level -04 sistem pemisahan - heri rustamaji · aturan ini didasarkan pada hirarki bahwa pemisahan...

LEVEL -04SISTEM PEMISAHAN

Heri Rustamaji

Teknik Kimia Unila

STRUKTUR UMUM SISTEM PEMISAHAN

Untuk menentukan struktur umum sistem pemisahanpertama kita harus menentukan fasa aliran yg keluardari reaktor (Gmbr 4-1). Untuk proses uap-cair hanyaada tiga kemungkinan :

1) Jika keluaran reaktor adalah cair, kita asumsikan1) Jika keluaran reaktor adalah cair, kita asumsikanbahwa kita hanya perlu sistem pemisahan cairan.Sistem ini meliputi kolom distilasi, unit ekstraksi,distilasi azeotrop, dll. Namun biasanya tidak akan adaunit absorber, adsorber. Lihat gambar 4.1.

2Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Gambar 4-1. Fasa aliran keluaran reaktor


Gambar 4-2. Keluaran reaktor cairan


2) Jika keluaran reaktor adalah campuran duafasa, kita dapat menggunakan reaktor sebagaipembagi fasa (atau menempatkan flash drumsetelah reaktor). Kita mengalirkan cairan kesistem pemisahan cairan.

Jika reaktor diopersikan di atas temperatur Jika reaktor diopersikan di atas temperaturair pendingin, kita biasanya mendinginkanaliran uap reaktor sampai 100oF dan membagifasa aliran tersebut.


Jika temperatur rendah dari cairan yang diflash kitatemukan mengandung lebih banyak reaktan(dan tidak ada komponen produk yg terbentuksebagai intermediate dalam reaksi rantai),selanjutnya kita mendaur ulang (recycle) cairantersebut ke reaktor (seperti refluk kondenser)

Jika temperatur rendah dari cairan yang diflashmengandung sebagian besar produk, kita mengirimaliran ini ke sistem pemulihan uap.aliran ini ke sistem pemulihan uap.

Tapi jika aliran keluaran reaktor hanya sedikitmengandung uap, kita sering mengirim keluaranreaktor secara langsung ke sistem pemisahancairan (seperti distilasi).


Gambar 4-3. keluaran reaktor uap-cair


3) Jika keluaran reaktor semuanya adalah uap, kitamendinginkan sampai 100oF (temperatur coolingwater) dan kita berusaha mencapai pemisahan fasa(phase split) atau mengkondensaskan semua aliranini. Cairan terkondensasi dikirim ke sistempemulihan cairan, dan uap dikirim ke sistempemulihan uap.Jika pemisahan fasa tidak ditemukan, kita melihatapakah kita dapat memberi tekanan reaktor shgapakah kita dapat memberi tekanan reaktor shgfasa terbagi tersebut diperoleh. (kita melihat apakahtekanan tinggi dapat dicapai dengan hanyamenggunakan pompa pada aliran umpan cairan, dankita mengecek untuk melihat bahwa tekanan tdkberpengaruh terhadap distribusi produk).


Jika pemisahan fasa masih belum diperoleh,selanjutnya kita pertimbangkan kemungkinanmenggunakan tekanan tinggi dan kondenserparsial yang direfrigerasi. Pada kasus tidakterdapat pemisahan fasa yang dapat diperolehtanpa refregerasi, kita juga pertimbangkankemungkinan mengirim aliran keluaranreaktor secara langsung ke sistem pemulihanreaktor secara langsung ke sistem pemulihanuap.


Gambar 5-4. Keluaran reaktor uap


Kita perlu untuk meyakinkan bahwastruktur yang sama diperoleh untuk kisaran

variabel desain yang dipertimbangkan.Aturan ini didasarkan pada hirarki bahwa

pemisahan fasa (phase split) adalah metodepemisahan fasa (phase split) adalah metodepemisahan yang termurah dan asumsi

bahwa beberapa tipe pemisahan distilasidimungkinkan.


SISTEM RECOVERY UAP

Ketika kita berusaha untuk mensistesissistem pemulihan (recovery) uap, kita perlumembuat dua keputusan:

1) Apa lokasi yang terbaik1) Apa lokasi yang terbaik

2) Apa tipe sistem pemulihan yangtermurah


Penempatan Sistem Pemulihan Uap

Terdapat empat pilihan untuk lokasi sistempemulihan uap.

1) Aliran Purging (pembersihan)

2) Aliran daur ulang gas (gas recycle)2) Aliran daur ulang gas (gas recycle)

3) Aliran uap flash

4) Tidak sama sekali


Gambar 4-5. Lokasi sistem pemulihan uap


Aturan yang kita gunakan untuk membuat keputusan tersebutadalah sebagai berikut (Gambar 4-5):

1) Tempatkan sistem pemulihan uap pada aliran purging jikasejumlah signifikan bahan yang berharga dihilangkan dipembersihan. Alasannya bahwa aliran pembersihan umumnyamemiliki laju alir terkecil.

2) Tempatkan sistem pemulihan pada aliran daur ulang gas jikamaterial merusak terhadap operasi reaktor (racun katalis)terdapat pada aliran ini atau jika daur ulang beberapakomponen menurunkan distribusi produk. Aliran daur ulangkomponen menurunkan distribusi produk. Aliran daur ulanggas umumnya memiliki laju alir terkecil kedua.

3) Tempatkan sistem pemulihan gas pada aliran flash gas jika poin1 dan poin 2 tidak tepat, misal laju alir lebih tinggi, tapi kitamenyelesaikan dua tujuan.

4) Jangan gunanakan sistem pemulihan uap jika poin 1 dan poin 2tidak penting.


Tipe Sistem Pemulihan Uap

Pilihan paling umum adalah:

1) Kondensasi-tekanan tinggi atau temperaturrendah atau keduanya

2) Absorpsi2) Absorpsi

3) Adsorpsi

4) Proses pemisahan membran

5) Sistem reaksi


Strategio Kita merancang sistem pemulihan gas sebelum

mempertimbangkan sistem pemisahan cairankarena setiap proses pemulihan uap biasanyamenghasilkan cairan yang selanjutnya harusdimurnikan.

o Sebagai contoh adalah absorber gas dimana kitao Sebagai contoh adalah absorber gas dimana kitaperlu menyuplai solven ke absorber. Kita jugamengenalkan loop baru daur ulang gas antarasistem pemisahan (gambar 4-6).

o Umumnya kita perlu untuk memperkirakanukuran dan harga setiap unit untuk menentukanmana yang paling murah.


Sistem reaktor

P-1

P-2

P-4

Toluen

Sistempemulihan

uap

P-11

P-13

uap

cairanuap

Daur ulang gas

purgeP-13

350C Phasesplit

P-17

P-13

H2, CH4

H2, CH4

Sistem pemisahancairan

P-5

P-6

P-7

Toluen

benzen

Daur ulang cairan

P-12

difenil

Gambar 4-6. Lop daur ulang sistem pemisahan


Komponen Ringan

Beberapa komponen ringan akan dilarutkandalam cairan yang meninggalkan pembagi fasadan normalnya beberapa akan dilarutkan dalamaliran cairan yang meninggalkan sistempemulihan uap. Jika komponen ringan inipemulihan uap. Jika komponen ringan inikemungkinan kontaminan produk, harusdibuang.


Kombinasi Sistem Pemulihan Uap danSistem Pemisahan Cairan

Jika kita menggunakan kondenser dan flash drum untukmembagi fasa keluaran reaktor beberapa komponencairan peling ringan akan meninggalkan dengan flash uapdan tidak akan dipulihkan di sistem pemulihan cairan.

Namun demikian, jika hanya ada sedikit jumlah uap Namun demikian, jika hanya ada sedikit jumlah uapdalam aliran yang meninggalkan kondenser dan jikapembagian pertama dalam sistem pemisahan cairandipilih distilasi, kita dapat mengeliminasi pembagi fasadan mengumpankan keluaran reaktor secara langsungkedalam kolom distilasi.


Diameter kolom distilasi dengan umpan duafasa perlu lebih besar (untuk menangani)kenaikan lalu lintas uap) daripada kolom yangmenggunkan flash drum.

Namun demikian, kenaikan biaya ini mungkin Namun demikian, kenaikan biaya ini mungkinlebih kecil dari bidaya engan menggunakansistem pemulihan uap untuk menghilangkankomponen cairan dari aliran uap flash.


SISTEM PEMISAHAN CAIRAN

Keputusan yang kita perlukan untk mensintesis sistem pemisahancairan adalah sebagai berikut:

1) Bagaimana seharusnya komponen ringan dipisahkan jikamerupakan kontaminan produk

2) Apa yang seharusnya ditandai dari komponen ringan.

3) Apakah kita mendaur ulang komponen-komponen yangmembentuk azeotrop dengan reaktan atau apakah kitamembentuk azeotrop dengan reaktan atau apakah kitamemisahkan azeotrop.

4) Pemisahan apa yang dapat dilakukan dg distilasi?

5) Urutan kolom seperti apa yang kita gunakan?

6) Bagaimana seharusnya kita menyelesaikan pemisahan jikadistilasi tidak cocok.


Alternatif Pemisahan Komponen Ringan

1) Turunkan tekanan atau naikkan temperaturaliran, dan pisahkan komponen ringan dalampembagi fasa (phase splitter)

2) Gunakan kondenser parsial pada kolom2) Gunakan kondenser parsial pada kolomproduk

3) Gunakan bagian pasteurisasi pada kolomproduk

4) Gunakan kolom stabilizer sebelum kolomproduk


Kondenser parsial Seksi pasteurisasi Kolom stabilizer

Gambar 4-7. Alternativ memisahkan light end


Menempatkan Light End Untuk menempatkan light end kita dapat membuangnya

(kemungkinan ke sistem flare), mengirim light end sebagaibahan bakar, atau mendaur ulang light end ke sistempemulihan uap atau flash drum.

Jika light end memiliki nilia sangat kecil, kita akanmemisahkannya dari proses melalui vent. Jika vent inimenyebabkan polusi udara, kita coba membuang melalui sistemmenyebabkan polusi udara, kita coba membuang melalui sistemflare (pembakaran) untuk membakarnya. Jika sebagian besarlight end mudah terbakar, kita coba pulihkan nilai bahanbakarnya.

Namun jika light end berharga, kita ingin tetap dalam proses .Jika kita mendaur ulangnya ke sistem pemulihan uap, kitamembuat aliran daur lain kedalam proses.


Azeotrop dengan Reaktan

Jika komponen membentuk azeotrop denganreaktan, kita memilih mendaur ulang komponentsb atau memisahkan azeotrop dan mendaur ulangreaktan.

Memisahkan azeotrop umumnya membutuhkan Memisahkan azeotrop umumnya membutuhkandua kolom dan mahal. Namun demikian, jika kitamendaur ulang, kita harus memperbesar semuaperalatan dalam lop daur ulang untuk menanganipeningkatan aliran komponen.


Kemungkinan Penerapan Distilasi

Secara umum distilasi adalah peralatan pemisahancampuran-cairan paling murah. Namun demikian,jika relativ volatilitas dua komponen dengan titikdidih yang berdekatan kurang dari 1,1 distilasimenjadi sangat mahal.menjadi sangat mahal.

Misalnya perlu rasio refluk besar yg berarti lajualir uap besar, diameter kolom besar, kondenserdan reboiler besar, kebutuhan steam besar dan airpendingin mahal.


Kapanpun kita menemukan dua komponenberdekatan yg memiliki volatilitas relatifkurang dari 1,1 dalam campuran, kitakelompokkan komponen ini bersama dan kitaolah kelompok ini sebagai komponen tunggaldalam campuran.

Dengan kata lain kita membuat urutan distilasiyang terbaik untuk kelompok itu dankomponen lain, dan kemudian memisahkankomponen yang menyatu (azeotrop)menggunakan prosedur lain. Gambar 4-7.


Gambar 4-7. Pemisahan distilasi


Basic principle of distillation

Principle

- use boiling point differencefor separation

- described by vapor liquidequilibrium (VLE)

xLK=xHK

yLK>yHK

30

VLE- Txy Diagram

- x1 and y1 in equilibrium

Effect of Pressure

- keep the pressure low

P2 > P1

31

Column Configuration

remove heatat lower T

32

input heatat higher T

Column Notation- EMO

33

Realistic View

34

Minimum Reflux Ratio

Understand the effects ofchanging reflux rate orboilup rate.

35

Total Reflux

Find minimum numberof trays (Nmin)

36

Capital cost vs operating cost (energy)

37

RR= 1.1~1.2 RRmin

Pressure/Condenser Algorithm

Remark: Prefer using cooling water as cooling media.

Definitions

- single feed- two products

Urutan Kolom untuk Kolom Sederhana

39

- two products- key components areadjacent in boiling pt.

- column has a condenserand a reboiler

• Jumlah urutan yang berbeda P –1 kolom distilasi biasa(ordinary distillation) NS, untuk menghasilkan P produk.

)!1(!

)]!1(2[

PP

PNs (8.9)

P # of Separators Ns

2 1 1

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 40

2 1 1

3 2 2

4 3 5

5 4 14

6 5 42

7 6 132

8 7 429

Direct vs Indirect (LOF vs HOF)

41

Two Alternatives for NC= 3

42

/

Untuk pemisahan tajam campuran tigakomponen (tanpa azeotrop) kita dapt jugamemulihkan komponen paling ringan dahuluatau komponen paling berat dahulu danberikutnya memisahkan dua komponentersisa (lihat gambar 4-8).

Ketika jumlah komponen meningkat, jumlah Ketika jumlah komponen meningkat, jumlahalternatif urutan meningkat dengan cepat.Tebel 1. Pemisahan yang dapt dibuat dalam14 alternatif untuk 5 campuran komponentertera pada tebal 2


Contoh: 3 Komponen

Gambar 4-8. Alternativ distilasi untuk tiga campuran


Tabel 1. Jumlah Alternative

Jumlah komponen Jumlah urutan

2 13 24 55 145 146 42


Five Alternatives for NC= 4

46

Contoh: 4 Komponen


Tabel 2. Urutan kolom untuk 5 aliran produk

Kolom 1 kolom 2 kolom 3 kolom 41 A/BCDE B/CDE C/DE D/E2 A/BCDE B/CDE CD/E C/D3 A/BCDE BC/DE B/C D/E4 A/BCDE BCD/E B/CD C/D5 A/BCDE BCD/E BC/D B/C6 AB/CDE A/B C/DE D/E7 AB/CDE A/B CD/E C/D7 AB/CDE A/B CD/E C/D8 ABC/DE D/E A/BC B/C9 ABC/DE D/E AB/C A/B10 ABCD/E A/BCD B/CD C/D11 ABCD/E A/BCD BC/D B/C12 ABCD/E AB/CD A/B C/D13 ABCD/E ABC/D A/BC B/C14 ABCD/E ABC/D AB/C A/B


14 Alternatives for NC= 5

50

Contoh

Design a sequenceof ordinarydistillation columnsto meet the givenspecifications.

Penyelesaian

the first column in position toseparate the key components with

the greatest SF.

Sequence separation points in the Sequence separation points in theorder of decreasing relative volatilityso that the most difficult splits aremade in the absence of othercomponents.

Kemungkinan Solusi

a = 3.6 a = 2.8

a = 1.5

a = 1.35

Hirarki Umum untuk Urutan Kolom

1. Pisahkan komponen korosive segaramungkin

2. Pisahkan komponen reaktiv atau monomersegera mungkin

3. Pisahkan produk sebagai distilat3. Pisahkan produk sebagai distilat

4. Pisahkan aliran daur ulang sebagai distilat,terutama jika didaur ulang ke reaktorpecked bed


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 yang5) Pemisahan komponen ekimolar yangdominan

6) Pemisahan berikutnya harus paling murah


Keterkaitan Sistem Pemisahan dan Proses

Pilih urutan yangmeminimalkan jumlahmeminimalkan jumlahkolom dalam lop daurulang (recycle loop)


(a) (b)

Gambar.4.9 Pemilihan urutan merubah biaya daur ulang


TERIMA KASIH


level -04 sistem pemisahan - heri rustamaji · aturan ini didasarkan pada hirarki bahwa pemisahan...

Documents