TTIINNGGGGII PPAACCKKEEDD … dapat diprediksi dengan 3 cara: • Model transfer massa. Penyusunan...

Click here to load reader

  • date post

    14-Apr-2018
  • Category

    Documents

  • view

    232
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of TTIINNGGGGII PPAACCKKEEDD … dapat diprediksi dengan 3 cara: • Model transfer massa. Penyusunan...

  • TINGGI PACKED COLUMNTINGGI PACKED COLUMN

  • EFISIENSI PACKINGEFISIENSI PACKINGKonsep HETP Konsep HETP (Height Equivaent of a

    Theoritical Plate) diperkenalkan untukmemungkinkan perbandingan efisiensi antarakolom packing dan kolom plate. HETPdidefinisikan sebagai:didefinisikan sebagai:

    HETP = H/n n= jumlah plate ideal Nilai HETP yang sama dapat diperoleh untuk

    kolom plate jika spasi tray/plat diketahui:HETP (tray kolom) = 100S/ES = spasi plate, E = efisiensi plate

  • FaktorFaktor yangyang MempengarMempengaruhiuhi HETP (1)HETP (1)1. Tipe dan ukuran Packing. Secara umum efisiensi packing

    meningkat (HETP RENDAH) ketika:Luas packing per satuan volume meningkat. Efisiensi meningkat jikaukuran packing menurun (random packing) atau ukuran saluranrendah/dangkal (structured) packing

    Permukaan packing terdistribusi lebih baik

    2. Beban uap dan cair. Untuk operasi L/V konstan dalam wilayahpreloading, umumnya:

    Beban cairan dan uap memiliki efek kecil terhadap HETP randomBeban cairan dan uap memiliki efek kecil terhadap HETP randompacking

    HETP meningkat dengan beban (loading) dalam structured packing

    3. Distribusi. Distribusi yang tidak merata (maldistribution) cairandan uap memiliki efek penting pada efisiensi packing

    4. Rasio L/V. Sebagian besar pengujian efisiensi kolom packingpada refluk total. Beberapa pengujian menyarankan bahwaefisiensi untuk refluk minimum dan refluks total sama. Hal ini

    berlaku jika range lamda ( = mG/L) antara 0,5 dan 2,0. Rangeini untuk sebagian besar sistem distilasi . Diluar ini HETP meningkat.

  • FaktorFaktor yangyang MempengaruhiMempengaruhi HETP (2)HETP (2)5. Tekanan. Secara umum tekanan memiliki efek yg kecil pada

    HETP (structured dan random) pd tekanan 1-2 psia.Pada distilasi vacuum(200-300 psia) efisiensistructured packing meningkat jika tekanan dinaikkan.

    6. Sifat Fisik. Secara umum HETP random packing relative sensitiveterhadap sifat sistem. Sistem yang kaya air, HETP structuredpacking cenderung lebih tinggi daripada untuk sistempacking cenderung lebih tinggi daripada untuk sistemnonaqueous.

    7. Underwetting. Dengan sistem organik encer, HETP cenderungmenigkat pada bagian akhir kolom untuk structured dan randompacking.

    8. Error dlam VLE. Ini mempngaruhi HETP dengan beberapa carayang berpengaruh juga terhadap efisiensi tray.

    9. Fasa dua cairan immiscible. Horison (1990) mengemukakan 2studi kasus:

    Penambahan air ke dalam dua zat organik yang tdk larut dalmair tdk memiliki efek thd HETP,komponen kunci adalah larut dalam kedua cairan, dan HETPsekitar 50% lebih tinggi dari normal.

  • Memprediksi HETPMemprediksi HETP

    HETP dapat diprediksi dengan 3 cara:

    Model transfer massa. Penyusunan model tranfer massauntuk memprediksi HETP packing telah dibatasi oleh kajianpemahaman yg komplek aliran dua fasa yang handaldalam packing dg memperpendek data efisiensi skalakomersil packing yg lebih baru, dan kesulitan dalamperhitungan permukaan packing generasi baru.perhitungan permukaan packing generasi baru.

    Rule of Thumbs. Karena hanya sedikit variabel yg sangatsignifikan mempengaruhi HETP random packing, dan umenangani unrealibilitas model transfer massa yg terbaik,rule of thumb HETP secara sukses bersaing dengan modeltransfer massa.

    Interpolasi data. Interpolasi data eskperimen HETPmerupakan cara yang paling reliable u memperoleh nilaidesain HETP.

  • Langkah:

    1. Menentukan efektif area

    2. Menghitung koefisien perpindahanmassa

    a. Model Transfer Massaa. Model Transfer Massa

    massa

    3. Menghitung ketinggian satuan lapisantransfer

    4. Menghitung hetp

    5. Menghitung tinggi packing

  • a

    L

    g

    aL

    a

    L

    a

    a

    LL

    w

    L

    w

    L

    w

    L

    cw

    2*05,0

    2

    2*1,0*75,0

    45,1exp1

    1. Menentukan effective area

    aw = effective interfacial area packing persatuan volume, m2/m3a = actual area of packing persatuan volume, m2/m (hal 491) = critical surface tension for particular packing material, mN/mc = critical surface tension for particular packing material, mN/mL = tegangan permukaan cairan, mN/mL*w = laju alir massa liquid persatuan luas penampang lintang, kg/m2.sL = viscositas cairan

    )/(10 12

    4

    cmdynexM

    P vLch

    Pch : konstanta parakorV, L : densitas uap dan gasM : berat molekul

  • T = temperatur absolut, K

    MA, MB = berat molekul A dan B. kg/kgmol

    Pt = tekanan, N/m2

    AB = energi tarik menarik molekul =

    AB2

    ABt

    0,5

    BA

    3/2

    0,5

    BA

    4

    kTfrp

    M

    1

    M

    1T

    M

    1

    M

    10,2491,08410

    DV =

    k = konstanta Boltzman

    rAB = pemisahan molekular saat tumbukan,nm =

    f(kT/AB) = fungsi tumbukan, Fig 2.5 Treybal, 1980.

    r = 1,18v1/3

    /k = 1,21Tb

  • 4,02/13/2

    *3/1

    0051,0

    p

    LL

    L

    Lw

    w

    L

    LL da

    Da

    L

    gk

    0,6

    0,5

    B18

    Av

    TM10117,3x LD

    2. Menghitung koefisien perpindahan masa

    Untuk cairan:

    Untuk gas:

    2p3/1

    v

    7,0*w

    5G da

    Da

    VK

    D

    RT

    a

    k

    0,5

    BA

    3/2

    0,5

    BA

    4

    M

    1

    M

    1T

    M

    1

    M

    10,2491,08410

    D =vvvv DaDa

    AB

    2

    ABt kTfrp

    DV =

    v, L = viskositas uap dan cairan , N.s/m2

    kL = koefisien transfer massa lapisan cair, m/s

    kG = koefisien transfer massa lapisan uap, kmol/m.s2.bar

    DL, Dv = diffusivitas cairan dan uap, m2/s

    v = densitas uap, kg/m3

    dp = ukuran packing, m

    R = konstanta gas universal, 0,0314 bar m3/kmol K

  • 0,6

    0,5

    B18

    Av

    TM10117,3x LD

    MB = berat molekul solven B,

    T = temperatur absolut ,

    B = viskositas cairan solven

    vA = volum molal solut

    = faktor asosiasi solven

    DL = 4,43E-09

  • twL

    mL

    Cak

    LH

    Pak

    GH

    wG

    mG

    Keseluruhan :

    HOG = HG + HL

    Untuk gas: Untuk cairan :

    4. Menghitung tinggi lapisan transfer

    HOG = HG + HL

    HL, HG = satuan lapisan transfer cair dan uap, m

    Lm, Gm = laju alir molar cairan dan uap, kmol/m2.s

    P = tekanan, atm atau bar

    Ct = konsentrasi cairan =

    =m/(Lm/Gm) = slop garis

    kesetimbangan/slop garis operasi

    m =yo/x = yi/xi = K (Perry's Handbook, 7td.

    ed. pp.14-9)

    = 3,985089

    = 6,191314

  • 1.

    /.ln

    1

    m

    m

    mmOGOG

    L

    Gm

    LGmHHHETP

    4. Menghitung HETP

    Tinggi packing :

    Zp = HETP x NZp = HETP x Nt

  • B. Rule of ThumbsB. Rule of Thumbs

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

  • C. Interpolasi dataC. Interpolasi data

    Menurut Philip Schweitzer (1997) interpolasidata merupakan cara yang terbaik untukmenurunkan HETP dari data eksperimen danmengeceknya terhadap rule of thumbs.

    Cara interpolasi dan hasil interpolasi berbagaiCara interpolasi dan hasil interpolasi berbagaijenis random packing disajikan di buku Kister,H.Z.,Distillation Design, Mc Graw Hill, NewYork, 1992. page 653

  • Konsep Transfer Unit (HTU/NTU)Konsep Transfer Unit (HTU/NTU)

    Konsep transfer unit dibangun dg menganalisis transfermassa yang melewati bagian perbedaan ketinggiandalam kolom packing dan mengintegrasikan hasilekspresi ketinggian packing, dengan persamaan:

    Z = HTU x NTU

    Number of Transfer Unit (NTU) adalah ukuran tingkatNumber of Transfer Unit (NTU) adalah ukuran tingkatkesulitan pemisahan. Ini berhubungan dg perubahankomposisi fase terhadap gaya dorong (driving force)transfer massa rata-rata.

    Height of Transfer Unit (HTU) adalah ketinggian packingyang memberikan perubahan komposisi yang samadengan satu satuan transfer (one transfer unit). Inimerupakan ukuran langsung efisiensi kolom.

  • HTU VS HETPHTU VS HETP

    Perhitungan ketinggian pcaking bisa dilakukan dgpendekatan HTU dan HETP. Kedua pendekatan tersebutpada dasarnya memberikan hasil yg sama. HTU secarafundametal merupakan konsep yg benar, karenamendeskripsikan menara isian sebagai kontaktorkontinyu, sementara HETP mendeskripsikan kontaktorkontinyu, sementara HETP mendeskripsikan kontaktorbertingkat. Kebenaran yang mendasar tersebut membuatHTU lebih mudah u mendeskripsikan dalam istilahkoefisien transfer massa. Alasan ini yg membuat HTUsebagai metode yang lebih dipilih diterapkan di banyakstudi akademik. Di sisi lain, pendekatan HETP lebihdipilih digunakan u desain industri dan operasi karenamemiliki 5 manfaat praktis sebagai berikut:

  • 1. Pendekatan HETP cocok u sistemmultikomponen, sementara pendekatan HTUsulit diterapkan u sistem ini

    2. Pendekatan HETP dapat menggunakanprogram komputer tahap demi tahap yangdigunakan u perhitungan multi tahap

    3. Pendekatan HTU lebih kompleks dan lebih sulitPendekatan HTU lebih kompleks dan lebih sulitu digunakan, tapi tidak menampakkanperkembangan

    4. Pendekatan HETP memungkinkanperbandingan lebih mudah dg kolom plat

    5. HETP relativ tidak sensitiv terhadap bebansistem dan properti fisika. Philip Schweitzer(1997)

  • PersamaanPersamaan HTUHTU dandan NTUNTU

    2

    1

    *

    y

    y L

    Gyy

    dyNTU

    2x dx

    NTU

    1

    *

    x G

    Lxx

    dxNTU

    xy,

    ** , GL xy konsentrasi fase gas dan cair padakesetimbangan

    konsentrasi fase gas dan cair

  • G adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft2), P tekanan total dan kGa memiliki satuan lbmol/(hr)(ft

    3)(sat.tekanan)

    aPkGHTU GG /)(

    LLL aLkHTU )(

    L adalah aju alir molal gas, lbmol/(hr)(ft2), kLa memiliki satuan lbmol/(hr)(ft

    3)(sat. konsentrasi) L ,densitas cairan

  • HTU tunggal dikombinasikan dalam bentuk keseluruhan menjadi:

    Posisi slop m dan m pada kurva kesetimbangan

    LGOG HLVmHTUHTU )/'()()(

    GLOL HVmLHTUHTU )"/()()(

  • 1/)/ln(

    LmV

    LmVHTUHETP

    m adalah slop kurva kesetimbangan, Pada distilasi garis kesetimbangan dan operasi divergen

    di bawah titik umpan dan konvergen di atasnya. Sebagaidi bawah titik umpan dan konvergen di atasnya. Sebagaiakibatnya nilai mV/L rata-rata mendekati satu untukdistilasi, sehinggga HETP dan HTU pada intinya menjadisama .

    Biasanya tidak sama jika untuk proses absorpsi danstripping.