1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Definisi

Kolom merupakan bejana tekan yang berbentuk silinder – vertikal yang di dalamnya

terdapat peralatan kontak uap – cairan atau cairan – cairan dan berfungsi untuk

memisahkan campuran dari dua komponen atau lebih berdasarkan kesetimbangan fase.

Kolom digunakan untuk absorpsi, distilasi dan juga untuk ekstraksi liquid-liquid. Kontak

antara dua fase di dalam kolom dapat dilakukan secara counter current (berlawanan arah

seperti pada absorpsi dan ekstraksi ) dan bisa cross flow (seperti pada kolom distilasi).

Berdasarkan pengoperasiannya kolom dapat dibedakan menjadi batch column dan

continuous column. Batch column, umpan dimasukkan ke dalam bejana dan diproses

dalam rentang waktu tertentu sampai seluruh umpan berubah menjadi produk dan residu

(sisa). Jika proses telah selesai, operasi dihentikan, selanjutnya produk dan residu diambil

dari dalam bejana dan diganti dengan umpan yang baru. Teknologi awal distilasi minyak

bumi menggunakan sistem batch. Sebaliknya pada kolom yang kontinyu aliran umpan

yang masuk ke dalam kolom senantiasa kontinyu tanpa terputus, kecuali jika ada masalah

di dalam kolom dan proses harus dihentikan. Dengan demikian kolom mampu mengolah

umpan dan menghasilkan produk dalam jumlah yang besar.

Pada prinsipnya kolom kontinyu dapat dibagi menjadi 4 tipe :

1. Tray kolom

2. Wetting column

3. Kolom dengan peralatan rotating internal

4. Kolom tanpa peralatan internal

Dalam materi ini hanya akan dibahas mengenai tray kolom dan wetting column. Kolom

yang dilengkapi dengan rotating internal biasanya digunakan untuk ekstraksi, sebagai

contoh pada propane deasphalting unit (PDU) yang berfungsi untuk mengekstraksi

deasphalted oil dari residu dengan menggunakan pelarut propane. Kolom tanpa peralatan

internal digunakan pada beberapa proses absorpsi dan ekstraksi.

2

Kolom dengan internal (tray column dan wetting column) digunakan untuk proses

absorpsi dan distilasi. Peralatan internal berupa alat kontak uap – cairan dalam bentuk tray

atau packing. Keberadaan alat kontak tersebut berfungsi untuk menghasilkan kontak yang

baik antara fase-fase dalam campuran. Kontak yang baik akan menghasilkan transfer

massa dan panas yang baik sehingga efisiensi pemisahan semakin bagus.

Perbedaan antara tray column dengan wetting column adalah pada jenis transfer massanya.

Pada wetting column transfer massa berlangsung di permukaan liquid yang berbentuk

lapisan film. Lapisan film biasanya terbentuk di permukaan packing. Gas yang mengalir

ke atas akan melewati film liquid ini sehingga terjadi transfer massa. Sedangkan pada tray

column transfer massa berlangsung di setiap lapisan liquid yang terdapat pada tray. Fase

gas dan liquid akan bercampur secara merata di atas tray.

Tray digunakan sebagai internal kolom jika :

− Pressure drop cukup besar

− Flow rate cukup besar sehingga memerlukan diameter kolom yang besar

− Keberadaan partikel-partikel padat dalam umpan yang dapat mengkontaminasi atau

menyebabkan fouling pada kolom.

1.2 Komponen-komponen utama dalam kolom distilasi.

Kolom distilasi terdiri dari beberapa komponen utama :

1. Body atau badan bejana (shell) yang berbentuk silinder vertikal. Berfungsi sebagai

tempat berlangsungnya pemisahan uap dan liquid

2. Peralatan internal, berupa tray dan atau packing yang digunakan untuk menaikkan

efisiensi pemisahan

3. Reboiler, yang berfungsi untuk menguapkan kembali liquid di bagian dasar kolom.

4. Kondensor, untuk mendinginkan dan mengkondensasikan uap yang meninggalkan

kolom dari bagian atas/puncak kolom.

5. Refluks drum, sebagai tempat untuk menampung liquid hasil kondensasi uap oleh

kondensor untuk digunakan sebagai refluks, liquid yang dikembalikan ke dalam kolom.

Skema komponen-komponen utama kolom distilasi ditunjukkan pada gambar 1.1

1.3 Op

Camp

masuk

lokasi

menja

kolom

diuapk

Supay

diguna

produ

dimas

akan d

Uap y

dalam

bagian

dikond

Sebag

Sebag

Gam

perasi dasa

puran liquid

k biasanya m

i tempat ma

adi dua bagia

m). Umpan m

kan kembali

ya bisa meng

akan steam.

uk dari kolom

sukkan kemb

ditarik kelua

yang dihasilk

m kolom. Di

n bawah kol

densasikan d

gian liquid h

gian lagi akan

mbar 1.1 Ske

r kolom dis

yang masuk

melalui bagi

asuknya um

an yaitu bagi

mengalir ke

i dengan men

guapkan ump

. Dalam pe

m yang lain,

bali ke dalam

ar sebagai bo

kan bergerak

dalam tray

om atau tray

di kondenso

hasil konden

n diambil se

ema kompone

stilasi

k ke dalam

an tengah k

mpan disebut

ian stripping

bawah dan

nggunakan r

pan maka ha

engolahan m

yang suhuny

m kolom. Se

ottom produc

k ke atas me

sebagian ua

y di bawahny

or. Liquid ha

nsasi akan

ebagai distila

en-kompone

kolom diseb

kolom atau d

t dengan fe

g (bagian das

n ditampung

reboiler.

arus ada sup

minyak bum

ya masih cu

ebagian liqu

ct (produk ba

nuju puncak

ap akan terk

ya. Uap yang

asil kondensa

dikembalika

at atau top pr

en utama kol

but dengan f

di dekatnya.

eed tray. Fe

sar kolom) d

di bagian b

plai panas ke

mi, sumber p

kup tinggi. U

uid yang ada

awah kolom

k kolom mel

kondensasi d

g lolos samp

asi ditampun

an ke dalam

roduct (prod

lom distilasi

feed (umpan

Tray yang

ed tray mem

dan enriching

bottom, sela

e dalam rebo

panas bisa b

Uap yang di

a di bagian b

m).

lalui tray-tra

dan jatuh kem

pai ke punca

ng di dalam

m kolom seb

duk atas kolo

n). Feed yan

terdapat pad

mbagi kolom

g (bagian ata

anjutnya aka

oiler, biasany

berupa alira

hasilkan aka

bawah kolom

ay yang ada d

mbali menuj

ak kolom aka

refluks drum

bagai refluk

om).

ng

da

m

as

an

ya

an

an

m

di

ju

an

m

ks.

4

BAB 2

TRAY COLUMN

2.1 Pendahuluan

Proses distilasi atau fraksinasi pada umumnya dilakukan di dalam kolom, dengan

menggunakan peralatan kontak uap dan liquid. Alat kontak uap-liquid yang digunakan di

dalam kolom bisa berupa tray atau plate atau berupa packing.

Tray atau plate merupakan peralatan kontak di dalam kolom yang didasarkan pada

kesetimbangan uap dan liquid. Sehingga desain kolom yang menggunakan alat kontak

yang berupa tray sering disebut sebagai equilibrium stage column. Uap dan liquid yang

berkontak di dalam tray akan mengalami perubahan konsentrasi, karena terjadi transfer

massa antara uap dan liquid. Dengan demikian setiap tray merepresentasikan stage

kesetimbangan yang ideal. Untuk menghasilkan transfer massa yang baik antara uap dan

liquid di setiap tray, maka tray dilengkapi dengan beberapa fitur tambahan yang berupa

weir yang berfungsi untuk menjaga level liquid di setiap tray, downcomer yang berfungsi

sebagai tempat aliran liquid dari tray diatasnya menuju tray yang ada di bawahnya serta

tray deck/plate sebagai tempat terjadinya kontak antara uap dan liquid. Komponen-

komponen tersebut ditunjukkan pada gambar 1.1

Gambar 2.1 Perforated tray

5

Packing merupakan alat kontak antara uap dan liquid dengan cara memanfaatkan

perbedaan kontak antara uap dan liquid di bagian permukaan packing. Sehingga packing

didesaian sebagai differential columns. Differential column memungkinkan terjadinya

transfer massa diantara fase-fase berlangsung di setiap beda kecil ketinggian dari seluruh

tinggi kolom. Pada umumnya transfer massa terjadi di dalam packing yang ditempatkan di

dalam shell kolom. Keberadaan packing akan meningkatkan luas area permukaan di dalam

kolom. Packing tersebut ditempatkan pada ruang diantara plate-plate. Aliran uap dan

liquid yang mengalir di dalam kolom harus dengan pola aliran counter current.

Pada bab ini akan dibicarakan jenis-jenis tray. Prinsip kerja tray akan dibicarakan pada

bab 3, sedangkan teknologi packing akan dibicarakan pada bab-bab selanjutnya. Plate atau

tray telah banyak digunakan selama beberapa dekade dan masih digunakan sebagai alat

kontak uap dan liquid sampai saat ini. Terdapat berbagai jenis plate yang digunakan,

namun semuanya memiliki prinsip dasar operasi yang sama.

2.2 Karakteristik umum plate

Beberapa parameter geometri di bawah ini digunakan untuk mendefinisikan karakteristik

plate, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2

Gambar 2.2 Diagram karakteristik geometri plate, (a) penampang melintang plate

column (b) plate tampak atas

AA

hod

6

Keterangan :

DT : Diameter kolom

h : tinggi weir yang menahan liquid di dalam plate

T : jarak antar plate (tray spacing)

D : lebar downcomer

e : tinggi slot tempat masuknya liquid dari downcomer ke dalam plate

hod : puncak liquid yang berada di atas weir

AD : downcomer area

AA : active area, dimana terjadi kontak antara uap dan liquid.

Gambar 2.3 di bawah ini menunjukkan skema konfigurasi dasar plate serta beberapa poin

penting dalam tray column.

Gambar 2.3 Skema susunan plate di dalam kolom dan bentuk geometri downcomer

− Ruang kosong merupakan bagian terbuka sebagai tempat pelepasan uap. Ruang

kosong sama dengan luas penampang kolom dikurangi downcomer

7

− Dinding downcomer bisa didesain dalam berbagai bentuk untuk variasi jalur aliran

liquid.

− Liquid yang masuk ke dalam plate melalui bagian yang berupa inlet weir atau

downcomer pan. Peralatan tersebut diperlukan untuk memperbaiki distribusi liquid ke

dalam plate.

− Konfigurasi plate seperti di atas akan menghasilkan pola aliran cross flow. Liquid

mengalir dalam arah horisontal di sepanjang plate, melewati uap yang mengalir

vertikal.

Uap mengalir secara vertikal di dalam kolom melalui lubang-lubang perforasi yang

terdapat di setiap plate. Selanjutnya uap akan melewati liquid yang tertahan oleh outlet

weir dan membentuk gelembung-gelembung. Uap dan liquid akan berkontak di dalam

plate sehingga membentuk busa atau buih. Sebagian liquid akan terbawa aliran uap dalam

bentuk butiran-butiran. Ukuran butiran liquid yang terbawa oleh aliran uap akan

menentukan seberapa cepat butiran tersebut jatuh kembali ke permukaan plate. Jarak antar

tray diatur untuk memaksimalkan pelepasan liquid yang terbawa aliran uap.

Liquid mengalir turun menuju plate di bawahnya secara gravitasi melalui downcomer dan

kemudian menuju active area. Uap yang mengalir dari plate di bawahnya akan berkontak

dengan liquid dan secara otomatis akan meng-entrain liquid. Liquid mengalir

meninggalkan plate menuju plate di bawahnya dalam campuran uap dan liquid. Salah satu

fungsi dari downcomer adalah memungkinkan lepasnya gas-gas yang terbawa oleh aliran

liquid sebelum diinjeksikan pada plate di bawahnya. Sehingga untuk tujuan ini liquid

memerlukan waktu tinggal di dalam downcomer. Faktor tersebut juga mempengaruhi

desain tinggi downcomer.

2.3 Pengaturan aliran

Plate fraksinasi harus didesain dengan syarat-syarat tertentu, yaitu :

1. Mampu memberikan derajat kontak yang tinggi antara fase uap dan liquid sehingga

tercapai kesetimbangan antara uap dan liquid.

2. Pressure drop yang dihasilkan minimum di sepanjang kolom pada saat terjadi kontak

antara fase uap dan liquid.

8

3. Mampu menghasilkan aliran liquid pada plate dan downcomer dalam jumlah yang

cukup sesuai dengan batas laju alir yang diperlukan.

Terdapat beberapa jenis layout plate seperti ditunjukkan pada gambar 2.4 dan 2.5. Pola

aliran di dalam plate fraksinasi dipilih supaya menghasilkan kontak uap liquid yang paling

baik, serta gradien hidraulika yang minimum. Pemilihan pola aliran didasarkan pada

diameter kolom atau jarak liquid yang dipindahkan dari titik masuk (downcomer) sampai

dengan titik keluar (weir) pada plate.

Pada umumnya aliran liquid di dalam plate dibagi menjadi tiga pola aliran :

− Reverse flow

− Radial flow

− Cross flow

Reverse flow

Di bagian tengah tray dipasang separation weir. Liquid mengalir memutari weir, sehingga

inlet dan outlet liquid berada pada sisi tray yang sama. Tray jenis ini digunakan untuk

beban liquid yang rendah dan gradien liquid di sepanjang tray rendah. Separation harus

weir lebih tinggi dibandingkan outlet weir.

Radial flow

Liquid masuk melalui bagian tengah tray, kemudian menyebar secara radial di atas

permukaan plate dan keluar melalui outlet weir. Outlet weir yang digunakan berbentuk

lingkaran. Digunakan untuk beban liquid yang tinggi. Efisiensi pemisahan tinggi, tetapi

biaya konstruksinya mahal.

Cross flow

Pola aliran yang paling universal dan paling banyak digunakan. Dibagi menjadi single dan

multi pass cross flow. Single pass, liquid mengalir searah dari inlet menuju outlet. Arah

aliran liquid antara tray di atasnya dengan tray di bawahnya counter current. Multi pass

digunakan untuk beban liquid yang tinggi, untuk mencegah terjadinya liquid tailback dan

meminimalkan gradien liquid yang melintasi tray. Liquid tailback dapat menyebabkan

9

terjadinya weeping. Karena jumlah downcomer lebih banyak, maka luas area aktif akan

berkurang.

Cascade

Digunakan untuk laju alir liquid yang tinggi dan diameter kolom yang besar. Pola seperti

ini digunakan untuk meratakan tinggi liquid yang berbeda-beda yang timbul akibat laju

alir liquid yang besar.

(e) (f) (g)

Gambar 2.4 Berbagai pola aliran pada plate fraksinasi (a) cross flow/single pass ; (b)

Reverse flow; (c) Double passes; (d) Multiple dam cascade; (e) Radial flow;

(f) three passes; (g) 2 passes and cascades

a. cross flow b. Double pass c. 3 pass d. 4 pass

(a) (b) (c) (d)

10

e. cascade f. radial flow g. two passes and cascades

Gambar 2.5 Berbagai pola aliran liquid pada plate fraksinasi

Gradien hidraulika merupakan istilah yang diaplikasikan untuk menyatakan perbedaan

ketinggian liquid pada plate pada titik masuk dan titik outlet weir (seperti ditunjukkan

pada gambar 2.6). liquid head yang terdapat di atas tray harus dijaga supaya jangan

menyebabkan liquid mengalir melewati lubang-lubang perforasi.

Gambar 2.6 Gradien hidraulika

2.4 Jenis-jenis plate atau tray

Terdapat tiga jenis tray yang umum digunakan yaitu : sieve plate, valve plate dan bubble

cap plate. Menurut sejarah bubble cap plate merupakan jenis tray yang pertama kali

digunakan dan sampai sekarang masih digunakan untuk aplikasi tertentu. Sebagian besar

process plant saat ini menggunakan tray jenis valve dan sieve plate. Disamping ketiga

jenis tray tersebut, terdapat beberapa jenis tray yang lain seperti jet tray, slit tray dsb.

2.4.1 B

Tray k

Namu

cap pl

gas, te

konstr

pembu

yang l

lebih k

Bubbl

dikelin

setiap

atasny

akan k

menga

Bubble cap

kesetimbang

un dalam des

late mulai d

erutama pad

ruksi yang

uangan liqui

lebih berat a

kuat. Gamba

Gamba

le cap terdir

ng atau dila

lubang dip

ya. Tutup te

keluar mela

alir pada tra

plate

gan yang pali

sain dan pen

ditinggalkan

da proses gas

mahal, pres

id yang mas

akan menam

ar 2.7 menun

ar 2.7 Bubbl

ri dari sebua

as pada dind

pasang riser

rsebut diber

alui lubang-l

ay tersebut.

ing tua dan m

ngembangan

dan penggu

s sweetening

ssure drop y

sih tersisa pa

mbah beban

njukkan bub

le cap tray (h

ah pelat data

ding kolom.

r/chimney y

ri slot/lubang

lubang ini s

Setiap plate

masih banya

n kolom disti

unaannya keb

g. Kelemaha

yang dihasil

ada saat shut

kolom, sehi

ble cap tray

http://distilla

ar yang pem

Pelat tersebu

yang dileng

g-lubang, di

selanjutnya

e dilengkapi

ak digunakan

ilasi yang te

banyakan ter

an dari bubb

lkan di dala

t down lebih

ingga memb

ationtray.blo

masangannya

ut diberi lub

kapi dengan

imana airan

akan bercam

dengan dow

n adalah bub

rbaru pengg

rbatas pada

ble cap plate

am kolom t

h sukar, sert

butuhkan sup

ogreaction.ne

a dengan car

bang-lubang

n cap (tutu

uap yang m

mpur dengan

wncomer ata

bble cap plat

gunaan bubb

kilang-kilan

e adalah biay

tinggi, prose

ta beban pla

pporting yan

et)

ra dibaut ata

perforasi. D

up) di bagia

melewati rise

n liquid yan

au downspou

te.

le

ng

ya

es

ate

ng

au

Di

an

er

ng

ut

12

yang berfungsi untuk tempat mengalirnya liquid menuju tray di bawahnya. Head liquid di

setiap tray senantiasa dijaga dengan cara memasang pembatas pada sisi luar tray di dekat

downcomer. Komponen ini disebut outlet weir. Bagian-bagian utama bubble cap tray

dapat dilihat pada gambar 2.8

Gambar 2.8 Bagian-bagian utama bubble cap tray (working guide to process equipment)

Bubble cap tray dapat beroperasi pada laju alir uap dan liquid yang rendah, karena riser

yang berada di dalam cap selalu lebih tinggi daripada weir. Dengan desain seperti ini maka

akan menghasilkan mechanical seal yang dapat mencegah liquid bocor melalui plate.

Semua plate juga dilengkapi dengan weep hole yang berfungsi untuk pembuangan (drain)

pada saat kolom tidak beroperasi. Pada saat laju alirnya sangat rendah, liquid akan keluar

melalui lubang-lubang ini dan liquid head akan lebih rendah daripada tinggi weir. Gambar

skematik aliran uap dan liquid di dalam bubble cap tray ditunjukkan pada gambar 2.9

Gambar 2.9 Skema aliran uap dan liquid pada bubble cap tray (wikipedia)

13

Pada umumnya bubble cap merupakan tutup yang terbalik yang dilengkapi dengan

penyangga mekanik untuk mengencangkan/mengikat cap pada plate dengan jarak tertentu.

cara penyambungan cap dengan riser atau pelat adalah dengan menggunakan baut yang

disusun sedemikian rupa sehingga menjadi satu rangkaian. Tipikal susunan sambungan

cap dengan riser atau pelat dapat dilihat pada gambar 2.10

(a) (b)

Gambar 2.10 Susunan sambungan cap dengan riser dan pelat

Jenis-jenis bubble cap

Berbagai jenis rakitan cap dengan plate dan riser ditunjukkan pada gambar 2.12. Terdapat

berbagai variasi bentuk dan ukuran cap, demikian juga ukuran, bentuk dan pengaturan slot.

Gambar 2.12 menunjukkan sejumlah tipe cap. Berbagai bentuk slot yang telah banyak

digunakan seperti bentuk persegi panjang, trapesium, bujur sangkar, segitiga, oval dan

lingkaran. Slot ditempatkan di sisi luar cap seperti ditunjukkan pada gambar. slot yang

Bubble cap

Slot

Bolt

Riser

14

paling banyak digunakan berbentuk persegi panjang atau trapesium. Ukuran slot bervariasi

dengan lebar 1/8 s.d 3/8 in dan panjang ½ s.d 1 ½ in. jarak antar slot (seusai rule of thumb)

tidak boleh kurang dari 1,5 kali tebal logam.

Gambar 2.11 Beberapa jenis rangkaian riser dan bubble cap (applied process design

chemical and petrochemical plant volume 2, hal 140)

15

Gambar 2.12 Berbagai jenis bubble cap (Chem. Process Equipment Selection. & Design)

Ukuran diameter cap yang dijual komersil bervariasi dari 1 in hingga 6 in. Jumlah slot di

setiap cap bervariasi dari 12 hingga 70 bergantung pada dimensi cap dan ukuran slot serta

jarak antar slot. Beberapa cap dibuat dalam bentuk tunnel yang memiliki lebar 2 s.d 6 in

dan panjang 12 s.d. 24 in. Material cap terbuat dari carbon steel, alloy steel, stainless steel,

nikel, tembaga, kuningan, alumunium dan logam-logam paduan khusus. Untuk servis

fluida yang bersifat asam bisa digunakan keramik yang dicetak.

Susunan bubble cap

Bubble cap biasanya dipasang pada plate dalam bentuk segitiga sama sisi, dengan orientasi

seperti ditunjukkan pada gambar 2.13 jarak antar cap berkisar dari ¼ sampai dengan 1 kali

diameter cap.

Flow direction

Gambar 1.13 Equilateral triangular cap spacing

16

Riser

Riser seperti pipa, bagian penampangnya berbentuk lingkaran, yang berguna untuk tempat

mengalirnya uap dari ruang yang berada di bawah plate menuju anulus pada bubble cap

yang berada di atas slot. Dalam beberapa desain riser bertindak sebagai penyangga dan

jangkar bagi cap sehingga benturan uap dan turbulensi aliran liquid tidak menggerakkan

atau mengubah posisinya di atas riser. Riser dipasang pada plate dengan cara dibaut,

dikeling, dijepit atau dilas. Material riser dibuat sama dengan cap. Luas area riser biasanya

ditentukan berdasarkan rasio slot area/riser area = 1 – 1,1.

Skirt clearance

Jarak antara ujung bawah cap dengan permukaan plate berkisar antara 0 – 2,5 in. Untuk

praktisnya biasanya skirt clearance berkisar antara 0,5 – 1,5 in. Untuk beban uap yang

rendah cap dapat dipasang merapat pada permukaan plate, dan uap akan keluar melalui

celah-celah slot.

2.4.2 Perforated plate (sieve tray)

Merupakan plate kesetimbangan yang paling sederhana, hanya berupa pelat logam yang

diberi lubang yang berfungsi sebagai tempat naiknya uap melewati liquid yang ada di

permukaan tray. Komponen lainnya hanya terdiri dari downcomer dan outlet weir.

Kadang-kadang dilengkapi dengan inlet weir dan splash baffle. Uap mengalir melalui

lubang-lubang yang terdapat pada plate dan selanjutnya akan terdispersi melalui liquid

yang mengalir di permukaan plate. Prinsip operasi sieve tray ditunjukkan pada gambar

2.14

Perforated plate memiliki kapasitas yang lebih besar dibandingkan bubble cap tray.

Efisiensi yang dihasilkan juga lebih besar. Salah satu kelemahan dari perforated tray

adalah tidak dapat digunakan untuk laju alir uap yang rendah. Aliran uap juga berfungsi

untuk mencegah liquid jatuh melalui lubang-lubang di sepanjang plate menuju plate di

bawahnya. Setiap desain plate memiliki kecepatan uap minimum yang dioperasikan. Jika

kecepatan uap lebih rendah dari kecepatan minimum maka akan terjadi ”dumping” atau

shower yaitu situasi dimana liquid mengalir bebas melalui lubang-lubang plate. Kecepatan

uap minimum ini disebut ”weep point” yang merupakan batasan penggunaan perforated

plate untuk melayani fleksibilitas operasi yang berhubungan dengan kecepatan aliran uap

dan liquid yang rendah.

17

Gambar 2.14 Prinsip operasi sieve tray

(a) sieve plate dengan downcomer (koch-glistsch)

(b) sieve plate tanpa downcomer

(c) sieve plate hole

Gambar 2.15 Perforated plate (sieve tray)

18

Dual flow tray

Dual flow tray adalah sieve tray yang tidak menggunakan downcomer (seperti ditunjukkan

pada gambar 2.14-c). Uap mengalir menuju tray di atasnya melalui lubang-lubang,

sedangkan liquid turun ke bawah melalui lubang yang sama, sehingga dapat menyebabkan

mal distribusi dan efisiensi yang rendah. Dual flow tray didesain untuk fluida yang korosif,

tingkat fouling tinggi, dan mengandung slurry. Cocok digunakan untuk fraksinasi

komponen-kompoenen yang mudah terpolimerisasi. Dual flow tray memiliki turndown

ratio yang rendah, jika beban uap turun maka efisiensinya akan jatuh.

Ukuran dan susunan lubang

Diameter lubang bervariasi dari 1/8 s.d. 1 in, namun ukuran yang paling banyak digunakan

adalah ¼ - ½ in. Diameter lubang yang kecil digunakan untuk kolom dengan diameter

yang kecil, semakin besar diameter lubang, ketebalan plate juga harus semakin besar.

Untuk diameter lubang 1 in tebal plate bisa mencapai ¼ in. Semakin besar ukuran lubang

semakin mudah dibersihkan, semakin kecil ukuran lubang akan menghasilkan kontak uap

dan liquid yang lebih baik. Plate yang terbuat dari carbon steel atau tembaga, tebal plate

tidak boleh lebih besar daripada diameter lubang. Untuk plate yang terbuat dari stainless

steel tebal plate dibatasi ½ - 2/3 kali diameter lubang.(1) Pada umumnya rasio tebal plate

dengan diameter lubang antara 0,1 – 0,7.(2)

Susunan lubang berupa triangular pitch atau square pitch. Jarak antar lubang (hole spacing)

atau disebut juga pitch besarnya 1 – 5 kali diameter lubang. Persentase luas area yang

kosong diperoleh dari luas total lubang seluruhnya dibagi dengan luas kolom. Pemilihan

diameter lubang dan persen luas area menentukan rasio pitch terhadap diameter (hole

spacing). Luas lubang seluruhnya berkisar antara 5 – 15% dari luas active area, namun

yang umum digunakan adalah 10%. Rasio pitch terhadap diameter lubang yang banyak

digunakan biasanya berkisar antara 2,5 – 4.

Besarnya pressure drop ditentukan oleh rasio tebal terhadap diameter lubang. Semakin

besar rasio tebal terhadap diameter semakin rendah pressure drop. Jumlah lubang yang

dibuat, dibatasi oleh tebal plate.

19

Ada berbagai variasi bentuk lubang yang dibuat pada sieve plate diantaranya adalah

lingkaran (round hole), persegi (square hole) dan oblong. Bentuk lubang yang paling

umum digunakan adalah lingkaran. Untuk jenis round hole terdapat tiga pola susunan

lubang, yaitu triangular pitch, square pitch dan square pitch 45o. Bentuk dan susunan

lubang dapat dilihat pada gambar 2.16 dan 2.17

(a) round hole (b) square hole (c) oblong

Gambar 2.16 Variasi bentuk lubang pada sieve plate

(a) Triangular

(b) square

(c) square 45o

Gambar 2.17 Susunan lubang jenis round hole (www.alibaba.com)

2.4.3 Valve tray

Karena pengoperasian perforated plate yang terbatas (tidak dapat digunakan untuk vapor

load yang rendah), maka dalam pengembangannya perforated plate dilengkapi dengan

valve disk, yang dipasang pada lubang-lubang tray. Valve disk ini akan terangkat jika laju

alir uap-nya tinggi dan akan tetap terbuka atau kadang-kadang menutup lubang jika aliran

uapnya rendah. Tray jenis ini merupakan kompromi dari dua jenis tray sebelumnya. Valve

plate secara bertahap menggantikan bubble cap plate karena performanya yang lebih

superior dan harganya lebih murah. Tray jenis ini dapat digunakan untuk aliran uap yang

tidak konstan, disamping itu valve juga dapat mencegah terjadinya dumping liquid melalui

20

lubang-lubang perforasi pada saat laju alir uapnya rendah. Operasi valve tray ditunjukkan

pada gambar 2.18

Gambar 2.18 Skema operasi V-valve tray

Gambar 2.19 menunjukkan tipikal valve tray jenis flexitray yang diproduksi oleh Koch-

Glitsch.

Gambar 2.19 Valve Tray tipe flexitray produksi Koch-Glitsch

21

Valve tray digunakan untuk melayani proses pemisahan dengan karakteristik diantaranya :

1. Kecepatan gas yang berkontak dengan liquid tinggi

2. Pressure drop yang rendah

3. variasi bukaan untuk berbagai laju alir uap.

Jumlah valve yang terdapat pada valve tray dihitung berdasarkan beban uap maksimum.

Kenaikan beban uap yang melebihi batas maksimum desain akan menurunkan efisiensi

pemisahan. Valve tray dapat digunakan untuk sistem yang mengandung partikel-partikel

solid, karena buka tutup valve akan menghasilkan cleaning effect. Berbeda dengan bubble

cap yang sangat sensitif terhadap partikel padat karena dapat menyebabkan penyumbatan.

Pressure drop valve tray lebih rendah dibandingkan bubble cap, karena tidak memerlukan

komponen seperti riser untuk jalur uap. Faktor utama yang menyebabkan pressure drop

adalah berat valve.

Bentuk-bentuk desain valve tray

Terdapat beberapa model valve disk, dimana setiap perusahaan manufaktur memiliki tipe

tersendiri. Sebagai contoh Koch memiliki flexitray seri A dan T, Glitsch memiliki ballast

tray seri V dan A, Norton memiliki tipe L dan M dan sebagainya. Secara umum bentuk

desain yang digunakan adalah :

− Ballast valve

− Float valve

− Flexitray

Ballast valve tray

Ballast valve tray yang standart terdiri dari tiga bagian seperti ditunjukkan pada gambar

2.21 yaitu orifice cover, ballast plate dan cover stop. Pada laju alir uap yang tinggi ballast

plate akan terangkat dan berkontak dengan cover stop. Ballast valve diproduksi oleh

Glitsch (sekarang Koch-Glitsch). Model-model ballast valve tray ditunjukkan pada

gambar 2.22

Float valve tray

Float valve ditunjukkan pada gambar 2.23. Fase uap mengalir masuk ke dalam fase liquid

melalui slit. Jika laju alir uap rendah maka bukaan akan menutup. Uap masuk ke dalam

22

liquid secara horisontal sehingga menurunkan entrainment. Valve jenis ini dapat

digunakan untuk beban uap dan liquid yang tinggi. Gambar 2.24 menunjukkan tipe-tipe

float valve yang diproduksi oleh Nutter Engineering dan Sulzer Chemtech

Flexitray

Didesain oleh Koch Engineering. Terdapat dua tipe utama desain valve yaitu tipe T dan

tipe A. Pada umumnya digunakan dua valve dengan berat yang berbeda. Beberapa valve

dengan berat yang sama disusun secara paralel dengan weir. Hal ini bertujuan untuk

menghasilkan distribusi uap yang lebih baik meskipun beban uap berubah-ubah. Pada laju

alir uap yang rendah, valve yang lebih ringan dapat terbuka, sedangkan valve yang berat

kemungkinan masih menutup. Gambar 2.25 mengilustrasikan beberapa tipe flexitray yang

didesain oleh Koch-Glitsch Engineering.

Cocurrent valve tray

Valve jenis ini didesain dengan salah satu kakinya lebih pendek dibandingkan yang lain,

sehingga menghasilkan bukaan valve yang tidak seragam. Valve akan terbuka pada salah

satu arah, sehingga uap akan masuk ke dalam liquid hanya dalam satu arah.

Gambar 2.20 Co current valve tray

23

Gambar 2.21 Ballast valve tray

24

(a) Tipe A-1, A-4 (b) V-0

(c) Tipe A-2X, A-5X (d) Flat orifice (tipe A-1, A-2, A-2X)

(e) Tipe A-2, A-5 (f) Extruded orifice (tipe A-4, A-5, A-5X)

(g) V-1X, V-4X (h) Flat orifice untuk tipe V-1

(i) V-1, V-4 (j) Extruded orifice (tipe V-4) Gambar 2.22 Tipe-tipe ballast valve tray

25

Gambar 2.23 Prinsip kerja float valve tray

Gambar 2.24 (a) Nutter V-Grid valve for tray produksi Nutter Engineering

Gambar 2.24 (c) Float valve tray, Sulzer Chemtech

Gambar 2.24 (b) Nutter BDH valve tray with downcomer, Nutter Engineering

Gambar 2.24 (d) Caged valve digunakan untuk beban liquid yang rendah, Sulzer Chemtech

Gambar 2.24 Jenis-jenis float valve tray

26

Gambar 2.25 Tipe-tipe flexitray valve standard dan pengembangannya oleh Koch-Glitsch

Tipe A

Tipe T

Tipe T-0

VG-10 Fixed Valve

Tipe ACU Tipe ACZ

Tipe U Tipe Z

Tipe NRU dan NRZ

27

Gambar 2.26 Tipikal norton valve tray, Norton Chemical Process Product

2.5 Jenis-jenis tray yang lain

2.5.1 Uniflux (S-Tray)

Dikembangkan oleh Socony-Mobil Oil Company. Merupakan perbaikan dari bubble cap

tray. Tray terdiri dari sejumlah bagian yang berbentuk S, dipasang tegak di sepanjang tray.

Keuntungan dari tray jenis ini adalah fleksibilitas operasi dapat dinaikkan tanpa

kehilangan efisiensi. (dapat dioperasikan 12 % lebih rendah dari kapasitas maksimum

tanpa terjadi liquid backflow). Cocok digunakan untuk beban uap dan liquid yang tinggi.

Beban uap maksimum sedikit lebih besar dibandingkan bubble cap tray.

28

Gambar 2.27 S-Tray

2.5.2 Tunnel tray

Prinsip kerja sama dengan bubble cap tray. Digunakan untuk kolom dengan diameter yang

besar. Tunnel dapat disusun secara paralel atau bersilangan dengan aliran liquid. Chimney

berbentuk persegi panjang dan diberi tutup.

a. Thorman Tray

c. Detail cap dan slit

b. Aliran liquid di Thorman tray

d. Vapour chimney dan cap

Gambar 2.28 Tunnel tray

2.5.3 Jet Tray

Jenis tray yang metode konstruksinya dengan cara membuat sobekan-sobekan pada

permukaan tray dengan ukuran tertentu, kemudian dibengkokkan ke atas sehingga terdapat

29

lubang-lubang sebagai saluran uap yang akan berkontak dengan liquid di atas tray.

Kecepatan gas yang diperlukan sebanding dengan sieve tray untuk liquid jatuh melalui

lubang tersebut (weeping). Karena konstruksinya mudah, maka biayanya relatif murah.

a. Jet tray tampak atas

b. Jet tray tampak samping

Gambar 2.29 Gambar Skematik Jet Tray

2.5.4 Baffle tray

Baffle tray didesain untuk menghasilkan liquid cascade, yang disusun secara seri di dalam

kolom. Biasa digunakan di desuperheating zone FCCU, coker primary fractionator, coker

scrubber dan berbagai fouling service seperti slurry stripper. Dibagi menjadi tiga tipe

utama : shed deck, side tray, dan disk and donuts.

Disamping jenis-jenis tray yang telah disebutkan di atas, masih banyak jenis tray yang

didesain secara khusus. Tray-tray tersebut biasanya memiliki kemampuan yang

melampaui tray konvensional. Sebagian telah ditunjukkan pada gambar-gambar

sebelumnya.

2.6 Perbandingan berbagai jenis tray

Jenis dan performance setiap tray termasuk ukuran, bentuk, dan beratnya sangat beragam,

tergantung dari pemanufakturnya. Tray ini mempunyai hak patent dari masing-masing

pemanufaktur. Pemanufaktur yang ada misalnya Koch-Glitsch Inc. (gabungan dua

perusahaan, Koch dan Glitsch), Saint-Gobain NorPro Corporation (sebelumnya bernama

Norton), Sulzer Chemtech (sebelumnya Nutter Engineering dan Sulzer), dan banyak

vendor lainnya .

30

Faktor utama dalam memilih jenis alat kontak (terutama untuk conventional tray : bubble-

cap, sieve dan valve) adalah biaya, kapasitas, rentang operasi, efisiensi dan pressure drop.

• Biaya, bubble-cap tray lebih mahal dibanding sieve dan valve tray. Dengan

menggunakan bahan yang sama, rasio harga bubble-cap : valve : sieve, sekitar 3.0: 1.5 :

1.0.

• Kapasitas, sebetulnya tidak ada perbedaan kapasitas yang berarti, walau begitu kalau

diurutkan dari besar ke kecil adalah sieve, valve, bubble-cap.

• Rentang operasi, merupakan faktor penting, dinyatakan dalam rentang kapasitas

operasi yang masih dalam operasi yang memuaskan. Rasio operasi stabil tertinggi dan

operasi stabil terendah disebut turndown ratio. Pada kenyataannya, unit membutuhkan

fleksibilitas operasi, misalnya untuk start up, shut down, pengurangan kapasitas karena

masalah pemasaran produk dll. Bubble cap memiliki rentang operasi yang cukup

tinggi, sieve tray jarang digunakan untuk laju alir uap yang rendah, valve tray

memberikan fleksibilitas yang lebih baik dibandingkan sieve tray, namun harganya

lebih murah dibandingkan bubble cap.

• Efisiensi, efisiensi murphree dari ketiga jenis plate secara virtual sama jika

dioperasikan pada kapasitas desainnya, dan tidak ada perbedaan yang berarti.

(Zuiderweg et al, 1960)

• Pressure drop, pressure drop pada saat melewati plate merupakan pertimbangan desain

yang penting, terutama pada kolom vakum. Pressure drop sangat bergantung pada

detail dari desain masing-masing tray. Secara umum urutan pressure drop dari yang

paling rendah adalah sieve, valve, bubble-cap.

Perbandingan dari berbagai jenis tray konvensional yang tersedia secara komersil

ditunjukkan pada tabel 2.1.

2.7 Plate komponen

2.6.1 Downcomer

Downcomer dipasang pada tray sebagai tempat mengalirnya liquid dari tray di atasnya

menuju tray di bawahnya. Downcomer didesain supaya memiliki kapasitas handling liquid

yang cukup di dalam kolom dan pada saat yang sama hanya membutuhkan luas area tray

seminimal mungkin, sehingga luas daerah aktif pada tray maksimum. Downcomer

berbentuk lingkaran ataupun segmental, jumlahnya di tiap tray bisa satu (single) atau lebih

31

(multiple). Downcomer yang bentuknya melingkar digunakan untuk kolom yang

berukuran kecil atau untuk tujuan-tujuan khusus.

Tabel 2.1 Perbandingan berbagai jenis tray

Tipe Bubble cap Valve Sieve tray

Kapasitas Moderat Besar Besar, bisa lebih tinggi dari bubble cap untuk 60% kapasitas desain

Efisiensi Tinggi Tinggi Tinggi, efisiensi turun jika kapasitas diturunkan sampai di bawah 60%

Entrainment Tinggi, 3 x perforated plate

Moderat Moderat, 1/3 bubble cap

Fleksibilitas Tinggi, dapat didesain untuk laju alir uap dan liquid yang tinggi ataupun rendah

Baik Rendah

Aplikasi Untuk semua jenis proses, kecuali coking, pembentukan polimer dan potensi fouling yang tinggi

Untuk semua jenis proses

Untuk sistem dengan kapasitas yang besar, banyak terdapat suspended solid, pembentukan polimer

Aplikasi yang disarankan

Untuk laju alir liquid yang rendah

Untuk semua jenis proses dengan berbagai kisaran laju alir

Proses vakum atau proses dengan pressure drop yang rendah

Kecenderungan terjadinya plugging

Tinggi Sedang Rendah

Tray spacing Rata-rata 18 in, 24 – 36 in untuk kondisi vakum

Rata-rata 15 in, untuk kondisi vakum 20 – 30 in

Pressure drop tinggi Rendah Moderat

Harga Mahal Sedang Rendah

Segmental downcomer memiliki ujung bagian atas dalam bentuk segmental weir,

merupakan jenis downcomer yang paling banyak digunakan. Untuk pola aliran yang multi

32

pass disamping menggunakan segmental downcomer, juga digunakan rectangular

downcomer. Jenis-jenis downcomer ditunjukkan pada gambar 2.30

Gambar 2.30 Jenis-jenis downcomer, (a) Segmental; (b) circular; (c) envelope

(segemental); (d) envelope (rectangular); (e) sloped; (f) sloped.

33

Kapasitas downcomer didesain untuk beban liquid yang maksimum. Kapasitas ini

dinyatakan dengan kecepatan linier liquid yang melewati downcomer dibagi dengan

volume liquid yang mengalir per satuan waktu. Kapasitas downcomer juga dapat

dinyatakan sebagai waktu tinggal liquid di downcomer. Jarak antara ujung bawah

downcomer dengan permukaan plate di bawahnya harus sebanding dengan laju alir liquid

yang masuk ke downcomer. Disamping itu downcomer juga harus mampu menciptakan

seal terhadap aliran uap, sehingga tidak dapat mengalir ke atas melalui downcomer. Untuk

tujuan tersebut jarak antara ujung bawah downcomer dengan plate sekitar 1 – 1,5 in.

2.6.2 Plate spacing

Setiap plate dipisahkan dengan jarak tertentu sehingga memungkinkan butiran-butiran

liquid jatuh dan terpisah dari fase uapnya sebelum mencapai plate di atasnya. Secara

umum jarak antar plate berkisar antara 12 in untuk kolom yang kecil dan 48 in untuk

kolom vakum yang besar. Jarak antar plate yang paling umum digunakan adalah 24 in.

2.6.3 Overflow atau outlet weir

Outlet weir merupakan dam yang berfungsi untuk menjaga liquid head yang berada di atas

plate sehingga uap yang naik dari plate di bawahnya membentuk gelembung pada saat

melewati liquid pada tray tersebut, sebelum terlepas lagi menuju tray di atasnya. Tinggi

weir ditentukan berdasarkan tinggi liquid yang diperlukan di atas plate supaya tercipta seal

bagi uap yang melewati plate tersebut. Panjang weir didesain agar bisa menjaga tinggi

puncak liquid sebesar ¼ - ½ in di atas weir sehingga diperoleh distribusi liquid yang baik.

Terdapat beberapa variasi desain weir, seperti ditunjukkan pada gambar 2.31. Adjustable

weir banyak digunakan pada desain-desain awal. Weir seperti ini didesain untuk

menyediakan fleksibilitas ketika terjadi perubahan kapasitas, akan tetapi efektivitasnya

terbatas, sehingga tidak banyak direkomendasikan. Pengalaman menunjukkan jika sering

terjadi kegagalan pengaturan weir. Swept back weir kadang-kadang digunakan untuk

beban liquid yang tinggi. Desain weir seperti ini dapat menurunkan tray pressure drop dan

memperbaiki distribusi liquid pada tray. Bentuk downcomer akan mengikuti kontur dari

swept back weir atau bisa juga dalam bentuk dinding lurus vertikal.

34

Gambar 2.31 Beberapa desain unik outlet weir (a) adjustable, (b) swept back, (c)

rectangular nitch, (d) intermittent triangular notch, (e) continuous

triangular notch.

Notches weir digunakan untuk beban liquid yang rendah. Notch weir berbentuk triangular

dan rectangular. Rectangular notch weir disebut juga picket weir, direkomendasikan untuk

beban liquid kurang dari 0,5 – 1 gpm per inch weir. Bentuk yang lain direkomendasikan

untuk beban liquid kurang dari 0,25 gpm.

35

2.6.4 Inlet weir

Dalam beberapa kasus tray juga dilengkapi dengan inlet weir (distibuting weir). Inlet weir

berfungsi untuk menghasilkan downcomer seal. Disamping itu inlet weir akan

mendistribusikan aliran liquid secara merata di sepanjang permukaan tray, karena liquid

yang jatuh melalui downcomer akan ditahan lebih dulu oleh inlet weir sebelum masuk ke

bubbling area di plate. Tipikal dari inlet weir dan seal pan ditunjukkan pada gambar 2.32

Gambar 2.32 Sealing downcomer, (a) inlet weir; (b) seal pan

Seal pan memiliki fungsi yang sama seperti inlet weir. Digunakan untuk beban liquid yang

tinggi sementara kapasitas kolom terbatas. Seal pan akan mendistribusikan liquid menuju

tray dalam arah vertikal.

Seal pan dan inlet weir keduanya memiliki kelemahan, yaitu akan menghasilkan area

dimana liquid akan stagnan, sehingga akan menyebabkan terbentuknya sedimen, kotoran

dan polimer. Pembentukan sedimen dapat menyebabkan hambatan aliran yang keluar dari

downcomer sehingga dapat menyebabkan flooding.

2.6.5 Splash baffle dan vapor hood.

Splash baffle berupa pelat yang dipasang secara vertikal paralel dengan outlet weir dan

ditempatkan di depan dan berdekatan dengan weir. Ujung bagian bawah baffle hampir

rapat dengan permukaan tray, tetapi masih memungkinkan liquid mengalir melewatinya.

Splash baffle digunakan untuk beban liquid yang rendah. Splash baffle akan menahan laju

liquid agar tidak terlalu cepat jatuh menuju tray di bawahnya, sehingga meningkatkan

36

liquid hold up dan ketinggian buih. Splash baffel juga mencegah tray agar tidak kering,

serta mempromote pembentukan buih pada laju alir liquid yang rendah. Splash baffle

direkomendasikan untuk beban liquid kurang dari 0,1 gpm per inch outlet weir.

Vapor hood memiliki fungsi yang sama seperti splash baffle. Digunakan bersamaan

dengan downcomer tipe envelope.

Gambar 2.33 Splash baffle dan vapor hood

37

BAB 3

PRINSIP KERJA TRAY

3.1 Efisiensi tray

Tray pada kolom distilasi fraksinasi beroperasi pada efisiensi 10 s.d 90 %. Perhitungan

tray efisiensi kadang-kadang bisa sangat sederhana, yaitu dengan membandingkan suhu

uap yang meninggalkan tray dengan suhu liquid yang meninggalkan tray. Sebagai contoh

efisiensi tray yang ditunjukkan pada gambar 3.1 (a) adalah 100 %. Efisiensi tray pada

gambar 3.1 (b) adalah 0%.

(a) (b)

Gambar 3.1 Efisiensi Tray

Bagaimana jika terdapat 10 tray seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.2. Hitung

efisiensi rata-rata di setiap tray (jawabannya sekitar 10%). Sebagaimana disebutkan suhu

uap yang meninggalkan tray paling atas sama dengan suhu liquid yang jatuh dari tray

paling bawah. Jumlah tray ada 10 buah, sehingga efisiensi kesepuluh tray tersebut adalah

100%. Efisiensi untuk setiap tray, karena ada 10 tray, rata-rata 10%.

Efisiensi tray yang buruk disebabkan oleh dua faktor :

− Flooding

− Dumping

38

Gambar 3.2 Efisiensi Tray rata-rata 10%

3.2 Downcomer backup

Liquid mengalir melintasi tray deck menuju outlet weir. Liquid melampaui weir dan jatuh

melalui downcomer menuju tray di bawahnya. Gelembung-gelembung uap naik melalui

lubang-lubang sieve atau valve caps pada tray deck. Uap yang masuk akan berkontak

dengan liquid. Liquid yang terdapat di setiap tray lebih tepatnya berupa buih atau busa

merupakan campuran dari uap dan liquid. Dengan demikian fungsi dari tray adalah untuk

mencampur uap dan liquid bersama-sama dalam bentuk busa (foam) atau buih.

Bentuk asli campuran (disperse) antara uap dan liquid di dalam tray disebut flow regime.

Sebagian besar industri membagi flow regime menjadi dua jenis :

− Froth regime (buih) dan

− Spray regime

39

Pada froth regime, liquid merupakan fase kontinyu, sedangkan uap merupakan fase

terdispersi dalam bentuk gelembung-gelembung di dalam liquid. Spray regime

kebalikannya, uap merupakan fase kontinyu, sedangkan liquid merupakan fase terdispersi

yang jatuh di dalam uap. Beberapa ahli menambahkan flow regime yang lain yaitu liquid

continuous regime (emulsion regime), dimana kedua fase fluida terdispersi secara seragam.

(a) (b)

Gambar 3.3 Pola aliran di dalam tray (a) froth regime; (b) spray regime

Froth regime merupakan flow regime yang paling umum diterapkan di industri tray. Pola

aliran seperti ini terjadi pada kecepatan uap yang rendah hingga menengah dan kecepatan

liquid yang menengah hingga tinggi, yang merupakan tipikal dari kondisi operasi di kolom

distilasi atmosferik. Spray regime biasanya terjadi pada kecepatan uap yang tinggi dan

beban liquid yang rendah, merupakan tipikal dari kolom distilasi vakum.

Buih atau foam yang terbentuk di dalam tray akan dipisahkan kembali menjadi uap dan

liquid di downcomer. Jika foam tidak dapat jatuh/mengalir dengan cepat dari downcomer

menuju tray di bawahnya, maka foamy liquid atau buih akan kembali naik menuju tray

diatasnya. Kejadian ini disebut flooding. Dengan kata lain flooding merupakan akumulasi

liquid yang berlebihan di dalam tray kolom.

Terdapat dua jenis flooding pada tray column, yang pertama adalah entrainment flooding

atau jet flooding yang disebabkan oleh kenaikan beban uap di dalam kolom, yang kedua

adalah downflow flooding atau downcomer backup flooding yang disebabkan oleh

kenaikan beban liquid dalam kolom

40

Beberapa penyebab terjadinya flooding sebagai berikut :

1. Downcomer backup flooding

Liquid yang teraerasi tertahan di dalam tray karena tray pressure drop, friksi pada

dinding downcomer dan juga tinggi liquid pada tray di bawahnya. Semuanya ini bisa

disebabkan oleh laju alir liquid yang tinggi, sedangkan tray pressure drop disebabkan

oleh laju alir uap yang tinggi. Jika liquid backup di tray semakin tinggi melampaui tray

spacing, maka akan menyebabkan flooding (liquid tertahan di downcomer).

Mekanisme downcomer backup flooding ditunjukkan pada gambar 3.4

Gambar 3.4 Downcomer backup flooding

Downcomer backup flooding bisa disebabkan oleh aspek desain yang tidak tepat

diantaranya adalah :

• Kehilangan downcomer seal

Seperti ditunjukkan pada gambar 3.5 (a) terlihat bahwa downcomer B mengalami

flooding. Penyebabnya adalah karena tidak adanya downcomer seal. Tinggi dari ujung

atas outlet weir lebih rendah dari ujung bawah downcomer. Hal ini menyebabkan uap

akan mem by-pass melewati downcomer B menggantikan aliran liquid yang turun ke

bawah. Uap akan menekan liquid kembali ke tray diatasnya sehingga terjadi flooding.

• Jarak antara downcomer dengan tray deck yang terlalu dekat.

Mengacu pada gambar 3.5 (b), apa yang akan terjadi jika ujung bawah downcomer

terlalu dekat bahkan hampir menempel pada tray di bawahnya? Diperlukan pressure

drop yang tinggi bagi liquid di downcomer B untuk keluar menuju tray deck 1. Hal ini

41

menyebabkan level liquid yang ada di downcomer B akan penuh dan kembali menuju

tray deck 2, sehingga tray 2 mengalami flooding.

(a) (b)

Gambar 3.5 Flooding (a) disebabkan tidak adanya downcomer seal ; (b) jarak

downcomer yang terlalu dekat dengan tray

2. Jet flood

Jet flood merupakan kejadian dimana sebagian liquid akan terbawa oleh aliran uap

(entrainment) menuju tray di atasnya. Hal ini dipengaruhi oleh dua faktor :

− Tinggi foam atau buih pada tray

− Kecepatan uap yang melewati tray

Kombinasi antara kecepatan uap yang tinggi dengan tingginya level foam atau buih

akan menghasilkan spray yang cukup tinggi dan mampu memukul bagian bawah tray

di atasnya. Hal ini menyebabkan pencampuran liquid dari tray yang ada di bawahnya

dengan liquid pada tray di atasnya, sehingga menurunkan efisiensi pemisahan.

Kecepatan uap yang tinggi bisa disebabkan oleh adanya fouling pada tray. Fouling bisa

disebabkan oleh keberadaan partikulat, coke, gum, salt atau polimer. Fouling akan

menurunkan open area pada tray deck, sehingga menyebabkan terjadinya jet flood.

Tray spacing juga mempengaruhi terjadinya jet flood. Jika tray spacing cukup besar (>

18 – 24 in), buih jarang mencapai tray di atasnya.

42

Gambar 3.6 Entrainment yang menyebabkan terjadinya jet flood

3. Efek tekanan dan rasio L/V

Pada tekanan yang rendah akan membantu meningkatkan kecepatan uap, dan

menurunkan laju alir liquid sehingga terbentuk spray regime. Pada kolom distilasi

vakum flooding terjadi pada rasio L/V yang rendah, dan biasanya disebabkan oleh

spray entrainment (jet flood). Pada tekanan yang tinggi perbedaan densitas antara uap

dan liquid menjadi lebih kecil, sehingga pemisahan uap dan liquid di downcomer

semakin sukar dilakukan. Karena sukar dipisahkan maka akan menyebabkan :

downcomer aeration meningkat, kehilangan akibat friksi di downcomer meningkat,

liquid (buih) yang tertahan di downcomer meningkat. Laju alir liquid yang tinggi

menyebabkan tray pressure drop meningkat, liquid level di tray meningkat, kehilangan

akibat friksi di downcomer meningkat. Dengan demikian downcomer flooding akan

cepat terjadi pada tekanan operasi dan laju alir liquid yang tinggi.

Poin 1 pada paragraf diatas menjelaskan sebagian dari beberapa parameter desain yang

menyebabkan flooding. Beberapa parameter yang lain dirangkum dalam tabel 3.1 akan

memperbesar kemungkinan terjadinya flooding

43

Tabel 3.1 Efek geometri tray terhadap potensi flooding

Parameter Desain Jet Flood Downcomer backup flooding

Low bubbling area X X

Low fractional hole area (<8%) X X

Tray spacing rendah X X

Weir terlalu tinggi X

Weir terlalu rendah X

Jarak di bawah downcomer sempit X

3.3 Prediksi flooding

Beberapa rule di bawah ini dapat diaplikasikan untuk memprediksi kejadian flooding

− Jika mulai terjadi flooding di salah satu tray, seluruh tray diatasnya juga akan

mengalami flooding, tetapi tray di bawahnya mulai kering.

− Indikasi awal terjadinya flooding dalam kolom distilasi adalah kehilangan level liquid

di bagian dasar kolom.

− Jika downcomer clearance yang berarti jarak antara ujung bawah downcomer dan tray

sebelumnya terlalu besar, maka downcomer menjadi unsealed. Uap akan mengalir ke

atas melalui downcomer dan menyebabkan flooding tray diatasnya

− Jika downcomer clearace terlalu kecil, menyebabkan liquid tertahan di downcomer,

sehingga tray diatasnya mengalami flooding

− Untuk mendapatkan downcomer seal, ujung bawah downcomer 0,5 in di bawah ujung

atas outlet weir

Secara umum flooding dapat diketahui dari beberapa kejadian berikut ini.

1. Perbedaan tekanan di dalam kolom cukup besar

2. Kenaikan beda tekanan di dalam kolom yang sangat tajam

3. Kehilangan level di bagian bottom

4. Entrainment dari tray paling atas naik dengan cepat

5. Efisiensi pemisahan turun (diketahui dari analisa produk dan profil suhu)

3.3.1 Pressure drop yang berlebihan di dalam kolom

Pada umumnya pressure drop yang lebih besar 50 – 60% dari tray spacing merupakan

indikasi terjadinya flooding pada tray column. Atau jika pressure drop di tiap tray, yang

44

dinyatakan dengan in liquid, 3 kali lebih besar dibandingkan tinggi weir, maka terjadi

flooding

Pada packed column rule of thumb berikut ini dapat digunakan untuk memprediksi

terjadinya flooding.

− Pressure drop yang lebih rendah dari 1 in H2O untuk tiap feet ketinggian bed

mengindikasikan tidak terjadi flooding.

− Pressure drop yang lebih besar dari 3 in H2O untuk tiap feet ketinggian bed

mengindikasikan telah terjadi flooding.

− Pressure drop diantara 1 – 3 in H2O untuk tiap feet ketinggian bed mengindikasikan

kemungkinan terjadi flooding.

3.3.2 Kenaikan pressure drop yang tajam

Kenaikan pressure drop cenderung mengikuti kenaikan laju alir uap. Dapat diketahui

dengan membuat plot grafik hubungan antara pressure drop dengan laju alir uap. Jika

terlihat kurva pressure drop naik dengan tajam dan tidak seperti biasanya,

mengindikasikan terjadinya flooding.

3.3.3 Kehilangan level di bagian bottom

Merupakan indicator yang umum dan salah satu criteria terjadinya flooding. Namun ada

dua masalah yang dijumpai jika menggunakan parameter ini sebagai salah satu indicator

utama. Pertama adalah kolom fraksinasi mungkin terjadi flooding tanpa kehilangan level

di bagian bottom. Sebagai contoh jika terjadi flooding pada bagian rektifikasi, sedangkan

sebagian besar umpan dalam fase liquid, maka bagian bottom akan terus beroperasi secara

normal tanpa kehilangan level liquid. Kedua jika flood point tepat berada di atas bagian

bottom, maka interval waktu antara awal terjadinya flooding dengan kehilangan level di

bagian bottom bias berlangsung cukup lama, sehingga hal ini akan mempengaruhi

keakuratan pengukuran.

Kehilangan level di bagian bottom merupakan indikasi yang baik, jika kolom tidak terlalu

tinggi, terutama jika flooding terjadi di antara titik masuknya feed dengan bagian bottom.

Untuk kolom yang terdiri dari banyak tray kehilangan level di bagian bottom bukan

merupakan indicator utama.

45

3.3.4 Kenaikan entrainment dengan cepat dari tray paling atas

Seringkali diartikan sebagai kenaikan refluks atau jumlah produk sedangkan laju

penguapan kembali (reboil) kecil atau bahkan tidak ada. Digunakan terutama jika

kenaikan pressure drop tidak begitu tajam

3.3.5 Efisiensi pemisahan turun

Kehilangan efisiensi biasanya berhubungan dengan downcomer flooding. Dapat diketahui

dari analisa produk-produk kolom di laboratorium. Plot rasio pemisahan terhadap laju alir

pada refluks yang konstan digunakan untuk mengidentifikasi titik terjadinya kehilangan

efisiensi.

Indicator yang lain untuk mengetahui penurunan efisiensi pemisahan adalah dari profil

suhu di dalam kolom. Profil temperatur yang bagus adalah profil yang

menunjukkan perubahan temperatur yang signifikan antar tray-nya. Hal ini

mengindikasikan perpindahan massa di setiap tray berlangsung dengan baik. Dengan

demikian, profil temperatur ini bisa digunakan sebagai alat untuk memprediksi apakah

pemisahan berlangsung baik atau tidak. Gambar 3.7 berikut merupakan contoh profil

temperatur untuk kolom distilasi yang sama dengan kondisi yang berbeda.

Gambar 3.7 Profil temperature pada kolom distilasi yang beroperasi normal dengan yang

mengalami flooding

46

Pada kolom distilasi yang mengalami flooding terutama di bagian bawah, terlihat bahwa

perubahan suhu setiap kenaikan tray tidak signifikan.

3.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi tray (flooding)

3.4.1 Tinggi liquid pada tray deck

Jika level liquid di tray meningkat, maka tinggi liquid pada downcomer yang masuk ke

tray tersebut juga akan meningkat dalam jumlah yang sama. Liquid yang berlebih di

downcomer dapat menyebabkan flooding dan hilangnya efisiensi tray.

Tinggi liquid pada tray merupakan fungsi dari dua faktor :

− Tinggi weir

− Tinggi puncak (tinggi level liquid yang ada di atas weir)

Tinggi weir akan diatur di tiap tray, biasanya sekitar 2 – 3 in. Dengan tinggi ini akan

menghasilkan kedalaman liquid yang cukup pada tray untuk mendapatkan kontak uap dan

liquid yang baik. Tinggi puncak sebanding dengan tinggi liquid yang overflow pada dam.

Tinggi weir ditambah tinggi puncak sama dengan kedalaman liquid pada tray deck.

Vapor flow pressure drop

Faktor paling penting yang menentukan tinggi liquid di downcomer adalah pressure drop

dari aliran uap yang melewati tray deck. Sekitar 50% level di downcomer bergantung pada

aliran uap yang melewati tray.

Aliran uap yang melewati tray akan meningkat kecepatannya terutama pada saat aliran uap

melewati lubang-lubang kecil pada valve cap atau sieve hole. Energi untuk menaikkan

kecepatan aliran uap berasal dari pressure drop aliran uap.

Katakanlah uap mengalir melalui sebuah tray deck mengalami pressure drop sebesar 1

psig (lb/in2 g). Gambar 3.8 menunjukkan Tekanan di bawah tray deck 2 sebesar 10 psig,

sedangkan tekanan diatas tray 2 sebesar 9 psig. Bagaimana caranya liquid yang ada di

downcomer B mengalir dari area yang bertekanan rendah (9 psig) menuju area yang

bertekanan lebih tinggi (10 psig)? Jawabnya adalah gravitasi atau liquid head pressure

47

Tinggi air yang diperlukan untuk menghasilkan liquid head pressure sebesar 1 psig

sebanding dengan 28 in air. Jika fluida yang dijalankan adalah gasoline dengan s.g 0,7

maka tinggi gasoline yang diperlukan untuk menciptakan liquid head pressure sebesar 1

psig adalah 28 in/0,7 = 40 in

Gambar 3.8 Penurunan tekanan aliran uap dapat menyebabkan downcomer backup

Tinggi total liquid di downcomer

Dari penjelasan diatas dapat dirangkum bahwa tinggi total liquid di downcomer

merupakan jumlah dari 4 faktor :

− Kecepatan liquid yang keluar dari downcomer menuju tray di bawahnya

− Tinggi weir

− Tinggi puncak liquid yang overflow keluar dari weir

− Pressure drop uap yang mengalir melalui tray diatas downcomer

Liquid yang sebenarnya berada dalam bentuk buih atau busa yang disebut aerated liquid.

Faktor aerasi sebesar 50% sering digunakan untuk service hidrokarbon. Jika kita

menghitung liquid level di downcomer sebesar 12 in, maka foam level di downcomer

sebesar 12/0,5 = 24 in. Tinggi foam level ini berhubungan dengan downcomer flooding

48

3.4.2 Incipient flood

Telah dijelaskan pada sub bab 3.2 bahwa salah satu mekanisme terjadinya flooding adalah

jet flood, dimana buih atau spray dari tray di bawahnya menyentuh tray di atasnya,

sehingga efisiensi pemisahan turun. Tinggi spray minimal sehingga menyebabkan buih

atau spray dari tray di bawahnya dapat memukul tray di atasnya disebut incipient flood

point. Incipient flood point berhubungan dengan refluks rate, seperti diilustrasikan pada

gambar 3.9

Gambar 3.9 Definisi konsep incipent flood point

Incipient flood point seperti diilustrasikan pada gambar 2,9 merupakan titik dalam operasi

kolom dimana kenaikan atau penurunan refluks rate akan menyebabkan efisiensi

pemisahan turun. Kita dapat menyebutnya sebagai optimum reflux rate.

Hal-hal di atas merupakan karakteristik dari peralatan proses dimana kondisi operasi

terbaik dapat dicapai tidak pada beban uap dan liquid yang tinggi ataupun yang rendah.

Beban uap dan liquid yang menengah (intermediate) akan menghasilkan operasi yang

paling efisien yang disebut best efficiency point. Untuk tray kolom distillasi incipient

flood point berhubungan dengan best efficiency point.

3.5 Weeping

Weeping terjadi pada sieve tray, dimana liquid head yang berada pada plate sama dengan

tekanan yang bekerja pada plate. Pada kondisi ini liquid akan mulai mengalir menuju tray

di bawahnya melalui lubang-lubang perforasi. Weeping yang berlebihan disebut dumping.

49

Tray distilasi akan bekerja dengan efisien jika uap dan liquid berkontak dengan baik dalam

tray deck. Liquid harus mengalir secara merata sampai ke bagian ujung di sepanjang tray

deck, demikian juga uap harus dapat menghasilkan gelembung-gelembung yang merata

melalui lubang-lubang perforasi pada tray deck.

Aliran liquid yang tidak rata di sepanjang tray deck akan merusak campuran uap dan

liquid. Sebagai contoh misalkan separoh dari tray deck terdapat liquid yang stagnan, maka

gelembung-gelembung uap mengalir melewatinya tidak mampu mengubah komposisinya.

Sementara jika gelembung-gelembung uap mengalir melalui tray deck dimana liquid

mengalir dengan aktif, maka uap akan bercampur dengan flowing liquid tersebut. Liquid

yang mengalir akan membersihkan fraksi berat dari uap yang naik ke atas.

Gelembung-gelembung uap yang mengalir melalui tray deck dimana terdapat liquid yang

stagnan (aliran liquid sama dengan nol) juga akan bercampur dengan liquid. Namun

perumpamaannya seperti mencuci baju kotor ke dalam air yang kotor. Liquid yang stagnan

tidak mampu membersihkan fraksi-fraksi berat dari uap, karena liquid juga sudah jenuh

dengan fraksi berat.

Aliran liquid yang tidak rata bias disebabkan oleh tinggi outlet weir yang tidak sama.

Liquid akan cenderung mengalir melalui bagian yang lebih rendah. Sehingga bagian outlet

weir yang lebih tinggi akan cenderung menghasilkan liquid yang stagnan. Aliran

gelembung uap yang tidak rata ketika melewati tray deck juga akan cenderung

menghasilkan vapor-liquid channeling. Channeling merupakan salah satu penyebab tray

tidak bias menghasilkan fraksinasi dengan baik.

Tray pressure drop

Tray pressure drop merupakan jumlah dari dry tray pressure drop ditambah dengan

hydraulic tray pressure drop. Dry tray pressure drop merupakan pressure drop dari aliran

uap yang mengalir melalui lubang-lubang perforasi. Besarnya pressure drop harus

sebanding dengan berat liquid yang ada pada tray deck. Hal ini bertujuan supaya liquid

tidak bocor melalui lubang-lubang sieve. Hydraulic pressure drop merupakan berat liquid

yang ada di tray. Jika dry tray pressure drop lebih rendah daripada hydraulic tray pressure

drop maka tray akan mulai terjadi kebocoran atau weeping. Sebaliknya jika dry tray

50

pressure drop lebih besar daripada hydraulic tray pressure drop maka akan terjadi blow off

dan efisiensi tray akan turun.

3.6 Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi tray (weeping)

3..6.1 Kehilangan level di tray

Seperti diilustrasikan pada gambar 3.10, liquid akan terakumulasi pada sisi tray yang

paling rendah. Jika berat liquid pada sisi tray yang paling rendah menjadi lebih besar

melampaui dry tray pressure drop, maka liquid akan bocor melalui lubang-lubang pada

area tersebut. Sementara uap akan mengalir melalui sisi tray yang lebih tinggi, dimana

berat liquidnya lebih kecil. Fenomena seperti ini diistilahkan sebagai channeling, yang

merupakan salah satu faktor turunnya efisiensi tray.

Gambar 3.10 Kehilangan level di tray akibat achanneling

Alasan utama hilangnya level di tray adalah karena tray deck-nya bengkok atau

melengkung. Tray yang bengkok disebabkan oleh gelombang tekanan atau instalasi yang

buruk. Kemungkinan lain menara tidak benar-benar berdiri secara vertikal.

3.6.2 Kehilangan downcomer seal

Sebagaimana dijelaskan pada sub bab 3.2, untuk menciptakan downcomer sral setidaknya

ujung outlet weir harus 0,5 in lebih tinggi dibandingkan ujung bawah downcomer. Namun

seal ini akan efektif jika liquid senantiasa melampui tinggi outlet weir (overflow). Jika

mulai terjadi weeping liquid melalui tray deck, maka tidak ada lagi liquid yang mengalir di

atas weir, sehingga tinggi weir tidak lagi relevan. Gambar 3.11 menunjukkan akibat-akibat

dari kebocoran pada tray deck.

51

Gambar 3.11 Tray yang bengkok merusak downcomer seal

1. Tray deck 1 mulai kehilangan downcomer seal

2. Uap mengalir melalui downcomer antara tray deck 1 dan 2

3. Aliran liquid akan tertahan di tray deck 2

4. Dry tray pressure drop yang melewati tray deck 2 akan turun, karena aliran uap yang

melewati tray deck 2 rendah (sebagian aliran uap mengalir melalui downcomer)

5. Hydarulic tray pressure drop pada tray deck 2 meningkat karena liquid levelnya

meningkat.

6. Tray deck 2 mulai terjadi weeping, dimana weeping terkonsentrasi di bagian tray yang

paling rendah, bagian yang bengkok,

7. Tray nomor 2 sekarang sebagian besar uap mengalir melalui downcomer,

dibandingkan yang melalui tray deck, dan sebagian besar liquid bocor melalui tray

deck.

Hasil akhirnya adalah tray kehilangan kontak uap dan liquid sehingga efisiensi tray akan

turun.

52

3.7 Foaming

Foaming yang terjadi di dalam kolom fraksinasi atau absorpsi akan menurunkan kapasitas

secara drastis, mempercepat terjadinya flooding, liquid carryover dan solvent losses. Foam

terbentuk ketika gelembung-gelembung naik ke permukaan liquid dan tetap dalam bentuk

seperti itu, tanpa bergabung dengan gelembung yang lain dan tidak juga pecah menjadi

uap. Umur foam bervariasi dari beberapa detik hingga beberapa menit. Paling cepat foam

pecah dalam 5 detik, paling lama 2 – 3 menit. Untuk mencegah terjadinya foam digunakan

foam inhibitor. Salah satu jenis foam inhibitor yang banyak digunakan di distilasi dan

absorpsi adalah silikon.

53

BAB 4

PENGATURAN INLET DAN OUTLET TRAY KOLOM

4.1 Refluks dan Feed Inlet

Pertimbangan utama dalam menempatkan refluks dan intermediate feed pada tray column

adalah untuk mendapatkan hidraulika yang tepat di inlet area. Kesalahan dalam

penempatan keduanya dapat menyebabkan flooding, entrainment yang berlebihan dan

kerusakan mekanis.

4.1.1 Pengaturan top feed inlet dan refluks inlet

Gambar 4.1 menunjukkan beberapa metode pengaturan masuknya umpan pada tray bagian

puncak dan inlet refluks ke dalam kolom. Semua susunan tersebut bisa digunakan untuk

refluks liquid dan umpan yang masuk dari puncak kolom. Jika umpan mengandung

sejumlah uap, maka digunakan susunan b, d, e dan h. Susunan a, b, c, e dan f biasanya

lebih murah. Susunan d dan h digunakan jika inlet nozzle membentuk sudut lebih dari 0o.

Susunan a, d, h dan kadang-kadang g memiliki kelemahan, yaitu mudah terjadi weeping

pada tray di bawah inlet feed-nya. Susunan b, menghasilkan distribusi liquid yang paling

baik, dan orientasi inlet nozzle-nya bisa diatur lebih fleksibel. Susunan e, juga cukup

populer, karena harganya tidak terlalu mahal dan bisa menghindari terjadinya

ketidakstabilan hidraulika, serta meminimalkan inlet splashing. Bagian samping dan

bagian bawah baffle terbuka.

Tabel 4.1 Dimensi susunan top feed/reflux inlet

Gambar a b c d e f g h

Maksimum nozzle diameter, in 6 - - 6 - - 6 -

Pure liquid feed

Dimensi x, in Wd hd dn/2 >12 2dn dn/2 4 >12

Dimensi y, in 4–6 2dn - Wd 2dn 2dn Wd Wd

Dimensi z, in - dn - 4–6 dn 1,5dn - 4–6

Vapor/liquid feed NS NS NS NS

Dimensi x, in 2dn >12 2dn >12

Dimensi y, in 2dn Wd 2dn Wd

Dimensi z, in dn 4–6 2dn 4–6

54

Keterangan

dn = inlet diameter pipa, in

Wd = lebar downcomer, in

NS = not suitable, tidak tersedia

4.1.2 Pengaturan intermediate feed inlet

Gambar 4.2 menunjukkan metode-metode untuk mengatur masuknya umpan intermediate

ke dalam kolom. Tabel 4.2 menunjukkan rangkuman aplikasi yang sesuai untuk masing-

masing susunan.

Tabel 4.2 Pengaturan intermediate feed inlet

Susunan a b c d e f g h i j

Cold liquid feed Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes No

Vapor liquid feed No No No Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

Vapor feed No No No Yes Yes Yes Yes Yes No Yes

Hot feed No No No No No No Yes Yes Yes Yes

High velocity feed No No No No Yes Yes No Yes Yes Yes

High pressure application No No Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

Downcomer capacity crit. No No Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

Susunan a, hanya cocok digunakan untuk sub cooled liquid dan kecepatannya rendah. Jika

liquid mengandung sejumlah uap atau lebih panas daripada liquid di downcomer, maka

akan terjadi flashing dan kapasitas downcomer akan turun. Untuk susunan seperti ini harus

dihindari kondisi yang bisa menyebabkan kapasitas downcomer menjadi kritis, yang bisa

disebabkan oleh sistem dengan tekanan tinggi dan kecenderungan fouling yang tinggi

sehingga menurunkan kapasitas downcomer.

Susunan b sama seperti susunan a, hanya saja dapat menurunkan turbulensi yang

dihasilkan di dalam downcomer. Susunan c hanya cocok untuk umpan liquid dengan

kecepatan yang rendah. Jika umpan mengandung uap, maka dapat menyebabkan

entrainment lebih cepat terjadi. Susunan d sama dengan susunan c, hanya ada penambahan

channel baffle untuk mencegah impingement. Cocok untuk umpan yang menandung uap.

Baffle bisa berbentuk lurus atau agak melingkar, dengan bagian atas, bawah dan samping

terbuka.

55

Gam

bar 4

.1 S

usun

an to

p tr

ay fe

ed d

an in

let r

eflu

ks, d

imen

si x

, y d

an z

dapa

t dili

hat d

i tab

le

56

57

Susunan e sama seperti susunan d, tetapi ditambahkan plate di bawah nozzle sehingga

liquid mengalir ke bawah melalui kedua sisi plate. Hal ini dapat menurunkan kecepatan

umpan pada saat masuk ke dalam kolom, sehingga cocok digunakan untuk umpan yang

kecepatannya tinggi apakah dalam bentuk liquid atau uap.

Susunan f sama seperti susunan e, tetapi umpan masuk di atas downcomer. Susunan g

merupkan susunan yang optimum untuk kolom dengan panjang outlet weir kurang dari 5 ft.

Plate isolasi diperlukan di bagian luar dinding downcomer jika umpan masuk pada suhu

yang lebih tinggi daripada liquid di downcomer. Susunan h sama seperti g ditambahkan

wear plate diluar dinding downcomer dan horizontal impingement baffle di bawah nozzle

untuk mencegah entrainment. Direkomendasikan untuk umpan dengan kecepatan yang

tinggi.

Susunan i merupakan salah satu tipikal yang menggunakan distributor liquid.

Direkomendasikan untuk kolom dengan panjang weir lebih dari 5 ft. Susunan j digunakan

untuk umpan dengan kecepatan yang tinggi dengan uap berada dalam fase kontinyu dan

liquid dalam bentuk spray. Digunakan untuk umpan yang akan ter-flash pada saat

memasuki kolom dengan tekanan yang rendah. Contoh penggunaannya adalah pada kolom

distilasi atmosferik dan vakum.

Distributor umpan direkomendasikan untuk single pass tray dengan diameter yang besar.

Untuk multi pass tray direkomendasikan untuk menggunakan distributor umpan dan

refluks

4.1.3 Downcomer trapout dan chimney tray

Downcomer trapout terutama digunakan untuk partial liquid draw off dari tray kolom.

Downcomer trapout jarang meyediakan waktu tinggal yang cukup untuk pemisahan uap

dan liquid. Oleh karena itu di outlet kolom harus dilengkapi dengan venting. Downcomer

trapout harus di-seal untuk mencegah uap naik ke atas melalui downcomer. Downcomer

trapout ditunjukkan oleh gambar 4.3 (a)

Komponen alternatif selain downcomer trapout adalah chimney tray, seperti ditunjukkan

pada gambar 4.3 (b). Dalam packed tower, chimney tray juga digunakan sebagai liquid

collector atau distributor uap. Keuntungan pemakaian chimney tray adalah memberikan

58

waktu tinggal yang cukup untuk pemisahan uap dan liquid. Kelemahannya adalah

menambah ketinggian kolom dan menghasilkan pressure drop yang tinggi.

(a) Downcomer trapout (b) chimney tray Gambar 4.3 Downcomer trapout dan chimney tray

4.1.4 Vapor outlet

Pertimbangan utama pemasangan vapor outlet adalah untuk menghindari entrainment,

terbawanya butiran-butiran liquid ke dalam aliran uap yang meninggalkan kolom. Untuk

memisahkan butiran-butiran liquid yang terbawa aliran uap bisa menggunakan mist

elliminator yang dipasang diatas top tray atau dengan menggunakan knock out drum.

Sejumlah kecil liquid akan selalu dijumpai dalam vapor outlet. Liquid ini berasal dari

entrainment dari dalam kolom atau kondensasi pada kondisi atmosferik. Posisi vapor line

yang rendah cenderung menyebabkan liquid trap dan akumulasi liquid. Liquid yang

terakumulasi dapat menyebabkan backpressure pada kolom dan menyebabkan

ketidakstabilan proses, serta menyebabkan terbentuknya slug di peralatan-peralatan

setelahnya. Vapor outlet line harus dipasang miring terhadap kolom atau terhadap

downstream vessel.

4.2 Bagian dasar dan outlet kolom

Pertimbangan utama pengaturan bagian dasar dan outlet kolom adalah untuk mendapatkan

fase pemisahan yang diperlukan serta menjaga hidraulika kolom.

59

4.2.1 Bottom feed dan reboiler return inlet

Jarak antara tray paling bawah dengan level liquid merupakan potensi masalah yang utama

di dalam kolom distilasi. Beberapa masalah ini berhubungan dengan inlet dari reboiler

return. Di bawah ini adalah petunjuk penempatan bottom feed dan reboiler return inlet :

1. Bottom feed dan reboiler return inlet tidak boleh terendam di bawah level liquid. Uap

dapat blow up dan dapat mengangkat tray sehingga lepas dari supportingnya.

Disamping itu juga menyebabkan entrainment yang berlebihan dan mempercepat

terjadinya flooding. (lihat gambar 4.3)

2. Nozzle untuk bottom feed dan reboiler return inlet tidak boleh terlalu dekat dengan

maksimum liquid level. Jarak antara nozzle dengan maximum liquid level minimal 12

in. Hal ini untuk menghindari turbulensi liquid, dan entrainment uap yang naik ke atas.

3. Aliran bottom feed dan reboiler return tidak boleh membentur permukaan liquid di

bagian dasar. (lihat gambar 4.4)

4. Aliran bottom feed dan reboiler return tidak boleh membentur bottom seal pan, seal

pan overflow, atau bottom downcomer. Karena akan menyebabkan entrainment

menuju ke bottom tray, menyebabkan penguapan, mempercepat terjadinya flooding,

terutama jika umpannya superheated.

5. Reboiler return atau bottom feed nozzle harus ditempatkan setidaknya 15 – 18 in di

bawah tray.

6. Bagian dinding yang menghadap langsung dengan bottom feed atau reboiler return

sering terkorosi atau tererosi. Untuk mencegahnya bisa dengan menambahkan

chemical anti korosi (untuk kolom yang kecil) atau menambahkan impingement plate

(pelat untuk menahan benturan) pada dinding sebagai pelindung dari korosi ataupun

erosi.

7. Geometri bottom feed atau reboiler return jangan sampai membentuk pola aliran atau

kecepatan tangensial, karena akan menghasilkan vortex.

4.2.2 Bottom feed dan reboiler return sparger

Sparger digunakan jika umpan (bottom feed) dalam fase uap masuk ke dalam kolom di

bawah permukaan bottom liquid. Sparger adalah pipa yang diperforasi sehingga

memungkinkan uap masuk ke dalam liquid dalam bentuk gelembung-gelembung dan

menghindari terjadinya slug. Penempatan sparger ditunjukkan pada gambar 4.5

60

(a) (b) Gambar 4.3 Good and bad practice untuk pengaturan reboiler return dan bottom feed :

(a) bad practice dan harus dihindari; (b) good practice

Gambar 4.4 Praktek yang harus dihindari dalam pengaturan bottom feed

4.2.3 Waktu tinggal (residence time)

Waktu tinggal yang cukup diperlukan untuk menghindari supaya jangan ada uap yang

terbawa ke aliran liquid. Di bawah ini adalah alasan-alasan kenapa kita harus menyediakan

waktu tinggal yang cukup di dalam liquid draw off sump.

1. Untuk mengeluarkan uap yang masih terdapat dalam sump liquid. Gelembung-

gelembung uap yang terbawa pada liquid draw off bisa menyebabkan kavitasi pada

pompa di bagian hilir.

2. Sebagai buffer bagi peralatan di bagian hilir jika terjadi fluktuasi di dalam kolom

3. Memberikan kesempatan bagi operator untuk melakukan tindakan koreksi jika terjadi

kegagalan (pompa trip, kehilangan level terlalu cepat, dll)

4. Menyediakan waktu settling yang cukup jika ada dua fase liquid yang harus

dipisahkan seperti hidrokarbon dan air.

61

Gambar 4.5 Bottom feed sparger (a) Submerged ; (b) vapor space

62

4.2.4 Pengaturan bagian dasar kolom

Terdapat tiga mode pengaturan di bagian dasar kolom :

1. Pengaturan tanpa baffle (unbaffled arrangement). Produk di bagian bottom dengan

reboiler liquid ditarik dari bottom sump yang utama (gambar 4.6 a)

2. Pengaturan dengan baffle (baffled arrangement). Bagian dasar kolom dibagi menjadi

dua yaitu draw off bottom sump dan reboiler bottom sump dengan menggunakan

preferential baffle. (gambar 4.6 b)

3. Pengaturan once through reboiler. Dimana cairan reboiler ditarik dari bagian bawah

downcomer atau dari chimney tray yang terletak di atas bottom sump. (gambar 4.6 c)

(a) unbaffled arrangement (b) baffled arrangement

Gambar 4.6 Pola-pola pengaturan yang umum digunakan untuk bottom column

(c) Once through thermosyphone reboiler

63

Unbaffled arrangement memiliki keuntungan yaitu kemudahan dalam instalasi, konstruksi,

inspeksi atau maintenance serta biaya yang rendah. Disarankan untuk digunakan di :

1. Kolom yang berukuran kecil (diameter < 3 ft) dimana baffle lebih sulit diinspeksi atau

pemeliharaannya.

2. Kettle reboiler karena bottom product ditarik dari reboiler surge compartment bukan

dari column bottom sump.

3. Forced circulation reboiler, karena laju sirkulasinya besar, sehingga tidak mungkin

dicapai kalau bagian dasar kolom menggunakan baffle.

4. Kolom dengan internal reboiler

5. Untuk service dimana umpan lebih banyak mengandung komponen ringan, dan residu

hanya terdapat dalam jumlah kecil, sehingga dapat menghindari akumulasi residu di

reboiler loop dan menghindari penipisan material karena waktu tinggal yang terlalu

lama

6. Packed kolom

Baffled atau once through arrangement disarankan untuk digunakan di thermosiphon

reboiler yang berada dalam kolom yang besar (diameter > 3ft). Pengaturan seperti ini

dapat mensuplai liquid head yang konstan menuju reboiler serta memaksimalkan bottom

sump residence time sehingga pemisahan dengan uap lebih baik.

4.2.5 Outlet dasar kolom

Pertimbangan utama pengaturan bottom outlet adalah untuk mendapatkan fase pemisahan

uap dan liquid yang sesuai serta memberikan kapasitas penampungan yang diperlukan.

Keberadaan surge drum, chimney tray dan bottom sump biasanya didesain untuk

menghindari adanya uap di dalam liquid outlet. Sebaliknya downcomer trapout didesain

supaya terdapat sejumlah uap di dalam liquid.

Keberadaan uap di dalam liquid outlet dapat menyebabkan terjadinya erosi, korosi,

ketidakstabilan kolom, dan kavitasi pada pompa, beberapa penyebab utama keberadaan

liquid di dalam liquid outlet lines adalah :

1. Waktu tinggal yang tidak cukup

2. Frothing, disebabkan oleh jatuhnya liquid pada permukaan liquid pada sump atau draw

pan. Frothing lebih banyak terjadi di tray kolom daripada di packed kolom (dalam

packed kolom liquid jatuh seperti hujan rintik-rintik)

64

3. Vortexing, disebabkan karena gerakan melingkar yang intensif, pada saat liquid keluar

dari kolom. Vortexing dapat memicu entrainment uap menuju draw off line. Untuk

mencegah terjadinya vortex dapat dipasang vortex breaker.

4.3 Koneksi instrumentasi

Informasi yang disuplai dari peralatan instrumentasi merupakan hal yang vital dalam

pengaturan kolom dan kondisi operasi. Kesalahan informasi menyebabkan operator salah

dalam mengambil tindakan, sehingga bisa terjadi sejumlah masalah dalam operasi kolom.

Di bawah ini adalah pertimbangan-pertimbangan utama dalam koneksi instrumentasi :

1. Koneksi harus ditempatkan di lokasi dimana pengukuran yang diinginkan dapat dibaca

dengan tepat. Sebagai contoh jika ingin mengetahui suhu liquid, maka koneksi alat

ukur harus ditempatkan di dekat lantai tray atau downcomer bukan di vapor space.

2. Koneksi harus kompatibel dengan peralatan instrumentasi dan memungkinkan impulse

line bisa dipasang dengan tepat. Pemasangan impulse line pipe yang tidak sempurna

akan menimbulkan masalah instrumentasi

3. fluida yang mengalir tidak boleh membentur transmitter dan koneksinya. Benturan

akan menghasilkan pembacaan yang tidak tepat dan juga kerusakan peralatan

instrumentasi

4. Instrumen harus mudah diakses untuk keperluan operasi dan maintenance.

5. Koneksi intrumentasi tidak boleh terlalu kecil sehingga mudah dibongkar pasang. Pada

umumnya digunakan koneksi berukuran 1 – 2 in

6. Pipa instrumentasi harus diusahakan sependek mungkin dan tidak terdapat elbow

ataupun bend.

7. Hindari jangan sampai terjadi vibrasi, vibrasi pada transmitter bisa menyebabkan

bautnya kendur dan sinyalnya menjadi tidak menentu.

8. Segala kemungkinan terjadinya pembekuan liquid di impulse line harus dicegah,

terutama di lokasi dimana temperatur ambient jatuh di bawah titik beku air.

9. Jika koneksi instrumentasi dipurging dengan gas inert, sumber gas dan tekanannya

harus dijaga. Jika tekanan purge gas jatuh, maka akan terjadi aliran balik liquid dari

dalam kolom, dan menyebabkan plugging, indikasi yang keliru dan bahaya lain. Gas

purging harus bebas dari solid, karena dapat mem-block orifice.

10. Jika koneksi instrumentasi dipurging dengan gas inert, di overhead condensor dipasang

venting untuk mencegah gas blanketing.

65

Gambar 4.7 Pengaturan pipa untuk level glass. (a) Lokasi glass yang tepat. (b) glass di

bawah nozzle bagian bawah. (c) glass di atas nozzle bagian atas.

4.4 Koneksi untuk sampling

Koneksi sampling harus dipastikan supaya fluida yang keluar dari koneksi dan masuk ke

dalam analyzer berada dalam fase yang diinginkan. Terutama untuk fase uap, sampel tidak

boleh mengandung butiran-butiran liquid pada saat meninggalkan kolom. Penguapan

liquid dapat menyebabkan kenaikan volume sampel dan menyebabkan analisa yang keliru.

Pertimbangan lain dalam penempatan koneksi sampling adalah supaya bisa mendapatkan

hasil sampling yang representative.

4.5 Manhole

Manhole digunakan sebagai pintu masuk / akses ke dalam kolom. Biasanya dipasang pada

kolom yang memiliki jumlah tray sebanyak 10 – 20 tray. Jika prosesnya bersih dan tidak

korosif, maka untuk setiap 30 tray cukup dipasang 1 manhole. Jika proses cleaning harus

sering dilakukan maka jumlah manhole bisa lebih banyak, sehingga pada saat

membersihkan tray memungkinkan untuk dilakukan oleh lebih banyak kru. Untuk kolom

dengan diameter kecil sebaiknya digunakan cartridge tray.

Pada packed kolom manhole diposisikan sehingga memungkinkan distributor,

redistributor dan peralatan internal lainnya bisa diakses dengan mudah. Biasanya manhole

ditempatkan di atas bed support plate atau diatas top distributor dan pada bottom kolom.

Penempatan manhole di atas support plate juga memungkinkan untuk mengambil packing

dari bed di atasnya.

66

Untuk packed kolom dengan diameter yang kecil (< 3 ft) biasanya handhole dan flange

connection yang digunakan sebagai akses. Handhole memiliki diameter 8 – 14 in dan

ditempatkan dalam posisi yang sama dengan manhole pada kolom yang besar. Namun

akses dengan menggunakan handhole terbatas, biasanya hanya digunakan untuk

maintenance kecil. Dalam banyak kasus biasanya untuk akses ke dalam kolom

menggunakan flange yang ditempatkan di dekat top distributor dan di bawah support plate.

Diameter manhole biasanya berkisar dari 16 – 24 in. Jika untuk membersihkan tray bisa

dilakukan di dalam kolom, tanpa perlu melepasnya, maka jumlah manhole bisa dikurangi.

Jika memungkinkan seluruh manhole dipasang dengan arah/orientasi yang sama. Untuk

meminimalkan kerusakan di bagian internal kolom, manhole jangan dipasang di lokasi

downcomer seal

4.6 Gravity refluks

Pada kolom yang tidak terlalu besar overhead kondensor biasanya dipasang di atas kolom,

dan refluks mengalir menuju kolom secara gravitasi. Refluks drum atau refluks control

valve seringkali diabaikan. Kadang-kadang bagian bawah kondensor digunakan sebagai

tempat penampungan liquid. Di bawah ini merupakan beberapa hal yang perlu

dipertimbangkan dalam pengaturan gravity refluks

1. Uap dapat mengalir dari dalam kolom melalui refluks line dan melawan aliran refluks

turun ke bawah. Seal loop hampir selalu digunakan untuk menghindari terjadinya

aliran balik (gambar 4.7). Titik terendah pada seal loop biasanya untuk drain.

2. Sebaiknya menempatkan bagian bawah seal loop pada ketinggian yang lebih rendah

daripada outlet rim pipa refluks. Hal ini untuk menghindari supaya liquid di seal loop

tidak tersedot masuk ke dalam kolom.(gambar 4.7 a, b, d). Konfigurasi c dan e tidak

aman kecuali kalau dipasang vent di atasnya.

67

Gambar 4.8 Pengaturan gravity refluks

68

BAB 5

PACKED COLUMN

5.1 Bagian-bagian packed kolom

Packed kolom merupakan bejana tekan yang berbentuk vertikal, silindrikal yang terdiri

dari satu atau lebih bagian-bagian yang berupa packing material. Pada system uap-liquid,

cairan akan mengalir ke bawah melalui permukaan packing karena pengaruh gravitasi

dalam bentuk film atau atau tetesan-tetesan. Sebaliknya, uap mengalir keatas melalui

packing yang telah terbasahi (wetted packing) sehingga terjadi kontak dengan liquid dan

memfasilitasi terjadinya perpindahan massa dari uap ke liquid.

Packed kolom digunakan sebagai peralatan kontak system uap-liquid dan system liquid-

liquid. Distilasi, disamping menggunakan tray column, dapat juga dilakukan dengan

menggunakan packed column yang diisi dengan packing. Hal yang sama juga dilakukan

untuk unit operasi lainnya seperti absorpsi gas, ataupun ekstraksi liquid-liquid. Pada

dasarnya unit packed column terdiri dari :

− Shell (badan bejana)

− Packing (alat-kontak uap-liquid atau liquid-liquid)

− Packing support

− Liquid distributor

− Intermediate support dan redistributor

− Nozzle untuk inlet dan outlet gas dan liquid

Tipikal packed tower dapat dan bagian-bagiannya dapat dilihat pada gambar 5.1 di bawah

ini. Beberapa aspek mekanik dari konstruksi dan rangkaian kolom akan mempengaruhi

performa kolom. Efisiensi packed kolom akan turun jika :

− Distribusi liquid yang buruk

− Entrainment butiran-butiran liquid

− Distribusi gas yang tidak merata

− Pressure drop yang berlebihan

− Packing tidak terbasahi dengan sempurna

69

Gambar 5.1 Tipikal packed column

70

5.1.1 Packing

Packing merupakan jantung dari packed kolom. Packing tersedia dalam berbagai bentuk

yang berbeda. Pada umumnya packing dibedakan menjadi dua tipe yaitu random packing

dan struktur packing. Pemilihan packing secara tepat memerlukan pemahaman

karakteristik operasional yang dihasilkan dari berbagai jenis packing yang berbeda.

Karakteristik packing biasanya ditinjau dari dua hal yakni : pressure drop yang dihasilkan

dan perpindahan massa diantara fase-fase yang berkontak.

Kriteria pemilihan packing sebagai berikut :

1. Ketahanan terhadap chemical, panas dan gaya-gaya mekanis

2. Penggunaan dalam jangka waktu yang lama

3. Kapasitas hidraulik

4. Wettability

5. Pressure drop

6. Berat

7. Biaya

8. Transfer massa

9. Kecenderungan terjadinya polusi.

10. Kemampuan menyeimbangkan distribusi fase

Packing bisa terbuat dari logam (metal), keramik ataupun plastik. Metal packing paling

banyak digunakan. Packing jenis ini memiliki kekuatan mekanik dan koefisien elastisitas

yang tinggi, dinding packing bisa lebih tipis dibandingkan jenis packing yang terbuat dari

material lainnya. Dibandingkan dengan packing keramik, metal packing lebih sukar pecah,

namun lebih mudah terkorosi.

Packing keramik memiliki resistansi kimiawi yang bagus, bahkan terhadap zat-zat asam

organic maupun anorganik (kecuali HF). Memiliki ketahanan thermal sampai dengan

1800oC. Kelemahannya adalah mudah pecah atau remuk, serta mudah mengalami abrasi.

Material keramik merupakan campuran dari clay (kaolin), flux material (feldspar), dan

quartz. Masing-masing material memiliki pengaruh yang berbeda terhadap aspek thermal

ataupun kimia dari keramik. Flux material berfungsi untuk soldifikasi selama proses

pembakaran material serta memperbaiki suhu pelelehan. Quartz berfungsi untuk

71

meningkatkan rongga-rongga (fraksi ruang kosong, ε), dan stabilitas terhadap perubahan

panas. Clay berfungsi untuk memperbaiki stabilitas thermal dan supaya lebih mudah

dibentuk.

Material yang sering digunakan adalah stoneware, yang memiliki ketahanan yang baik

terhadap material-material yang bersifat asam dan basa pada suhu tinggi. Material lainnya

adalah porcelain, yang memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap basa namun memiliki

berat yang lebih tinggi dibandingkan stoneware.

Plastik packing memiliki sifat densitas yang lebih rendah, viskositas yang tinggi dan

koefisien elastisitas yang lebih rendah. Kelemahannya memiliki stabilitas thermal yang

rendah, serta usia pemakaian yang sebentar. Plastic memiliki berat yang lebih ringan

dibandingkan material packing yang lain, sehingga beban kolom menjadi lebih rendah.

Material plastic yang paling banyak digunakan untuk packing adalah polypropilena (PP)

yang memiliki suhu kerja sampai dengan 120oC serta memiliki ketahanan yang baik

terhadap asam dan pelarut organic yang lain. Polyethylena (PE) yang memiliki ketahanan

suhu sampai dengan 80oC. Polyvinilchloride (PVC) memiliki ketahanan terhadap basa dan

chlorine serta dapat digunakan sampai dengan suhu 60oC. Polyvinildenefluorida (PVDF)

memiliki ketahanan suhu sampai dengan 140oC.

Tabel 5.1 menunjukkan perbandingan ketahanan material penyusun packing terhadap

media dan suhu.

Desain packing

Pada dasarnya terdapat dua tipe desain packing, yaitu : random packing dan structured

packing. Namun dalam perkembangannya seringkali ditambahkan jenis packing yang

ketiga yaitu grid packing.

1. Random packing

Packing yang penyusunannya di dalam kolom (packed bed) diletakkan secara acak.

Masing-masing packing, secara individual, memiliki bentuk dan geometri yang seragam.

Pada mulanya terdapat dua bentuk dasar random packing yaitu : bentuk saddle dan ring.

72

Dalam perkembangannya kedua bentuk dasar ini mengalami modifikasi bentuk dan

ukuran. Saat ini terdapat banyak variasi random packing, Sebagian besar penulis

mengklasifikasikan random packing ke dalam tiga generasi :

Generasi pertama : jenis raschig ring dan berl saddle (gambar 5.2), masih digunakan

sampai sekaran karena harganya yang murah.

Lanjut halaman …

Tabel 5.1 Perbandingan stabilitas material

Keterangan : A : media tidak berpengaruh B : stabilitasnya bagus C : menurun D : penggunaan tidak direkomendasikan Angka-angka yang termuat dalam table menunjukkan batasan suhu operasi tertinggi dalam oC, untuk proses-proses kontinyu.

73

Generasi kedua : variasi dari generasi pertama, namun memiliki surface area yang lebih

besar, sehingga bentuk lebih rumit. Contohnya : Intalox saddle (Norton), Hy pak & pall

ring (gambar 5.3)

Generasi ketiga : terdapat banyak variasi biasanya terbuat dari logam atau plastic.

Dikarakterisasi dengan porositas yang lebih besar dibandingkan dua sebelumnya.

Contohnya : intalox, cascade miniring, chempak, nutter ring dll.

Gambar 5.2 Beberapa tipe random packing generasi pertama

Gambar 5.3 Beberapa tipe random packing generasi kedua

74

Gambar 5.4 Beberapa tipe random packing generasi ketiga

Random packing biasanya memiliki diameter 1–3.5 in. Pada umumnya semakin besar

ukuran packing efisiensi perpindahan massa dan pressure dropnya akan turun.

Berdasarkan korelasi ini, kolom dengan diameter tertentu, ukuran packing yang optimal

dapat dicapai dengan mengkompromikan antara pressure drop yang rendah dan laju

perpindahan massa yang tinggi. Rule of thumb yang harus dipertimbangkan untuk

memilih diameter packing adalah kurang dari 1/8 diameter kolom, sehingga dapat

meminimalisir liquid channeling.

Karakteristik utama random packing adalah luas spesifik (specific area, ap) dan fraksi

ruang kosong (void fraction, ε). Packing factor, Fp = ap/ε3, biasanya digunakan untuk

membandingkan berbagai jenis random packing

75

2. Structured packing

Struktur packing adalah packing yang dibuat dalam bentuk modul-modul yang memiliki

pola geometri tertentu, seperti grid atau wire mesh. Proses pembuatannya bisa berasal dari

lembaran-lembaran logam yang tipis atau kawat yang dicrimping, dibending, dirolling dsb.

Beberapa jenis structured packing menggunakan material plastic, tetapi dipilih yang

memiliki ketahanan terhadap service fluida tertentu.

Salah satu jenis structured packing modern yang paling awal digunakan adalah panapak

packing (nama dagang Pan America Refining Corporation). Packing jenis ini terbuat dari

beberapa lapisan lembaran logam yang dibikin bergelombang dan dirangkai menjadi satu,

dan memiliki struktur seperti sarang madu. Beberapa perusahaan manufaktur seperti

Sulzer, Goodloe, Koch, Glitsch, Nutter membuat struktur packing dari lembaran logam

yang tipis yang diperforasi dengan lubang-lubang yang kecil, dibuat bergelombang atau

dilipat-lipat. Packing dirangkai dalam bentuk silinder atau seperti pipa yang disusun

parallel dan mengisi penuh kolom (packed bed) pada saat ditegakkan.

Ruang antara lembaran-lembaran logam yang bergelombang digunakan sebagai tempat

kontak antara uap dan liquid. Berbagai tipe struktur packing dapat dilihat pada gambar 5.5.

s.d 5.7

Gambar 5.5 Intalox structured packing, Koch-Glitsch

76

(a)

(b)

(c)

Gambar 5.6 Flexipac structured packing

Gambar 5.7 Pencampuran liquid dan gas di dalam Koch-Glitsch packing

77

Gambar 5.8 Koch ceramic – flexiramic Koch structured packing

Gambar 5.9 Instalasi ceramic – flexiramic structured packing

Gambar 5.10 York twist structured tower packing

78

Gambar 5.11 ACS Knitted mesh structured packing

(a) Mellapak dari plastic

(b) Mellacarbon – karbon murni

(c) Mellagrid

Gambar 5.12 Structured packing produksi Sulzer Chemtech

79

3. Grid

Grid biasanya terbuat dari logam, dikembangkan dari prinsip wooden grid yang digunakan

pada cooling tower. Proses manufaktur sama seperti struktur packing. Karakteristik utama

dari packing tipe ini adalah pressure drop yang lebih rendah, kapasitas yang lebih besar,

porsi ruang kosong yang lebih besar serta memberikan toleransi jika ada padatan di dalam

liquid.

Gambar 5.13 Nutter Snap Grid, Grid packing dengan kapasitas yang besar yang

dilengkapi dengan interlock diantara strukturnya.

Gambar 5.14 Intalox grid type packing, Norton chemical process co., memiliki efisiensi

yang lebih tinggi dibandingkan struktur packing dan random packing.

80

Gambar 5.15 Flexigrid produksi Koch engineering

Gambar 5.16 EF-25 A grid yang digunakan untuk proses coking, produksi Glitsch

5.1.2 Packing support

Packing support memiliki beberapa fungsi sebagai berikut :

1. Menyangga packed bed.

2. Memiliki open area yang cukup sehingga memungkinkan uap dan liquid mengalir

tanpa hambatan

3. Menghindari bagian-bagian packing jatuh ke bawah.

Berat yang disangga oleh packing support adalah berat dari packed di atasnya ditambah

dengan berat liquid yang membasahinya. Open area pada packing support yang modern

berkisar antara 70 – 100 % dari luas penampang kolom. Besarnya open area tergantung

81

pada material konstruksi dan diameter kolom. Beberapa desain yang menggunakan

material keramik, karbon dan plastic memiliki open area yang lebih kecil dari 65%. Open

area packing support yang terlalu kecil dapat menyebabkan bottleneck kapasitas kolom.

Untuk menghindari terjadinya migrasi bagian-bagian packing ke bawah, bukaan support

harus lebih kecil daripada ukuran packing. Untuk bukaan yang berbentuk lingkaran,

direkomendasikan ukuran lubang ½ in.

Tinggi packing per support plate tidak boleh lebih dari 12 ft untuk jenis raschig ring, dan

15 – 20 ft untuk jenis yang lain. Beberapa tipe packing support yang utama :

1. Gas injection support plate.

Memiliki bukaan uap dan liquid yang terpisah. Uap naik melalui bukaan yang terdapat di

bagian sisi miring support plate, sedangkan liquid mengalir ke bawah melalui lubang-

lubang yang ada di bagian dasar. Hal ini dapat menghindari terjadinya build up hydrostatic

head.

(a) Tipikal support plate – Sulzer Chemtech

Gambar 5.17 Gas injection support plate

(b) Tipikal plate - Norton Chemical

(c) ceramic plate - Norton Chemical

82

2. Grid support.

Grid support terdiri dari batangan-batangan yang disusun vertikal pada satu atau dua

bidang yang berbeda. Grid support (untuk aplikasi keramik) memiliki performa yang baik

sebagaimana gas injection support.

Grid support lebih murah dibandingkan gas injection support. Open area yang dimiliki

sebesar 70 % jika terbuat dari keramik dan 95% jika terbuat dari logam. Grid support

umumnya digunakan untuk structured packing.

Gambar 5.18 Ceramic grid support plate – Norton Chemical

83

(a) (b)

Gambar 5.19 (a) Tipikal susunan cros partition ring; (b) tipikal susunan Norton Grid Block; Norton Chemical

3. Corrugated support.

Corrugated support digunakan untuk menyangga beban yang tidak terlalu berat (tipikal

beban sampai dengan 450 lb/ft2) pada kolom dengan diameter yang kecil. Open area relatif

kecil, yaitu sekitar 80%. Penggunaannya terbatas pada beban uap dan liquid yang rendah

Gambar 5.20 Corrugated support

5.1.3 Liquid distributor

Distribusi liquid memainkan peranan penting dalam operasi packed kolom. Packing yang

bagus dapat turun efisiensinya jika distribusi liquidnya buruk. Distribusi yang buruk akan

menurunkan jumlah luasan packing yang terbasahi (wetted area) dan mempercepat

terjadinya liquid channeling.

84

Liquid distributor diperlukan di semua titik pada packed kolom dimana terdapat aliran

liquid dari luar. Terdapat dua tipe liquid distributor :

1. Gravity fed distributor : distribusi liquid dari distributor menuju packing berdasarkan

prinsip gravitasi. Merupakan jenis distributor yang paling banyak digunakan. Tipikal

gravity fed distributor ditunjukkan pada gambar 5.21 s.d. 5.24

2. Pressure fed distributor : distribusi liquid ke dalam packing dibantu dengan tekanan.

Digunakan jika tinggi kolom terbatas. Tipikal pressure fed distributor diantaranya

adalah : (a) ladder tipe dengan lengan yang berupa pipa-pipa dan di dalamnya terdapat

liquid metering orifice, (b) spray nozzle distributor. (gambar 5.25 – 5.26)

Liquid harus didistribusikan secara seragam untuk mendapatkan efisiensi packed bed yang

maksimum. Jika umpan yang masuk berupa campuran fase uap dan liquid, maka

diperlukan peralatan tambahan untuk memisahkan uap dan liquid untuk menghindari

terjadinya turbulensi di dalam liquid distributor.

Gambar 5.21 Orifice deck liquid distributor (Norton Chemical)

Gambar 5.22 Orifice pan liquid distributor (Norton Chemical)

85

Gambar 5.23 Weir trough liquid distributor (Norton Chemical)

Gambar 5.24 Koch-sulzer trough liquid distributor (MDP) untuk kolom dengan diameter

besar dan struktur packing (Sulzer Chemtech)

Gambar 5.25 Orifice ladder liquid distributor (Norton Chemical)

86

Gambar 5.26 Spray nozzle liquid distributor (Norton Chemical)

Spray nozzle biasanya tidak digunakan untuk distribusi liquid di dalam kolom distilasi

ataupun absorpsi. Penggunaannya biasanya terbatas pada operasi perpindahan panas,

dimana liquid entrainment dari bagian atas bed tidak terjadi.

5.1.4 Liquid redistributor

Liquid redistributor diperlukan untuk mendapatkan kembali aliran liquid yang seragam di

setiap bed. Liquid yang mengalir ke bawah melewati packing dan dinding kolom akan

didistribusikan kembali setiap kedalaman bed atau sekitar tiga kali diameter kolom untuk

raschig ring packing dan 5 – 10 kali diameter kolom untuk saddle packing. Liquid

redistributor beroperasi seperti gravity fed distributor. Antara liquid redistributor dengan

dinding kolom diberi seal untuk mencegah liquid mengalir melalui sela-sela sambungan.

Gambar 5.27 Orifice deck liquid redistributor (Norton Chemical)

87

5.1.5 Wall wiper

Wall wiper pada liquid redistributor berguna untuk menurunkan efek bypass liquid yang

mengalir melewati dinding pada kolom dengan diameter kecil. Wall wiper tidak begitu

bermanfaat pada kolom dengan diameter yang lebih besar dari 4 ft.

Gambar 5.28 ”Rosette” Wall wiper (Norton Chemical)

5.1.6 Liquid collector

Liquid yang mengalir turun ke bagian bawah kolom kadang-kadang harus ditahan terlebih

dahulu, selanjutnya akan didistribusikan kembali menuju bagian yang berada di bawahnya,

sehingga diperoleh aliran liquid yang seragam.

Gambar 5.29 Liquid collector plate (Norton Chemical)

5.1.7 Hold down plate dan bed limiter

Hold down plate biasanya digunakan bersama-sama dengan keramik atau karbon random

packing untuk mencegah fluidisasi dan menghambat pergerakan packing yang mungkin

88

bisa menyebabkan packing menjadi rusak. Hold down plate diletakkan langsung di atas

packing. Biasanya digunakan untuk menahan packing dengan ketinggian 5 ft.

Untuk mencegah fluidisasi random packing yang terbuat dari plastik atau logam

digunakan bed limiter. Bed limiter tidak diletakkan di atas packing tetapi dipasang pada

dinding kolom dengan support ring atau dibaut. Hal ini untuk menghindari terjadinya

kompresi pada plastik atau hancurnya logam.

Gambar 5.30 Hold down plate (Koch Engineering Company)

Gambar 5.31 Bed limiter (Koch Engineering Company)

Packed kolom yang tidak dilengkapi dengan hold down plate atau bed limiter, packing

yang berada di dalam bed dapat terangkat dan terbawa oleh aliran gas sehingga dapat

menyebabkan kerusakan intenal kolom.

5.2 Pemasangan packing

5.2.1 Ditumpuk (stacked)

Packing ditumpuk atau ditata dengan tangan, sehingga memakan waktu dan biaya.

Instalasi packing seperti ini biasanya dihindari kecuali di lapisan bagian bawah yang dekat

dengan supporting. Liquid yang didistribusikan melalui stacked packing biasanya lurus ke

bawah melewati packing, dan hanya sedikit liquid yang mengalir secara horisontal.

Contoh stacked packing dapat dilihat pada gambar 5.32

89

Gambar 5.32 Stacked packing – square pattern

Gambar 5.33 Stacked packing – diamond pattern

Gambar 5.34 Stacked packing – packing assembly

90

5.2.2 Dituang (dumped)

Dumping adalah metode pemasangan packing yang paling umum digunakan. Salah satu

perusahaan manufaktur menyarankan pada saat loading packing tipe ceramic ring

menggunakan lembaran logam yang dibentuk kerucut di bagian ujungnya. Hal ini

dipercaya dapat menurunkan potensi liquid channeling

91

BAB 6

PRINSIP KERJA PACKED TOWER

6.1 Bagaimana packed tower bekerja

Packed tower yang pertama kali digunakan adalah raschig ring, silinder keramik yang

berlubang dengan diameter luar 1 inchi, diameter dalam 0,75 inchi dan panjang 1 inchi.

Packing yang berada dalam bentuk susunan, disebut struktur packing. Packing jenis ini

terbuat dari lembaran logam yang diberi alur atau diberi lubang-lubang dengan ukuran

lubang yang kecil dan antara lembaran yang satu dengan yang lain disatukan dengan

pengait tipis. Jenis logam yang dipilih biasanya 316 stainless steel. Dua fitur utama untuk

mendapatkan pemisahan yang maksimal di dalam packed bed adalah :

1. Open area : persentase rata-rata luas penampang di dalam packed tower yang tidak

diblok oleh packing dan meningkatkan kecepatan aliran uap dan liquid.

2. Wetted surface area : jumlah total ft2 permukaan packing yang tersedia untuk kontak

uap dan liquid per ft3 volume tower.

Semakin besar open area packing semakin besar kapasitas tower. Semakin besar wetted

surface area packing, semakin besar efisiensi pemisahan tower. Sebagai contoh packing

yang terdiri dari ruang kosong akan meningkatkan kapasitas tetapi menutunkan efisiensi

pemisahan. Packing yang berupa butiran-butiran lembut seperti pasir memiliki efisiensi

pemisahan yang tinggi tetapi kapasitasnya sangat rendah. Sehingga pemilihan pcking

untuk kolom harus mengkomporomikan antara open area yang maksimal dan wetted

surface area yang maksimal.

Struktur packing memiliki 50% open area dan dibandingkan raschig ring dan dua sampai

tiga kali wetted surface area, sehingga struktur packing telah banyak menggantikan

sebagian besar packing yang berbentuk ring di dalam banyak packed tower.

Di berbagai jenis packed tower liquid atau internal reflux drip melewati packing dalam

bentuk film cairan yang tipis di permukaan packing. Uap akan mengalir ke atas melewati

packing dan melakukan pertukaran panas dan molekul dengan permukaan film liquid yang

tipis di permukaan packing.

92

Di dalam tray tower kontak antara uap dan liquid hanya terjadi di atas tray deck. Setinggi

5 atau 6 in dan sebagian besar volume kolom tidak digunakan untuk pertukaran panas

ataupun massa antara uap dan liquid. Di dalam packed tower hampir seluruh volume

packed digunakan untuk kontak antara uap dan liquid.

Di dalam tray tower area yang digunakan untuk mengalirkan liquid dari tray di bagian atas

menuju tray di bawahnya (downcomer) tidak digunakan sebagai tempat untuk

mengalirnya uap. Di dalam packed tower seluruh area yang ada di dalam tower digunakan

untuk tempat mengalirnya uap. Hal ini yang membuat packing terlihat superior

dibandingkan tray, meskipun hal ini tidak sepenuhnya benar.

6.2 Distribusi liquid

Setiap tray yang terdapat di dalam kolom juga berfungsi sebagai redisitribuor uap dan

liquid. Lubang-lubang yang ada di dalam tray deck berfungsi untuk mendistribusikan

kembali uap yang mengalir menuju ke puncak kolom. Outlet weir atau lebih tepatnya level

liquid yang mengalir melewati puncak weir, akan memberikan gaya supaya liquid

mengalir secara merata di atas permukaan tray. Meskipun tinggi tray tidak rata dan aliran

liquid mengalami distorsi pada tray tertentu, liquid akan didistribusikan kembali dengan

tepat pada tray di sebelumnya.

Sebaliknya packing tidak berfungsi untuk mendistribusikan kembali liquid atau internal

refluks. Meskipun distribusi internal refluksnya berlangsung dengan baik, distribusi aliran

liquid yang melewati packed bed akan berlangsung buruk, sehingga packed tower

memerlukan distributor liquid. Gambar 6.1 menunjukkan liquid distributor yang umum

digunakan yaitu jenis orifice plate liquid distributor. Uap mengalir ke atas melalui

chimney dan liquid jatuh melalui lubang-lubang distribusi yang ukurannya lebih kecil di

tray deck.

Untuk menghitung tinggi liquid di atas tray ini, kita harus menambahkan dua faktor :

1. Pressure drop uap yang mengalir melewati chimney. Liquid yang berada di atas tray

harus mampu menghasilkan liquid head untuk mengalir melawan tekanan yang lebih

besar dari tray di bawahnya.

2. Orifice hole pressure drop. Sama dengan liquid head yang dikonversi menjadi

kecepatan liquid yang mengalir melalui lubang-lubang orifice pada pressure drop.

93

Gambar 6.1 Orifice plate liquid distributor

Total pressure drop di distributor liquid merupakan jumlah dari pressure drop uap yang

mengalir melewati chimney (ΔPV) ditambah dengan orifice hole pressure drop (ΔPL) atau

ΔPTOTAL = ΔPV + ΔPL. Total pressure drop merupakan tinggi liquid di atas distributor

(chimney tray). Misal tinggi total liquid di atas liquid distributor 6 in, yaitu :

ΔPV = 5,1 in, dan

ΔPL = 0,9 in

Seandainya plate distributor miring 1 in seperti ditunjukkan pada gambar 6.2, aliran liquid

atau internal refluks yang melewati bagian yang lebih tinggi sama dengan nol. Hal yang

lebih buruk lagi gelembung-gelembung uap mulai terbentuk melalui lubang orifice yang

lebih tinggi, yang tidak terendam oleh 5,1 in liquid. Sehingga tidak diperoleh cairan murni

di area tersebut. Sementara itu aliran liquid akan mulai jatuh melalui bagian distributor

yang lebih rendah. Hasilnya, packing yang beada di satu sisi akan kering sedangkan

packing yang ada di sisi lainnya mengalami over refluks. Kondisi ini yang disebut dengan

vapor-liquid channeling dan ini adalah salah satu akar masalah efisiensi yang buruk di

dalam tower.

94

Gambar 6.2 Plate distributor

Jalan keluar masalah ini adalah dengan menaikkan ΔPL, pressure drop liquid yang

mengalir melalui lubang-lubang orifice. Hal ini dapat dilakukan dengan menaikkan

kecepatan liquid yang keluar melalui lubang-lubang orifice. Salah satu cara untuk

menaikkan kecepatan liquid adalah dengan membuat lubang orifice yang lebih sedikit.

Sayangnya hal ini akan menurunkan efisiensi kontak antara uap dan liquid. Atau cara yang

lain kita dapat membuat lubang-lubang dengan ukuran yang lebih kecil. Hanya saja lubang

yang terlalu kecil akan berpotensi timbulnya penyumbatan.

Efisiensi dan kapasitas

Dalam tray tower kita dapat meningkatkan kapasitas tower dengan mengurangi jumlah

tray dan menaikkan tray spacing. Tetapi mengurangi jumlah tray akan menurunkan

efisiensi pemisahan. Dalam packed tower kita dapat menaikkan kapasitas tower dengan

cara menggunakan packing yang berukuran lebih besar sehingga open area akan

meningkat. Namun, semakin besar ukuran packing akan menurunkan wetted area packing,

sehingga akan menyebabkan efisiensi turun. Pemasangan liquid distributor yang efisien

seperti pada gambar 6.3 dapat meningkatkan efisiensi pemisahan, tetapi pemasangan

liqudi distributor akan mengorbankan tinggi menara yang sebenarnya bisa digunakan

untuk menaikkan tinggi packing.

95

Gambar 6.3 Modern liquid distributor

Distribusi uap

Gambar 6.4 di bawah ini menunjukkan liquid collector-vapor distributor yang modern

jenis chimney tray. Distribusi uap yang melewati packing tidak sesulit distribusi liquid.

Sieve tray atau valve tray pada tray tower akan bertindak sebagai distributor uap. Sehingga

distribusi uap yang buruk di bagian awalnya hanya akan menurunkan efisiensi di tray

bagian bawah. Tetapi pada packed tower, jika packed bed vapor distributor tidak bekerja

dengan tepat akan menyebabkan terjadinya vapor channeling di seluruh bed.

Distributor uap seperti ditunjukkan pada gambar 6.4 dimaksudkan untuk mendispersikan

uap secara merata di bagian dasar packed bed. Lebar chimney tidak boleh melampaui 6 in.

supaya distributor uap bekerja dengan baik, maka harus memiliki pressure drop yang

sesuai dengan pressure drop packed bed. Sebagai contoh misalnya pressure drop liquid

yang melewati 12 ft packed bed sebesar 10 in, maka pressure drop vapor distributor bisa

sekitar 3 – 4 in liquid.

Dalam prakteknya terjadinya distribusi uap yang buruk dari chimney tray yang telah

dirancang dengan baik disebabkan oleh topi (hat) yang telah rusak/terdistorsi. Penyebab

96

distorsi ini dipercaya akibat pekerja menginjak hat pada saat TA, karena supporting di

bagian bawahnya hanya didesain untuk mensupprot beban hat yang kecil, bukannya beban

pekerja yang besar.

Gambar 6.4 Modern vapor distributor

Menjaga efisiensi packed column

6.5.1 Pressure drop

Packed tower dapat dilakukan untuk fraksinasi dengan pressure drop yang lebih rendah

dibandingkan tray. Untuk tray tower yang modern untuk menghasilkan sebuah tray

teoretis dengan efisiensi pemisahan 100% diperlukan pressure drop liquid sebesar 6 in.

sebuah bed yang berisi struktur packing dapat melakukan pekerjaan yang sama dengan

97

pressure drop liquid sebesar 1 in. packed taower juga memiliki fleksibilitas yang lebih

baik dibandingkan sieve tray ataupun valve tray pada laju alir uap yang rendah.

6.5.2 Flooding pada packed tower

Untuk lebih memahami yang dimaksud flooding pada packed tower, pertama kali kita

harus memahami pengertian dari holdup. Sebelumnya marilah kita membayangkan sebuah

scrubber udara-air seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.5. Air bersirkulasi dari bagian

dasar menuju bagian puncak tower. Level air di bagian dasar 2 ft. tinggi packed bed 20 ft.

Jika kompresor udara dimatikan dan pompa sirkulasi air tetap dijalankan, maka air yang

semula tertahan di packing oleh aliran udara akan mengalir turun. Sehingga level di bagian

dasar kolom akan naik dari 2 ft menjadi 5 ft. Dengan demikian kita bisa mengatakan hold

up di packing sebesar 15 % [(5 ft – 2 ft) / 20 ft = 15 %].

Gambar 6.5 Pengukuran holdup di dalam packed bed

98

Jika liquid hold up terlalu rendah maka efisiensi fraksinasi menjadi buruk. Atau dengan

kata lain height equivalent theoretical plate-nya (HETP) tinggi. Jika liquid hold up terlalu

tinggi efisiensi fraksinasi juga buruk. Dan kita dapat mengatakan lagi jika HETP-nya

tinggi. Ide ini dinyatakan dalam gambar 6.6. jika liquid hold up meningkat diatas titik

yang berhubungan dengan HETP minimum, kita dapat mengatakan packing mulai

mengalami flooding. Titik minimum HETP pada gambar 6.6 hampir sama dengan titik

incipient flood pada tray tower seperti yang dibicarakan pada bab 3.

Gambar 6.6

Untuk packing jenis struktur packing liquid hold up berkisar antara 4 – 5 % menunjukkan

efisiensi fraksinasi packing yang optimum. Untuk raschig ring optimum hold up dicapai

pada 10 – 12 %.

Terdapat hubungan yang dekat antara persentase liquid hold up yang dinyatakan dalam in

liquid per feet packing. Jika pressure drop per feet packing 1,2 in, maka liquid hold up

sebesar 10 % (1,2 in : 12 in )

Packed bed support

Penyangga yang sederhana untuk bed yang berisi 1,5 in pall ring terdiri dari sebuah tiang

yang memiliki kisi-kisi (bar grid) dengan tebal 0,25 in. Tiang tersebut disangga dengan

dua buah I-beam yang memiliki lebar 6 in. Open area dari masing-masing komponen

adalah :

99

− 1,5 in pall ring : 80 persen

− Grid support : 75 persen

− I-beam support : 90 persen

Gambar 6.7 Hambatan yang disebabkan packing support dapat menyebabkan flooding

Anggaplah ring, grid support dan I-beam berada dalam satu bagian, maka berapa open

area dari interface? Jawab : 80% x 75% x 90% = 54%. Hal ini menunjukkan bahwa

terdapat hambatan aliran uap dan liquid pada grid support, yang mempromote terjadinya

flooding di bagian dasar bed. Secara alami hal ini akan menyebabkan seluruh packed bed

mengalami flooding.

Untuk menghindari terjadinya flooding, desainer menggunakan corrugated bed support

seperti ditunjukkan pada gambar 6.8. grid seperti ini memiliki lebih dari 100 persen open

area.

100

Gambar 6.8 Superior bed support

Packing holddown

Selama operasi rutin, berat packing sudah cukup untuk menjaga supaya packing tetap

berada di tempatnya. Tetapi jika ada tekanan yang lepas pada saat start-up, packed bed

dapat menekan bagian bawah liquid distributor dengan sangat kuat. Jika liquid distributor

berupa spray header, seperti ditunjukkan pada gambar 6.9, maka lengan spray bar dapat

bengkok. Untuk mencegah hal ini diperlukan packing holddown grid (penahan packing) di

atas packed bed. Holdown grid harus dipasang dengan tepat (pas ukurannya) pada dinding

bejana.

Kerugian packed tower dibandingkan tray

− Sukar untuk mendapatkan distribusi liquid awal yang tepat, terutama pada laju alir

liquid yang rendah

− Membutuhkan distribuitor uap yang tepat untuk mendapatkan distribusi uap awal yang

tepat.

− Kemungkinan terjadinya hambatan aliran uap dari packing grid support atau holddown

− Masalah-masalah inspeksi selama instalasi akhir