Nilai HETP yang sama dapat diperoleh untuk kolom plate jika spasi trayplat diketahui: HETP (tray kolom) = 100SE S = spasi plate, E = efisiensi plate

TINGGI PACKED COLUMN TINGGI PACKED COLUMN

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 S = spasi plate, E = efisiensi plate Faktor yang Faktor 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 pada refluk total. Beberapa pengujian menyarankan bahwa efisiensi untuk refluk minimum dan refluks total sama. Hal ini berlaku jika range lamda ( antara 0,5 dan 2,0. Range

  λ = mG’/L’) ini untuk sebagian besar sistem distilasi . Diluar ini HETP meningkat. Faktor yang Faktor 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 packing cenderung cenderung lebih lebih tinggi tinggi daripada daripada untuk untuk sistem 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, komponen kunci adalah larut dalam kedua cairan, dan HETP sekitar 50% lebih tinggi dari normal.

  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

• merupakan cara yang paling reliable u memperoleh nilai desain 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 5.

  Menghitung tinggi packing

1. Menentukan effective area

  σ _L = tegangan permukaan cairan, mN/m

  : densitas uap dan gas M : berat molekul

  Pch : konstanta parakor ρ _V , ρ _L

    

   

    

    

  cm dyne x M P _{L v ch }

  10 ^{12 4}

  ) / (

   

  = viscositas cairan

  L* _w = laju alir massa liquid persatuan luas penampang lintang, kg/m2.s μ _L

     

     

  1

  1 exp

        ^{2 * 05 ,}

• ^* ₂ ^{2 * 1 , 75 ,} 45 ,

  a L g

L a

a L a a _{L L w}

_L

_{w L w L c w}

     ^

    

    

    

    

     

     

    

    

  a _w = 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 σ _c = critical surface tension for particular packing material, mN/m

1 M

     

  ε/k = 1,21T _b

  ε _AB ) = fungsi tumbukan, Fig 2.5 Treybal, 1980. r = 1,18v ^1/3

  f (kT/

  D _V = k = konstanta Boltzman r _{AB =} pemisahan molekular saat tumbukan,nm =

         ^

     

  T = temperatur absolut, K MA, MB = berat molekul A dan B. kg/kgmol

  Pt = tekanan, N/m2 εAB = energi tarik menarik molekul =

  10    

  1 0,249 1,084

  1 T M

  1 M

  ε kT f r p M

      _AB ² _{AB t} ^{0,5 B A 3/2 0,5 B A 4}

     

2. Menghitung koefisien perpindahan masa

      

     

     

     

         ^

  D = _{v v v v}

  D a D a  

    μ     _AB ² _{AB t ε} ^{kT f r p}

     μ

   

  D _V = μ _v

  , μ _L

  = viskositas uap dan cairan , N.s/m ² k _L = koefisien transfer massa lapisan cair, m/s k _G = koefisien transfer massa lapisan uap, kmol/m.s ² .bar D _L

  , D _v = diffusivitas cairan dan uap, m ² /s ρ _v

  = densitas uap, kg/m ³ d _p = ukuran packing, m R = konstanta gas universal, 0,0314 bar m ³ /kmol K

  μ ^{0,5 B A 3/2 0,5 B A 4 M 1 M M 1 T 1 M 1 0,249 1,084 10}    

    ^{4 , 2 / 1 3 / 2 * 3 / 1}

  μ μ 0051 ,

     

  μ _{L L} ^{p L} _{L w} ^w _L ^{L L}

  d a D a L g k ^

    

    

    

    

    

       

      _0,6 ^0,5 _B ¹⁸ _A v μ

  T M 10 117,3x  

   ^L D

  Untuk cairan: Untuk gas:

    ^{2 p 3 /}

• ^{* 1 v 7 , w}
^{5 G} d a D a

  V K D RT a k _ 

     

  18 117,3x 10  M T

  0,5 

    _L B D

   0,6 v μ _A

  MB = berat molekul solven B, T = temperatur absolut , μB = viskositas cairan solven v _{A = volum molal solut} φ = faktor asosiasi solven D 4,43E-09 _{L =}

4. Menghitung tinggi lapisan transfer

  Untuk gas: Untuk cairan :

  G L m m

  H 

  H  L G k a C k a P

  L w t G w

  Keseluruhan : H H = H = H _{OG OG G G L L}

• + λ H + λ H

  H , H = satuan lapisan transfer cair dan uap, m _{L , G = laju alir molar cairan dan uap, kmol/m .s L G m m P = tekanan, atm atau bar 2} Ct = konsentrasi cairan = _{m/(L /G ) = slop garis kesetimbangan/slop garis operasi m m m = ed. pp.14-9)} λ = _{y /x = y /x = o i i K (Perry's Handbook, 7td.}

  = 3,985089 _6,191314

4. Menghitung HETP

       

     

     

    1 . / . ln

  

1

_{m m} ^{m m}

^{OG OG}

L G m

  L G m H H HETP  

  Tinggi packing :

  Zp = HETP x N Zp = HETP x N _t

  B. Rule of Thumbs

Sumber: H. Z .Kister, “Distillation Design, 1992. Mc Graw Hill. Page 532

  B. Rule of Thumbs

  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.

  C. Interpolasi data

  Cara interpolasi dan hasil interpolasi berbagai Cara interpolasi dan hasil interpolasi berbagai jenis random packing disajikan di buku Kister,

H.Z.,“Distillation Design, Mc Graw Hill, New

York, 1992. page 653

  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.

Height of Transfer Unit (HTU) adalah ketinggian packing

yang memberikan perubahan komposisi yang sama dengan satu satuan transfer (one transfer unit). Ini merupakan ukuran langsung efisiensi kolom.

HTU VS HETP HTU VS HETP

  Perhitungan ketinggian pcaking bisa dilakukan dg pendekatan HTU dan HETP. Kedua pendekatan tersebut pada dasarnya memberikan hasil yg sama. HTU secara fundametal merupakan konsep yg benar, karena mendeskripsikan menara isian sebagai kontaktor kontinyu, sementara HETP mendeskripsikan kontaktor kontinyu, sementara HETP mendeskripsikan kontaktor bertingkat. Kebenaran yang mendasar tersebut membuat HTU lebih mudah u mendeskripsikan dalam istilah koefisien transfer massa. Alasan ini yg membuat HTU sebagai metode yang lebih dipilih diterapkan di banyak studi akademik. Di sisi lain, pendekatan HETP lebih dipilih digunakan u desain industri dan operasi karena memiliki 5 manfaat praktis sebagai berikut:

  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

sistem dan properti fisika. Philip Schweitzer

(1997)

  Persamaan Persamaan HTU HTU dan dan NTU NTU 

• y y L

  G

    ² ₁

  y y dy NTU

• x G L

    ² x dx NTU

     ₁

  x x dx NTU x y

  ,

  , G L x y konsentrasi fase gas dan cair pada

kesetimbangan

konsentrasi fase gas dan cair

  2 ),

• G adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft
• P tekanan total dan
• k

  G a memiliki satuan lbmol/(hr)(ft

  3 )(sat.tekanan)

  G aP k HTU G G

  / ) (  L L L

  Lk a HTU   ) (

  2 ),

• L adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft

  3 )(sat. konsentrasi)

• k

  L a memiliki satuan lbmol/(hr)(ft

  L ,densitas cairan

• ρ

  HTU tunggal dikombinasikan dalam bentuk keseluruhan menjadi: HTU HTU m

  V L H ( )  ( )  ( ' / ) _{OG G L} ( HTU )  ( HTU )  ( L / m " _{OL L G} V ) H

  Posisi slop m’ dan m” pada kurva kesetimbangan

  mV L

ln( / )

  HETP  HTU

mV L 

/

  1  

• 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 .

• • Biasanya tidak sama jika untuk proses absorpsi dan