Pemilihan Tray

32
PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH PERANCANGAN ALAT PROSES Asep Muhamad Samsudin

description

OTK

Transcript of Pemilihan Tray

Page 1: Pemilihan Tray

PEMILIHAN TIPE KOLOM PEMISAH

PERANCANGAN ALAT PROSES

Asep Muhamad Samsudin

Page 2: Pemilihan Tray

Menara Menara adalah alat proses, umumnya berupa bejana (silinder) tegak

yang digunakan pada proses pemisahan secara Distilasi, Absorbsimaupun Desorbsi.

Bagian dalam dari Menara (Kolom), bisa jadi berupa Sejumlah tray yang disusun pada jarak tertentu sepanjang kolom atau

Sejumlah packing dengan ketinggian tertentu baik tersusun secara acakmaupun teratur.

Tray dan Packing adalah suatu alat kontak fase yang dirancangsedemikian dengan harapan distribusi komposisi komposisi dalamkedua fase mendekati sempurna.

Page 3: Pemilihan Tray

Tahapan Perancangan Menara1. Memilih tipe kolom : Tray, Plate atau Kombinasi

2. Perhitungan jumlah tray atau tinggi packing

3. Perhitungan diameter kolom

Page 4: Pemilihan Tray

Alat Kontak Distilasi, Absorpsi dan Desorpsi adalah termasuk proses pemisahan

berdasarkan proses difusi.

Kecepatan perpindahan massa tergantung pada luas permukaanbidang batas antara fase uap dan fase cair yang saling mengadakankontak.

Saat merancang alat kontak diusahakan mendapatkan luas bidangkotak yang besar sehingga meningkatkan efisiensi pemisahan.

Secara umum alat kontak bisa diklasifikasikan sebagai tray/plate danpacking.

Page 5: Pemilihan Tray

Klasifikasi Alat KontakType of Device Examples

Crossflow trays Bubble caps, sieve, valve, others

Counterflow trays Rectangular (slotted) openings, roundopenings, others

Regular packings Grids, mesh, others

Special devices Splash decks, sprays, moving internals,others

Sumber : Fair, 1965

Page 6: Pemilihan Tray

Pemilihan Tipe Kolom PemisahSecara umum ada dua tipe kolom pemisah yang dapat dipilih

1. Tray/Plat Tower

2. Packed Tower

Page 7: Pemilihan Tray

Tray Tower / Plate Tower Tray atau Plate Tower adalah kolom pemisah berupa silinder tegak

dimana bagian dalam dari kolom berisi sejumlah tray atau plate yangdisusun pada jarak tertentu (tray/plate spacing) di sepanjang kolom.

Cairan dimasukan dari puncak kolom dan dalam perjalanannya cairanakan mengalir dari tray yang satu ke tray yang lain yang ada dibawahnya.

Selama proses berlangsung, di setiap tray akan terjadi kontak fasaAntara fasa cairan dengan fasa uap yang dimasukkan dari dasarkolom.

Secara keseluruhan kontak Antara fasa dalam Tray Tower dapatdipandang sebagai aliran lawan arah (countercurrent), meskipun arusyang sebenarnya terjadi arus silang (crossflow).

Page 8: Pemilihan Tray

Tray Tower / Plate Tower Kecepatan aliran uap/gas juga akan berpengaruh terhadap

keberhasilan proses pemisahan.

Jika kecepatan gas terlalu rendah, maka gelembung-gelembung gasakan mengembang sehingga luas permukaan bidang kontak tiapsatuan volume menjadi kecil sehingga menurunkan efisiensipemisahan.

Sebaliknya gas dengan kecepatan tinggi cenderung akan terdispersilebih sempurna sehingga efisiensi pemisahan meningkat.

Namun, aliran gas dengan kecepatan tertentu akan membawapercikan cairan masuk ke dalam tray yang ada di atasnya. Peristiwa inidisebut Liquid Entrainment

Jika entrainment terjadi berlebihan akan mengakibatkan floodingyang menyebabkan efisiensi pemisahan menurun.

Page 9: Pemilihan Tray

Pemilihan Tray Tower Tray Tower umumnya digunkan untuk proses Distilasi, Absorpsi atau

Desorpsi

Sebagai alat pemisah Tray Tower dipilih jika

1. Diameter kolom lebih dari 3 (tiga) feet

2. Campuran yang akan dipisahkan :a. Tidak korosif

b. Tidak mudah membentuk buih

c. Terdapat suspensi padatan

3. Dinginkan hasil samping pada berbagai komposisi

4. Proses pemisahan disertai dengan reaksi kimia

5. Kolom dioperasikan pada tekanan vakum, dengan memasangstiffener disetiap tray.

Page 10: Pemilihan Tray

Tray Tower / Plate Tower

Source: A. Mersmann, M. Kind, J. Stichlmair: Thermal Separation Technology. Berlin, Heidelberg: Springer 2011

Symbols

a downcomer

b tray support

c sieve trays

d man way

e outlet weir

f inlet weir

g side wall ofdowncomer

h liquid seal

Aac active area

Ad downcomer area

Dc column diameter

dcap, v, h bubble cup, valve, hole diameter

H, z tray spacing

hcl height of down-comer clearance

hw weir height

lw weir length

lL length of liquid flow path

relative free area

Characteristic dimensions of industrial tray designs

wG

Page 11: Pemilihan Tray

Komponen Tray TowerDowncomer : lubang tempat masuknya aliran dari atas berupa liquid(plate atas) ke plate bawah (kita memandang plate bawah ini sebagaiacuan)

Downflow : lubang tempat keluaran liquid dari plate atas (kitamemandang sebagai acuan) ke plate di bawahnya

Cap : penghalang / pengkontak antara liquid dan uap yang dipasang disetiap tray, bentuk seperti topi yang pinggirnya ada slot untuk mengaturbesar kecilnya gas yang keluar keatas

Slot : tempat bukaan pada cap yang mempunyai macam-macam bentuk(trapesium, persegi, segitiga dll) yang berfungsi mengatur bukaan gasyang keluar ke atas sehingga liquid dan gas berkontak secara normal

Page 12: Pemilihan Tray

Komponen Tray TowerBaffle : penghalang yang berada di tengah-tengah tray untuk membuataliran lebih lama berada di tray (penerapan hanya di reverse flow)

Weir : penghalang yang dipasang di pinggir dari downflow utk membuatagar volume liquid yang tertampung di tray banyak, sehingga efektifterjadinya kontak antara liquid dan gas

Page 13: Pemilihan Tray

Tray / PlateTray atau plate adalah alat kontak antar fasa yang berfungsi sebagai

1. Tempat berlangsungnya proses perpindahan

2. Tempat terbentuknya keseimbangan

3. Alat pemisah dua fasa seimbang

Tipe tray atau plate

1. Bubble Cap Tray

2. Sieve Tray atau Perforated Tray

3. Ballast atau Valve Tray

Page 14: Pemilihan Tray

CONTOH TRAY

Source: GEA Wiegand GmbH, Ettlingen

Sieve Tray

Bubble Cap Tray

Tunnel Cap Tray

Struktured Packing

| Prof. Dr. M. Reppich | Conceptual Design of Distillation, Absorption and Stripping Systems | 14 |

Page 15: Pemilihan Tray

CONTOH TRAY

Floating valve tray with rectangular-shaped valves(BDH™ valve)

Source: Sulzer Chemtech AG

Detail of Varioflex valve tray

Source: Koch-Glitsch, Inc.

| Prof. Dr. M. Reppich | Conceptual Design of Distillation, Absorption and Stripping Systems | 15 |

Page 16: Pemilihan Tray

Bubble Cap Tray Bubble Cap Tray adalah tray yang menggunakan bubble cap untuk

mencapai tahap keseimbangan.

Bubble Cap berupa mangkok terbalik yang terletak di atas riser, yangmana uap dapat masuk dari bagian bawah tray dan terdispersi padapermukaan bawah cairan melalui celah-celah atau slot.

Bubble cap yang dirancang dengan baik akan memberikan turbulensimassa uap-cairan membentuk froth dengan luas antar muka yangbesar hingga efisiensi tray tinggi.

Keuntungan penggunaan Bubble Cap Tray1. Banyaknya data teknis dan pengalaman tentang Bubble Cap tray

2. Memungkinkan peralatan beroperasi pada kondisi yang beragam denganefisiensi relatif tetap.

Page 17: Pemilihan Tray

Bubble Cap Tray

Page 19: Pemilihan Tray

Bubble Cap Tray

Page 20: Pemilihan Tray
Page 21: Pemilihan Tray

Sieve Tray / Perforated Tray Sieve Tray atau Perforated Tray adalah tray yang terbuat dari lapisan logam

datar dengan sejumlah lobang.

Diameter lobang berkisar Antara 1/8 – ½ inchi, tetapi yang sering digunakanadalah 3/16 inchi.

Setiap tray dilengkapi dengan satu atau lebih downcomer untuk membawacairan turun dari tray yang satu ke tray lainnya yang ada di bawahnya.

Pada operasi normal, uap mengalir melalui lobang-lobang sehinggamenyebabkan turbulensi cairan membentuk froth sepanjang tray, hinggaperpindahan massa uap cairan lebih efisien.

Dibandingkan dengan Bubble Cap tray, kelebihan Sieve Tray adalah bahwalobang-lobang yang terdapat dalam tray dapat dipasang cap-cap sepertihalnya pada konstruksi Bubble cap tray.

Page 22: Pemilihan Tray

Sieve Tray / Perforated Tray

Page 23: Pemilihan Tray

Sieve Tray / Perforated Tray

Page 24: Pemilihan Tray
Page 25: Pemilihan Tray

Ballast/Valve Tray Ballast/Valve Tray serupa dengan Sieve Tray, hanya di setiap lubang

dipasang cap-cap yang dapat diangkat atau berupa valve yang dapatnaik turun tergantung variasi kecepatan aliran uap.

Gerak vertikal dari cap yang diizinkan antara ¼ - ½ inchi.

Operasi Valve Tray lebih fleksibel dibanding dengan Sieve Tray.

Page 26: Pemilihan Tray

Ballast/Valve Tray

Page 27: Pemilihan Tray

Perbandingan Antar Tray

Page 28: Pemilihan Tray

Pola Aliran CairanReverse Flow : aliran liquid datang dari atas (downcomer) lalumengalir di sepanjang tray dan berbelok ke bagian traysebelahnya karena adanya baffle lalu mengalir ke platebawahnya di downflow. Disebut reverse flow karena letakdowncomer dan downflow di sisi yg sama. Dapat digunakanutk menampung cap lebih banyak, luas downcomer kecil. Kec.Liquid = 0-50 gpm [0-0.003 m3/s]

Cross Flow : aliran liquid datang dari atas (downcomer) lalumengalir di sepanjang tray dan mengalir ke plate bawahnya didownflow. Disebut cross flow karena letak downcomer dandownflow di sisi berseberangan. Jarak yang dilewati liquidpanjang sehingga efisiensi tinggi. Kec. Liquid = 50-500 gpm[0.003-0.03 m3/s]

Double Pass Flow: aliran liquid datang dari atas dari 2 bagiandowncomer (kiri kanan ) lalu mengumpul di tengah-tengahplate dan turun ke bawahnya. Digunakan untuk beban liquidyang besar,. Kec. Liquid = 500 gpm [0.03 m3/s]

Page 29: Pemilihan Tray

Pola Aliran Cairan Susunan aliran cairan di atas permukaan Tray tergantung pada rasio

aliran cairan terhadap aliran gas.

Page 30: Pemilihan Tray

Batasan/Jangkauan Operasi Tray Untuk rancangan aliran tray yang

diberikan terdapat batasan tertentubagi aliran gas dan cairan dimanaoperasi stabil diperoleh.

Apabila operasi terjadi diluarSatisfactory operation Area akanmengakibatkan Entrainment, Flooding,Weeping dan Coning

Entrainment : peristiwa liquidterangkut ke plate atasnya karenadorongan gas dari bawah yangberlebihan, disebabkan laju alir gasterlalu besar.

Page 31: Pemilihan Tray

Batasan/Jangkauan Operasi Tray Flooding disebabkan laju alir uap yang

atau laju alir cair terlalu tinggi. Efisiensiplate turun dan pressure dropmeningkat.

Weeping terjadi ketika aliran uap tidakcukup menahan level cairan pada platekarena laju alir uap terlalu kecilsehingga cairan turun melalui poriplate yang berakibat menurunnyaefisiensi

Coning terjadi jika laju alir cairanterlalu rendah sehingga uapmendorong cairan dari tray.

Page 32: Pemilihan Tray

Liquid Entrainment Flooding coning weeping