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.
1
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 ga mbar 1.1
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 ga mbar 1.1
2
Ga bar 1.1 Skema kompon en-komponen utama kol om distilasi
1.3 O erasi dasar kolom distilasi Campuran liquid yang masu ke dalam kolom dise ut dengan eed (umpa ). Feed ya g masu biasanya
elalui bagian tengah k olom atau i dekatnya. Tray yang terdapat pa a
lokasi tempat m suknya umpan disebu dengan fe ed tray. Fe ed tray me mbagi kolo m menj di dua bagi n yaitu bagian strippin (bagian dasar kolom) an enriching (bagian at as kolo ). Umpan
engalir ke bawah dan ditampung di bagian
ottom, sel njutnya ak n
diuap an kembali dengan me ggunakan r eboiler.
Supa a bisa men uapkan umpan maka h rus ada su lai panas ke dalam reb iler, biasan a digunakan steam. Dalam pe ngolahan produk dari kolo
inyak bum i, sumber
yang lain, yang suhun ya masih cu kup tinggi.
dimasukkan kem ali ke dala
anas bisa berupa alir n ap yang di hasilkan ak n
kolom. S bagian liq id yang ad di bagian bawah kolo m
akan itarik keluar sebagai b ttom produ t (produk b awah kolom).
Uap ang dihasil an bergera ke atas me nuju punca kolom mel alui tray-tra y yang ada i dalam kolom. Di dalam tray sebagian u p akan terk ondensasi dan jatuh ke bali menu u bagia bawah kolom atau tra di bawahn a. Uap yang lolos sam ai ke punca k kolom ak n dikon ensasikan i kondensor. Liquid h sil kondens asi ditampu g di dalam refluks dru m Seba ian liquid
asil konde sasi akan dikembalik n ke dala
kolom se agai refluk s.
Seba ian lagi aka n diambil se bagai distil t atau top p oduct (prod uk atas kol m).
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. Komponenkomponen tersebut ditunjukkan pada gambar 1.1
Gambar 2.1 Perforated tray
4
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
h od AA
Gambar 2.2 Diagram karakteristik geometri plate, (a) penampang melintang plate column (b) plate tampak atas
5
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
6
−
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.
7
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
8
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.
(b)
(a)
(e)
(c)
(f)
(d)
(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
9
d. 4 pass
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.
10
2.4.1
ubble cap plate
Tray esetimban an yang pal ing tua dan masih bany k digunaka adalah bu ble cap plat e. Namun dalam de ain dan pen gembangan kolom distilasi yang te rbaru pengg unaan bubb le cap plate mulai ditinggalkan dan penggu naannya ke anyakan terbatas pada kilang-kila g gas, t rutama pad a proses ga sweetenin . Kelemah n dari bub le cap plate adalah bia a konst uksi yang mahal, pres sure drop
ang dihasilkan di dal m kolom inggi, pros s
pemb angan liqu id yang mas ih tersisa p da saat shut down lebi sukar, serta beban pla te yang lebih berat akan mena bah beban kolom, sehi ngga memb utuhkan su porting ya g lebih kuat. Gamb r 2.7 menu jukkan bubble cap tray
Gambar 2.7 Bubb e cap tray (http://distill tiontray.bl greaction.n t)
Bubble cap terdir i dari sebu h pelat dat r yang pe asangannya dengan ca a dibaut at u dikeling atau dilas pada dind ing kolom. Pelat tersebut diberi lu ang-lubang perforasi. setiap lubang di asang rise /chimney
ang dilengkapi denga
i
cap (tutup) di bagi n
atasn a. Tutup te rsebut diberi slot/lubang-lubang, di mana airan uap yang
elewati riser
akan keluar mel lui lubang-lubang ini elanjutnya akan berca pur denga
liquid ya g
meng lir pada tr y tersebut. Setiap plate dilengkapi dengan do ncomer at u downspo t
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 (working guide to process equipment) 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)
12
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
Bubble cap
Slot
Bolt
Riser
(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
13
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)
14
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 15
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. 16
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) 17
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 (1)
steel tebal plate dibatasi ½ - 2/3 kali diameter lubang. dengan diameter lubang antara 0,1 – 0,7.
Pada umumnya rasio tebal plate
(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.
18
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 o
lubang, yaitu triangular pitch, square pitch dan square pitch 45 . 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
19
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 KochGlitsch.
Gambar 2.19 Valve Tray tipe flexitray produksi Koch-Glitsch
20
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
21
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 li quid hanya dalam satu arah.
Gambar 2.20 Co current valve tray
22
Gambar 2.21 Ballast valve tray
23
(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
24
Gambar 2.23 Prinsip kerja float valve tray
Gambar 2.24 (a) Nutter V-Grid valve for tray produksi Nutter Engineering Gambar 2.24 (b) Nutter BDH valve tray with downcomer, Nutter Engineering
Gambar 2.24 (c) Float valve tray, Sulzer Chemtech Gambar 2.24 (d) Caged valve digunakan untuk beban liquid yang rendah, Sulzer Chemtech Gambar 2.24 Jenis-jenis float valve tray
25
Tipe T
Tipe A
Tipe T-0 VG-10 Fixed Valve
Tipe ACU Tipe ACZ
Tipe Z
Tipe U
Tipe NRU dan NRZ
Gambar 2.25 Tipe-tipe flexitray valve standard dan pengembangannya oleh Koch-Glitsch
26
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.
27
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 b. Aliran liquid di Thorman tray
d. Vapour chimney dan cap
c. Detail cap dan slit
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
28
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 .
29
Faktor utama dalam memilih jenis alat kontak (terutama untuk conventional tray : bubblecap, sieve dan valve) adalah adalah biaya, kapasitas, rentang operasi, 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
30
(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 Moderat plate
Moderat, 1/3 bubble cap
Fleksibilitas
Tinggi, dapat Baik didesain untuk laju alir uap dan liquid yang tinggi ataupun rendah
Rendah
Aplikasi
Untuk semua jenis Untuk semua proses, kecuali proses coking, pembentukan polimer dan potensi fouling yang tinggi
jenis Untuk sistem dengan kapasitas yang besar, banyak terdapat suspended solid, pembentukan polimer
Aplikasi yang Untuk laju alir liquid disarankan 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
Pressure drop
tinggi
Rendah
Moderat
Harga
Mahal
Sedang
Rendah
Rata-rata 15 in, untuk kondisi vakum 20 – 30 in
Segmental downcomer memiliki ujung bagian atas dalam bentuk segmental weir, merupakan jenis downcomer yang paling banyak digunakan. Untuk pola aliran yang multi
31
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.
32
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.
33
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.
34
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 35
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
36
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
37
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
38
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
39
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
40
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.
41
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
42
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
43
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 H 2O untuk tiap feet ketinggian bed mengindikasikan tidak terjadi flooding.
−
Pressure drop yang lebih besar dari 3 in H 2O untuk tiap feet ketinggian bed mengindikasikan telah terjadi flooding.
−
Pressure drop diantara 1 – 3 in H 2O 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.
44
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
menunjukkan
kolom.
perubahan
Profil
temperatur
temperatur
yang
yang
bagus
signifikan
antar
adalah
profil
tray-nya.
yang
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
45
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 2
psig (lb/in 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
46
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
47
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.
48
Tray distilasi akan bekerja dengan efisien jika ua p 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
49
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.
50
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.
51
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.
52
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 o
lebih murah. Susunan d dan h digunakan jika inlet nozzle membentuk sudut lebih dari 0 . 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
6
-
-
6
-
-
6
-
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
NS
NS
Maksimum nozzle diameter, in Pure liquid feed
Vapor/liquid feed
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
53
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 masingmasing 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.
54
e l b a t i d t a h i l i d t a p a d z n a d y , x i s n e m i d , s k u l f e r t e l n i n a d d e e f y a r t p o t n a n u s u S
1 . 4 r a b m a G
55
56
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 57
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.
58
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
59
(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. Gelembunggelembung 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.
60
Gambar 4.5 Bottom feed sparger (a) Submerged ; (b) vapor space
61
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
(c) Once through thermosyphone reboiler
Gambar 4.6 Pola-pola pengaturan yang umum digunakan untuk bottom column
62
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) 63
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.
64
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.
65
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.
66
Gambar 4.8 Pengaturan gravity refluks
67
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 liquidliquid. 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
68
Gambar 5.1 Tipikal packed column
69
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 o
1800 C. 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
70
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) o
yang memiliki suhu kerja sampai dengan 120 C serta memiliki ketahanan yang baik terhadap asam dan pelarut organic yang lain. Polyethylena (PE) yang memiliki ketahanan o
suhu sampai dengan 80 C. Polyvinilchloride (PVC) memiliki ketahanan terhadap basa dan o
chlorine serta dapat digunakan sampai dengan suhu 60 C. Polyvinildenefluorida (PVDF) o
memiliki ketahanan suhu sampai dengan 140 C.
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.
71
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 proses-proses kontinyu.
table menunjukkan batasan suhu operasi tertinggi dalam oC, untuk
72
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
73
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, a p) dan fraksi 3
ruang kosong (void fraction, ε). Packing factor, Fp = ap / ε , biasanya digunakan untuk membandingkan berbagai jenis random packing
74
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
75
(b)
(c)
(a) Gambar 5.6 Flexipac structured packing
Gambar 5.7 Pencampuran liquid dan gas di dalam Koch-Glitsch packing
76
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
77
Gambar 5.11 ACS Knitted mesh structured packing
(b) Mellacarbon – karbon murni
(a) Mellapak dari plastic
(c) Mellagrid Gambar 5.12 Structured packing produksi Sulzer Chemtech
78
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.
79
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
80
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 lubanglubang yang ada di bagian dasar. Hal ini dapat menghindari terjadinya build up hydrostatic head.
(a) Tipikal support plate – Sulzer Chemtech (b) Tipikal plate - Norton Chemical
(c) ceramic plate - Norton Chemical
Gambar 5.17 Gas injection support plate
81
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
82
(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 2
beban sampai dengan 450 lb/ft ) pada kolom dengan diameter yang kecil. Open area relatif kecil, yaitu sekitar 80%. Penggunaannya terbatas pada beban uap dan liquid y ang 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.
83
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)
84
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)
85
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)
86
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
87
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 88
Gambar 5.32 Stacked packing – square pattern
Gambar 5.33 Stacked packing – diamond pattern
Gambar 5.34 Stacked packing – packing assembly
89
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
90
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
2. Wetted surface area : jumlah total ft 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.
91
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 leve l 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. 92
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.
93
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.
94
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
95
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
96
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
97
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 :
98
−
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.
99
