Upload
vutu
View
228
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
3Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Gambar 4-2. Keluaran reaktor cairan
4Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
5Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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).
6Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Gambar 4-3. keluaran reaktor uap-cair
7Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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).
8Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
9Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Gambar 5-4. Keluaran reaktor uap
10Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
11Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
12Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
13Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Gambar 4-5. Lokasi sistem pemulihan uap
14Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
15Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
16Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
17Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
18Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
19Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
20Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
21Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
22Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
23Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Kondenser parsial Seksi pasteurisasi Kolom stabilizer
Gambar 4-7. Alternativ memisahkan light end
24Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
25Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
26Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
27Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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.
28Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Gambar 4-7. Pemisahan distilasi
29Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
43Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Contoh: 3 Komponen
Gambar 4-8. Alternativ distilasi untuk tiga campuran
44Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Tabel 1. Jumlah Alternative
Jumlah komponen Jumlah urutan
2 13 24 55 145 146 42
45Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Five Alternatives for NC= 4
46
Contoh: 4 Komponen
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 47
Contoh: 4 Komponen
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 48
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
49Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
54Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
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
55Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Keterkaitan Sistem Pemisahan dan Proses
Pilih urutan yangmeminimalkan jumlahmeminimalkan jumlahkolom dalam lop daurulang (recycle loop)
56Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
(a) (b)
Gambar.4.9 Pemilihan urutan merubah biaya daur ulang
57Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
TERIMA KASIH
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 58