain termasuk pengubahan kondisi operasi

terjadi karena perubahan permintaan produk.

Semua factor ini termasuk system control harus dipertimbangkan pada

tahap perencanaan karena ketika kolom selesai dibangun dan dipasang, tidak

banyak yang dapat dilakukan untuk memperbaiki situasi tanpa biaya besar.

D. Dasar Peralatan Destilasi dan Pengoperasiannya

Komponen Utama Kolom Destilasi

Kolom destilasi tersusun dari beberapa komponen, yang mana digunakan

untuk transfer energi panas atau meningkatkan transfer massa. Sebuah destilasi

umumnya mengandung beberapa komponen utama :

Sebuah shell vertikal dimana pemisahan komponen liquid terjadi,

terdapat pada bagian dalam kolom seperti tray atau plate dan packing

yang digunakan untuk meningkatkan derajat pemisahan komponen.

Sebuah reboiler untuk menyediakan penguapan yang cukup pada

proses destilasi.

Kondensor untuk mendinginkan dan mengkondensasikan uap

yang keluar dari atas kolom.

Reflux drum untuk menanpung uap yang terkondensasi dari top

kolom sehingga liquid (reflux) dapat direcycle kembali ke kolom.

Pengoperasian Destilasi

Campuran liquid yang akan diproses dikenal sebagai feed dan diinput pada

bagian tengah kolom pada sebuah tray yang dikenal sebagai feed tray. Feed tray

dibagi menjadi kolom atas (enriching atau rectification) dan kolom bottom

520

(stripping). Feed mengalir kebawah kolom dikumpulkan pada bagian bawah

reboiler.

Gambar L-5.5. Bagian Bottom Kolom Distilasi

Panas disuplai ke reboiler untuk menghasilkan uap. Sumber panas dapat

berasal dari fluida, tetapi kebanyakan juga digunakan steam. Pada penguapan,

sumber panas didapat dari aliran keluar dari kolom lain. Uap terbentuk pada

reboiler diinput kembali pada bagian bottom. Liquid dikeluarkan dari reboiler

dikenal sebagai produk bottom.

Gambar L-5.6. Top destilasi

Uap bergerak keatas kolom, diinginkan oleh kondensor. Liquid yang

dikondensasi ditampung pada vessel yagn dikenal sebagai reflux drum. Sebagian

liquid direcycle kembali ke top yang dikenal reflux. Liquid yang terkondensasi

dikeluarkan dari system dikenal sebagai destilat atau produk top.

521

Penggolongan Kolom Destilasi Berdasarkan Tekanan Kerjanya

Ditinjau dari tekanan kerjanya, kolom destilasi dibagi menjadi tiga bagian

yaitu :

1. Kolom Destilasi Atmosferik

Kolom ini beroperasi pada tekanan atmosfer atau sedikitnya diatas tekanan

tersebut. Kisaran suhu yang dihasilkan 500OC. Unit ini banyak ditemukan

dipabrik kilang minyak yang berfungsi untuk merengkahkan (termal cracking)

fraksi minyak berantai panjang.

2. Kolom Destilasi Vacuum

Beroperasi pada tekanan dibawah tekanan atmosfer atau hampa. Pada tekanan

vacuum ini, titik didih cairan turun, sehingga pemisahan fraksi berat dapat

dilakukan pada suhu yang relative rendah, yaitu berkisar 248-360OC. Tujuan

utamanya adalah untuk mendapatkan kembali sebanyak mungkin fraksi ringan

yang masih tercampur atau terbawa dalam senyawa tersebut. Kolom ini

memiliki diameter yang lebih besar dari pada yang dimiliki kolom destilasi

atmosferik karena jumlah aliran uapnya lebih besar.

3. Kolom Destilasi Pressurized

Kolom ini beroperasi pada tekanan diatas tekanan atmosfer. Ini digunakan

untuk memisahkan senyawa yang bertitik didih atau titik embun rendah.

Penaikan tekanan dimaksudkan untuk menaikkan titik didih ini.

Pemanfaatannya adalah untk separasi komponen-komponen ringan. Prinsip

kerjanya sama dengan kolom destilasi atmosferik.

E. Tray dan Plates

Ada beberapa tipe desain tray, tetapi yang paling umum yaitu :

1. Bubble Cap Trays

Mempunyai riser atau cerobong yang terpasang diatas lubang (hole) dan

sebuah cap yang menutupi riser.

522

Gambar L-5.7. Bubble Cap Trays

Cap tersebut diletakkan sedemikian rupa sehingga ada celah antar riser dan

cap. Uap melalui Chimney dan langsung keluar melalui celah cap. Akhirnya

keluar melewati slots dalam cap dan mem-bubble melalui liquid pada tray.

2. Valve Tray

Pada valve trays, perforasi ditutupi oleh valve yang dapat dingkat. Uap

terangkat ketutup, karena itu membentuk area aliran untuk aliran uap. Lifting

cap langsung mengalirkan uap secara horizontal ke liquid, sehingga

memungkinkan kontak lebih banyak dari pada yang terjadi pada sieve tray.

Gambar L-5.8. Valve Tray

3. Sieve Tray

Adalah plate metal sederhana dengan lubang diantaranya. Vapor lewat keatas

melalui liquid pada plate. Jumlah dan ukuran lubang menjadi parameter

desain. Karena luas range operasi, kemudahan perawatan, dan factor biaya,

kebanyakan aplikasinya sieve dan valve tray diganti dengan bubble cap tray.

523

Gambar L-5.9. Sieve Tray

Pemilihan tipe tray

Faktor utama yang menjadi pertimbangan dalam membandingkan kinerja bubble-

cap, sieve and valve plate adalah: biaya, kapasitas, range operasi, efisiensi dan

pressure drop.

Biaya

Bubble-cap lebih mahal dibandingkan sieve atau valve plate. Biaya relatif

tergantung pada material konstruksi yang digunakan; untuk mild steel rasio

biaya bubble-cap : valve : sieve, mendekati 3,0 : 1,5 : 1,0.

Kapasitas

Perbedaan ketiganya tidak terlalu besar namun urutannya mulai dari flowrate

yang lebih besar adalah sieve, valve, bubble-cap.

Range operasi

Ini merupakan faktor yang amat signifikan. Dengan range operasi yang berarti

range dari laju uap dan liquid melalui plates yang akan beroperasi secara

menguntungkan (operasi stabil). Fleksibelitas selalu diperlukan dalam

mengoperasikan pabrik untuk perubahan dalam laju produksi, dan untuk

menutupi kondisi start-up dan shut down. Perbandingan antara flowrate tertinggi

terhadap flowrate terendah disebut turn-down ratio.

Bubble-cap plate mempunyai positive liquid seal sehingga dapat beroperasi

secara optimum pada laju uap yang rendah.

524

Sieve plate tergantung pada laju uap sepanjang hole untuk menahan liquid

diatas plate dan tidak dapat beroperasi pada laju flowrate yang rendah.

Tetapi dengan desain yang baik, sieve plates dapat didesain untuk operasi

yang cukup memuaskan biasanya dari 50% hingga 120% kapasitas desain.

Valve plates fleksibilitasnya lebih tinggi dibandingkan sieve dan bubble cap.

Pressure drop

Pressure drop dari plate dapat menjadi pertimbangan utama terutama dalam

kolom vakum. Plate pressure drop tergantung dari desain detail dari plate tetapi

pada umumnnya sieve tray memberikan pressure terendah lalu diikuti oleh

valve, dengan bubble cap merupakan yang tertinggi.

Dari semua faktor dalam pemilihan tersebut dapat ditarik kesimpulan

sebagai berikut :

Sieve plates merupakan plates termurah dan lebih menguntungkan untuk

berbagai aplikasi.

Valve plates harus dipertimbangkan jika turn over ratio tidak bisa dipenuhi

oleh sieve plates

Bubble plates hanya digunakan jika laju uap yang akan ditangani sangat

rendah.

Aliran Liquid dan Vapor dalam Kolom Tray

Gambar berikut menunjukkan aliran liquid dan vapour sepanjang tray dan

sepanjang kolom.

Gambar L-5.10. Aliran liquid dan vapor

525

Setiap tray mempunyai dua sisi bersebelahan pada setiap sisinya yang

disebut “downcomers”. Liquid jatuh melalui downcomer oleh gaya gravitasi dari

satu tray kebagian bawahnya. Aliran sepanjang tiap plate diperlihatkan pada

diagram.

Gambar L-5.10. Aliran pada tiap plate

Sebuah weir pada tray didesain agar selalu ada sebagian liquid yang

tertahan pada tray dengan tinggi yang masih diperbolehkan, seperti bubble cap

yang ditutupi oleh liquid.

Desain Tray

Besarnya pemisahan yang terjadi bergantung pada desain tray. Tray

didesain untuk memaksimalkan kontak vapour liquid berdasarkan distribusi

vapour dan distribusi liquid pada tray. Ini terjadi karena kontak vapour liquid

yang lebih baik maka pemisahan terjadi setiap tray lebih baik juga. Pengurangan

tray akan diperlukan untuk pencapaian kondisi pemisahan dan juga pengurangan

penggunaan energi dan rendahnya biaya konstruksi.

Packing

Packing adalah perlengkapan pasif yang didesain untuk meningkatkan area

interfasial untuk kontak vapour liquid. Bentuk potongan keras dihaluskan untuk

memberikan kontak vapour liquid yang baik ketika sebuah tipe khusus

ditempatkan bersamaan berdasar number,tanpa terjadi pressure drop sepanjang

526

pack. Hal ini penting karena pressure drop yang tinggi akan memerlukan energi

yang lebih baik untuk menggerakkan uap ke atas kolom destilasi.

Tabel L.5.1 Perbandingan Kinerja Plate Column dan Packed Column

NO PERBANDINGAN PLATE COLUMN PACKED COLUMN1 Peralatan utama Plate Packing 2 Prinsip kerja Keseimbangan Kontak langsung konti-

nyu dan kesetimbangan tidak tercapai

3 Pressure drop Lebih besar Lebih kecil4 Beban cairan Lebih besar Lebih kecil5 Berat kolom Lebih ringan Lebih berat6 Pembersihan Lebih mudah Lebih sukar7 Distribusi cairan Lebih merata untuk

diameter kolom yang besar

Kurang merata

8 Cairan yang tertahan saat beroperasi (liquid hold up)

Lebih banyak Lebih sedikit

9 Pemasangan Lebih sukar Lebih mudah

Kolom Sieve Tray

Kolom destilasi yang digunakan yaitu tipe sieve tray dengan alasan :

a. Efisiensi tray yang tinggi

b. Kapasitas uap dan liquid yang dihandle lebih besar

c. Pressure drop kecil

d. Liquid gradient kecil

e. Pemasangan lebih mudah dan murah

f. Konstruksi sederhana sehingga biaya perawatan rendah

Operasional Sieve Tray

Sieve tray dirancang untuk membuat uap. Uap tadi mengalir keatas dan

mengalami kontak dengan zat cair yang mengalir kebawah. Zat cair mengalir

melintasi tray dan weir ke downcomer dan menuju tray dibawahnya. Oleh karena

itu pola aliran pada setiap tray berupa aliran silang (crossflow).

527

Downcomer disini merupakan bagian yang berbentuk segmen antara

dinding kolom yang lengkung dengan weir yang merupakan tali byang lurus.

Setiap downcomer mengambil tempat 10-15% dari luas penampang kolom.

Sehingga tinggal 70 – 80 % saja yang dapat digunakan untuk penggelumbungan

atau pengkontakkan.

Pada kolom ukuran kecil, downcomer berupa pipa yang dilaskan ketray

dan menjulur keatas sehingga membentuk weir bundar. Pada kolom yang besar

sekali, mungkin diperlukan lagi downcomer tambahan ditengah-tengah tray untuk

mengurangi panjang lintasan aliran zat cair. Pada keadaan tertentu weir dipasang

pada aliran bawah tray untuk mencegah masuknya gelembung uap ke dalam

downcomer.

Uap mengalir melalui lubang-lubang sieve tray mengisi sebagian besar

ruang yang terdapat antara kedua downcomer. Lubang-lubang itu biasanya

berukuran 3/16 atau ½ in dan disusun dengan pola triangular. Didekat weir

downcomer bagian atas terdapat satu sampai dua baris ruang tanpa lubang untuk

memungkinkan zat cair melepaskan semua gasnya sebelum turun melewati weir.

Didekat tempat masuk zat cair beberapa lubang ditiadakan agar tidak ada uap

yang melewati downcomer. Pada kondisi normal kecepatan uap ini cukup tinggi

sehingga membentuk campuran zat cair dan uap yang membusa (froth) serta

mempunyai luas permukaan yang besar yang dimanfaatkan untuk perpindahan

massa.

Agar dapat mengalir, aliran uap yang mengalir melalui lubang-lubang

sieve tray dan zat cair yang mengalir diatas tray memerlukan perbedaan tekanan.

Penurunan tekanan yang melintasi satu tray biasanya sekitar 50-70 mmH2O.

Tekanan yang diperlukan tadi diadakan pada reboiler yang membangkitkan uap

pada tekanan yang cukup tinggi untuk mengatasi penurunan tekanan didalam

kolom dan condenser. Penurunan tekanan menyeluruh dihitung untuk

menentukan tekanan dan temperature didalam reboiler. Penurunan tekanan per

tray harus diperiksa untuk memastikan bahwa tray itu beroperasi sebagaimana

mestinya tanpa tiris (weeping) atau banjir (flooding).

528

Tinggi froth (buih) sebenarnya diatas weir lebih besar dari how karena uap

hanya terpisah sebagian dari zat cair, sehingga volumetric flow rate pada weir itu

lebih besar dari laju alir zat cair saja. Tetapi tinggi ini tidak diperlukan untuk

menaksir hl karena pengaruh densitas buih sudah termasuk dalam factor korelasi

.

Permukaan Zat cair dalam Downcomer

Permukaan zat cair dalam downcomer harus lebih tinggi dari permukaan

diatas tray karena ada penurunan tekanan melintas ditray itu. Dari gambar

sebelumnya puncak tray ke n downcomer berada pada tekanan yang sama pada

tray ke (n-1). Tinggi sebenarnya dari permukaan zat cair yang penuh gelembung

didalam downcomer adalah Z, yang lebih besar dari Zc karena adanya gelembung

yang ikut terbawa. Jika fraksi volume rata-rata zat air adalah d, maka tinggi

tekanan adalah :

Bila tinggi zat cair bergelembung itu meningkat sampai setinggi jarak

antara tray atau lebih maka aliran yang akan naik melintasi weir menuju tray

berikutnya akan terhalang dan tray itu akan mengalami banjir (flooding).

Batas Operasi Sieve Tray

Pada saat kecepatan uap rendah penurunan tekanan tidak cukup besar

untuk mencegah zat cair mengalir turun melalui lubang-lubang tray. Kondisi ini

disebut tiris (weeping) dan kemungkinan terjadinya lebih besar bila terdapat

gradien tinggi tekanan zat cair melintas tray itu. Dengan gradien demikian, uap

cenderung akan mengalir melalui daerah yang zat cairnya lebih sedikit, sehingga

tahanan terhadap aliran lebih kecil dan zat cair akan mengalir melalui bagian yang

kedalamannya paling besar. Weeping menyebabkan efisiensi tray berkurang

karena sebagian zat cair mengalir ketray berikutnya tanpa mengalami kontak

dengan uap. Batas operasi terbawah dapat kita buat lebih rendah lagi dengan

menggunakan lubang-lubang yang lebih kecil dan fraksi luas yang lebih kecil

529

pula, tetapi perubahan ini akan menyebabkan penurunan lebih tinggi dan

mengurangi laju aliran maksimum.

Batas kecepatan pada bagian atas kolom sieve tray ditentukan oleh

flooding point atau kecepatan alir zat cair yang terbawah ikut menjadi berlebihan

jumlahnya. Flooding terjadi bila zat cair didalam downcomer kembali ke tray

diatasnya dan ini ditentukan oleh penurunan tekanan melintas tray serta oleh jarak

antar tray.

530