Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

  

LEVEL -04

SISTEM PEMISAHAN

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

  

Untuk menentukan struktur umum sistem pemisahan

pertama kita harus menentukan fasa aliran yg keluar

dari reaktor (Gmbr 4-1). Untuk proses uap-cair hanya

ada tiga kemungkinan :

  Sistem ini meliputi kolom distilasi, unit ekstraksi, distilasi azeotrop, dll. Namun biasanya tidak akan ada unit absorber, adsorber. Lihat gambar 4.1.

  Gambar 4-1. Fasa aliran keluaran reaktor

  Gambar 4-2. Keluaran reaktor cairan fasa, kita dapat menggunakan reaktor sebagai pembagi fasa (atau menempatkan flash drum setelah reaktor). Kita mengalirkan cairan ke sistem pemisahan cairan.

  Jika reaktor diopersikan di atas temperatur Jika reaktor diopersikan di atas temperatur air pendingin, kita biasanya mendinginkan o aliran uap reaktor sampai 100 F dan membagi fasa aliran tersebut.

  Jika temperatur rendah dari cairan yang diflash kita

• temukan mengandung lebih banyak reaktan (dan tidak ada komponen produk yg terbentuk sebagai intermediate dalam reaksi rantai), selanjutnya kita mendaur ulang (recycle) cairan tersebut ke reaktor (seperti refluk kondenser) Jika temperatur rendah dari cairan yang diflash
• mengandung sebagian besar produk, kita mengirim aliran ini ke sistem pemulihan uap. aliran ini ke sistem pemulihan uap. Tapi jika aliran keluaran reaktor hanya sedikit
• mengandung uap, kita sering mengirim keluaran reaktor secara langsung ke sistem pemisahan cairan (seperti distilasi).

  Gambar 4-3. keluaran reaktor uap-cair

  3) Jika keluaran reaktor semuanya adalah uap, kita _o

mendinginkan sampai 100 F (temperatur cooling

water) dan kita berusaha mencapai pemisahan fasa

(phase split) atau mengkondensaskan semua aliran

ini. Cairan terkondensasi dikirim ke sistem

pemulihan cairan, dan uap dikirim ke sistem

pemulihan uap.

  

Jika pemisahan fasa tidak ditemukan, kita melihat

apakah kita dapat memberi tekanan reaktor shg apakah kita dapat memberi tekanan reaktor shg

fasa terbagi tersebut diperoleh. (kita melihat apakah

tekanan tinggi dapat dicapai dengan hanya

menggunakan pompa pada aliran umpan cairan, dan

kita mengecek untuk melihat bahwa tekanan tdk berpengaruh terhadap distribusi produk). Jika pemisahan fasa masih belum diperoleh,

• selanjutnya kita pertimbangkan kemungkinan menggunakan tekanan tinggi dan kondenser parsial yang direfrigerasi. Pada kasus tidak terdapat pemisahan fasa yang dapat diperoleh tanpa refregerasi, kita juga pertimbangkan kemungkinan mengirim aliran keluaran reaktor secara langsung ke sistem pemulihan reaktor secara langsung ke sistem pemulihan uap.

  Gambar 5-4. Keluaran reaktor uap

  

Kita perlu untuk meyakinkan bahwa

struktur yang sama diperoleh untuk kisaran

variabel desain yang dipertimbangkan.

Aturan ini didasarkan pada hirarki bahwa

pemisahan fasa (phase split) adalah metode pemisahan fasa (phase split) adalah metode

pemisahan yang termurah dan asumsi

bahwa beberapa tipe pemisahan distilasi

dimungkinkan.

SISTEM RECOVERY UAP

  

Ketika kita berusaha untuk mensistesis

sistem pemulihan (recovery) uap, kita perlu

membuat dua keputusan: 1) 1)

  Apa lokasi yang terbaik Apa lokasi yang terbaik 2)

  Apa tipe sistem pemulihan yang termurah

Penempatan Sistem Pemulihan Uap

  

Terdapat empat pilihan untuk lokasi sistem

pemulihan uap.

  1) Aliran Purging (pembersihan)

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

₁₎ adalah sebagai berikut (Gambar 4-5): Tempatkan sistem pemulihan uap pada aliran purging jika sejumlah signifikan bahan yang berharga dihilangkan di pembersihan. Alasannya bahwa aliran pembersihan umumnya ₂₎ memiliki laju alir terkecil.

  Tempatkan sistem pemulihan pada aliran daur ulang gas jika material merusak terhadap operasi reaktor (racun katalis) terdapat pada aliran ini atau jika daur ulang beberapa komponen menurunkan distribusi produk. Aliran daur ulang komponen menurunkan distribusi produk. Aliran daur ulang ₃₎ gas umumnya memiliki laju alir terkecil kedua.

  Tempatkan sistem pemulihan gas pada aliran flash gas jika poin 1 dan poin 2 tidak tepat, misal laju alir lebih tinggi, tapi kita ₄₎ menyelesaikan dua tujuan.

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

Tipe Sistem Pemulihan Uap

  Pilihan paling umum adalah:

  rendah atau keduanya 2) Absorpsi 2) Absorpsi 3) Adsorpsi 4) Proses pemisahan membran 5) Sistem reaksi

  Strategi _o Kita merancang sistem pemulihan gas sebelum mempertimbangkan sistem pemisahan cairan karena setiap proses pemulihan uap biasanya menghasilkan cairan yang selanjutnya harus _{o o} dimurnikan.

  Sebagai contoh adalah absorber gas dimana kita Sebagai contoh adalah absorber gas dimana kita perlu menyuplai solven ke absorber. Kita juga mengenalkan loop baru daur ulang gas antara _o sistem pemisahan (gambar 4-6).

  Umumnya kita perlu untuk memperkirakan ukuran dan harga setiap unit untuk menentukan mana yang paling murah.

  _{P-13 Daur ulang gas} P-13 _{purge H 2 , CH P-13 4 pemulihan} Sistem _{uap H , CH 2 4 P-1 Sistem reaktor uap}

_{35 C}

uap _{Phase split P-4 P-11 cairan Toluen Toluen} P-2 _{P-17 P-12 Sistem pemisahan cairan difenil} benzen P-6 _P-7 Daur ulang cairan _P-5

  Gambar 4-6. Lop daur ulang sistem pemisahan

Komponen Ringan

  

Beberapa komponen ringan akan dilarutkan

dalam cairan yang meninggalkan pembagi fasa

dan normalnya beberapa akan dilarutkan dalam

aliran cairan yang meninggalkan sistem

pemulihan uap. Jika komponen ringan ini pemulihan uap. Jika komponen ringan ini

kemungkinan kontaminan produk, harus

dibuang.

Kombinasi Sistem Pemulihan Uap dan Sistem Pemisahan Cairan

  Jika kita menggunakan kondenser dan flash drum untuk

   membagi fasa keluaran reaktor beberapa komponen cairan peling ringan akan meninggalkan dengan flash uap dan tidak akan dipulihkan di sistem pemulihan cairan. Namun demikian, jika hanya ada sedikit jumlah uap Namun demikian, jika hanya ada sedikit jumlah uap

   dalam aliran yang meninggalkan kondenser dan jika pembagian pertama dalam sistem pemisahan cairan dipilih distilasi, kita dapat mengeliminasi pembagi fasa dan mengumpankan keluaran reaktor secara langsung kedalam kolom distilasi.

  Diameter kolom distilasi dengan umpan dua

   fasa perlu lebih besar (untuk menangani) kenaikan lalu lintas uap) daripada kolom yang menggunkan flash drum.

    Namun demikian, kenaikan biaya ini mungkin Namun demikian, kenaikan biaya ini mungkin lebih kecil dari bidaya engan menggunakan sistem pemulihan uap untuk menghilangkan komponen cairan dari aliran uap flash.

SISTEM PEMISAHAN CAIRAN

  

Keputusan yang kita perlukan untk mensintesis sistem pemisahan

cairan adalah sebagai berikut:

1) Bagaimana seharusnya komponen ringan dipisahkan jika

merupakan kontaminan produk 2) Apa yang seharusnya ditandai dari komponen ringan.

  

3) Apakah kita mendaur ulang komponen-komponen yang

membentuk azeotrop dengan reaktan atau apakah kita membentuk azeotrop dengan reaktan atau apakah kita memisahkan azeotrop.

  4) Pemisahan apa yang dapat dilakukan dg distilasi? 5) Urutan kolom seperti apa yang kita gunakan?

6) Bagaimana seharusnya kita menyelesaikan pemisahan jika

distilasi tidak cocok.

Alternatif Pemisahan Komponen Ringan

  

1) Turunkan tekanan atau naikkan temperatur

aliran, dan pisahkan komponen ringan dalam pembagi fasa (phase splitter)

  

2) 2) Gunakan kondenser parsial pada kolom Gunakan kondenser parsial pada kolom

produk

  

3) Gunakan bagian pasteurisasi pada kolom

produk

  

4) Gunakan kolom stabilizer sebelum kolom

produk

  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 sebagai bahan bakar, atau mendaur ulang light end ke sistem _ pemulihan uap atau flash drum.

  Jika light end memiliki nilia sangat kecil, kita akan memisahkannya dari proses melalui vent. Jika vent ini menyebabkan polusi udara, kita coba membuang melalui sistem menyebabkan polusi udara, kita coba membuang melalui sistem flare (pembakaran) untuk membakarnya. Jika sebagian besar light end mudah terbakar, kita coba pulihkan nilai bahan _ bakarnya.

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

Azeotrop dengan Reaktan

   Jika komponen membentuk azeotrop dengan reaktan, kita memilih mendaur ulang komponen tsb atau memisahkan azeotrop dan mendaur ulang reaktan.

   Memisahkan azeotrop umumnya membutuhkan Memisahkan azeotrop umumnya membutuhkan dua kolom dan mahal. Namun demikian, jika kita mendaur ulang, kita harus memperbesar semua peralatan dalam lop daur ulang untuk menangani peningkatan aliran komponen.

Kemungkinan Penerapan Distilasi

   Secara umum distilasi adalah peralatan pemisahan campuran-cairan paling murah. Namun demikian, jika relativ volatilitas dua komponen dengan titik didih yang berdekatan kurang dari 1,1 distilasi menjadi sangat mahal. menjadi sangat mahal.

   Misalnya perlu rasio refluk besar yg berarti laju alir uap besar, diameter kolom besar, kondenser dan reboiler besar, kebutuhan steam besar dan air pendingin mahal.

   Kapanpun kita menemukan dua komponen berdekatan yg memiliki volatilitas relatif kurang dari 1,1 dalam campuran, kita kelompokkan komponen ini bersama dan kita olah kelompok ini sebagai komponen tunggal dalam campuran.

   Dengan kata lain kita membuat urutan distilasi yang terbaik untuk kelompok itu dan komponen lain, dan kemudian memisahkan komponen yang menyatu (azeotrop) menggunakan prosedur lain. Gambar 4-7.

  Gambar 4-7. Pemisahan distilasi

  Basic principle of distillation Principle _{y >y x =x LK HK LK HK}

• use boiling point difference for separation
• described by vapor liquid equilibrium (VLE)

  VLE- Txy Diagram ^- x1 and y1 in equilibrium

  Effect of Pressure

• keep the pressure low
_{P2 > P1}

  Column Configuration remove heat _{at lower T} input heat _{at higher T}

  Column Notation- EMO

  Realistic View

  Minimum Reflux Ratio Understand the effects of changing reflux rate or boilup rate.

  Total Reflux Find minimum number of trays (N ) _min

  Capital cost vs operating cost (energy) RR= 1.1~1.2 RRmin

  Pressure/Condenser Algorithm Remark: Prefer using cooling water as cooling media.

Urutan Kolom untuk Kolom Sederhana

  Definitions

• single feed
• two products - two products
• key components are adjacent in boiling pt.
• column has a condenser and a reboiler

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

  2

  7 6 132

  42

  5

  6

  14

  4

  5

  5

  3

  4

  2

  )! ! 1 ( )]! 1 (

  3

  1

  1

  2

  1

  1

  2

  P # of Separators N _s

  P P P N _s (8.9)

  2 [   

  8 7 429

  Direct vs Indirect (LOF vs HOF)

  Two Alternatives for NC= 3 /

   Untuk pemisahan tajam campuran tiga komponen (tanpa azeotrop) kita dapt juga memulihkan komponen paling ringan dahulu atau komponen paling berat dahulu dan berikutnya memisahkan dua komponen tersisa (lihat gambar 4-8).

   Ketika jumlah komponen meningkat, jumlah Ketika jumlah komponen meningkat, jumlah alternatif urutan meningkat dengan cepat.

  Tebel 1. Pemisahan yang dapt dibuat dalam 14 alternatif untuk 5 campuran komponen tertera pada tebal 2

  Contoh: 3 Komponen Gambar 4-8. Alternativ distilasi untuk tiga campuran

  Tabel 1. Jumlah Alternative Jumlah komponen Jumlah urutan

  2

  1

  3

  2

  4

  5

  5

  14

  5

  14

  6

  42

  Five Alternatives for NC= 4

  Contoh: 4 Komponen

  Contoh: 4 Komponen

  

Tabel 2. Urutan kolom untuk 5 aliran produk

Kolom 1 kolom 2 kolom 3 kolom 4

  1 A/BCDE B/CDE C/DE D/E

  2 A/BCDE B/CDE CD/E C/D

  3 A/BCDE BC/DE B/C D/E

  4 A/BCDE BCD/E B/CD C/D

  5 A/BCDE BCD/E BC/D B/C

  6 AB/CDE A/B C/DE D/E

  7 AB/CDE A/B CD/E C/D

  7 AB/CDE A/B CD/E C/D

  8 ABC/DE D/E A/BC B/C

  9 ABC/DE D/E AB/C A/B

  10 ABCD/E A/BCD B/CD C/D

  11 ABCD/E A/BCD BC/D B/C

  12 ABCD/E AB/CD A/B C/D

  13 ABCD/E ABC/D A/BC B/C

  14 ABCD/E ABC/D AB/C A/B

  Contoh Design a sequence of ordinary distillation columns to meet the given specifications.

  Penyelesaian

the first column in position to

separate the key components with

the greatest SF.

   Sequence separation points in the  Sequence separation points in the order of decreasing relative volatility so that the most difficult splits are made in the absence of other components.

  Kemungkinan Solusi a = 3.6 a = 2.8 ^{a = 1.5} a = 1.35 Hirarki Umum untuk Urutan Kolom 1.

  Pisahkan komponen korosive segara mungkin

  2. Pisahkan komponen reaktiv atau monomer segera mungkin 3.

  3. Pisahkan produk sebagai distilat Pisahkan produk sebagai distilat 4.

  Pisahkan aliran daur ulang sebagai distilat, terutama jika didaur ulang ke reaktor pecked 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 yang 5)

  Pemisahan komponen ekimolar yang dominan 6)

  Pemisahan berikutnya harus paling murah

Keterkaitan Sistem Pemisahan dan Proses

  Pilih urutan yang meminimalkan jumlah meminimalkan jumlah kolom dalam lop daur ulang (recycle loop)

  (a) ^(b) _{Gambar.4.9 Pemilihan urutan merubah biaya daur ulang}