9.6. PROSES
LIKUIFAKSI
Gas yang dicairkan, secara umum digunakan untuk berbagai keperluan, contohnya propan contohnya propan cair di dalam tabung,
dipakai sebagai bahan bakar untuk keperluan domestik, oksigen cair
diperlukan untuk roket, gas alam alam yang dicairkan untuk transportasi transportasi di lautan, nitrogen cair dipakai untuk refrigerasi pada suhu rendah. Sealain itu, campuran gas, (seperti udara) dicairkan untuk memisahkan komponen menjadi masing-masing fraksinya. Likuifaksi terjadi jika gas didinginkan sampai temperatur pada daerah 2 fase. Hal ini dapat dicapai dengan beberapa cara; 1. Dengan penukaran panas pada tekanan tetap 2. Dengan proses ekpansi (dimana bisa diperoleh kerja W) 3. Dengan proses Throttling . Ketiga cara ini digambarkan dalam diagram T-S , seperti pada grafik dibawah ini.
Gambar 9.5 :
Proses pendinginan dalam diagram TS
Pada proses tekanan tetap (1), mendekati daerah 2 fase, dan likuifaksi sangat dekat dengan temperatur tertentu yang harus diturunkan. Proses throttling (3) tidak menghasilkan likuid, kecuali jika pada keadaan awal tekanan cukup tinggi dan temperatur cukup rendah rendah selama proses entalpi konstan untuk masuk ke dalam daerah 2 fase. Hal ini tidak akan terjadi bila titik awalnya di titik A. Jika keadaan awal di titik
A ,
dimana temperaturnya sama, tetapi tekanannya
lebih tinggi dari titik A, kemudian dengan proses ekspansi entalpi konstan (ekspansi isentalpi)
proses ( 3 ) dihasilkan pembentukan likiud. Perubahan keadaan dari A ke A , sangat mudah
dilakukan dengan mengkompres gas hingga ke tekanan final di B, diikuti dengan pendinginan pada tekanan konstan hingga titik A . Likuifaksi dengan ekspansi isentropis sepanjang proses (2) dapat dilakukan pada tekanan rendah (pada temperatur tertentu) dibanding dengan men throttlingnya. Misalnya, lanjutan proses (2) dari keadaan awal A, akhirnya dihasilkan likuid. Proses throttling (3) adalah cara yang umum dipakai pada pabrik komersil skala kecil untuk pencairan gas. Temperatur gas selama ekspansi akan terus turun. Hal ini tentu saja sesuai dengan yang terjadi pada kebanyakan gas pada kondisi tekanan dan temperatur yang umum. Cara yang paling ekonomis untuk mendinginkan gas untuk dicairkan adalah dengan counter current heat exchange dengan sejumlah porsi gas yang tidak tercairkan dalam proses throttling proses. Ada 2 proses likuifaksi yang dikenal yaitu proses Linde dan proses Claude . Diagram alir proses seperti tergambar berikut .
Pada proses Linde, setelah gas dikompres lalu didinginkan hingga temperatur sekitarnya, dan diteruskan dengan refrigerasi.
Gas yang temperaturnya rendah dialirkan ke Throttle Valve,
sehingga sebagian besar fraksi gas akan mencair.
Pada proses Claude, agar lebih efisien, throttle valve diganti dengan expander. Neraca energi pada proses Claude;
̇ ̇ ̇ ̇ bila ekspander beroperasi secara adiabatis,
̇ ̇
̇ ̇ ̇ , persamaan energi diatas dibagi dengan
Selanjutnya, dari neraca massa nya :
̇ menjadi sbb ; ̇ ̇
̇ ̇ ̇
jika didefinisikan : ̇ ̇
dan
̇ ̇
x m12 / m4 ,
maka persamaan diatas diselesaikan
untuk z , hasilnya sbb ;
(9.7)
dimana z adalah fraksi aliran masuk sistim heat exchanger yang dapat dilikuifaksi dan x adalah fraksi yang dibelokkan diantara heat exchanger dengan yang melintas lewat expander. Harga x adalah variabel desain mesti dispesifikasi sebelum persamaan (9.7) diselesaikan untuk z.
Pada proses Linde ( x = 0 ) , persamaan diatas menjadi:
(9.8)
Karena itu Proses Linde merupakan juga proses Claude yang terbatas, apabila tidak ada aliran gas tekanan tinggi yang dikirim ke ekspander. Persamaan (9.7) dan (9.8) diperkirakan tidak ada panas yang mengalir dari lingkungan ke dalam sistem. Hal ini tidak mungkin sepenuhnya benar, karena mungkin saja terjadi kebocoran gas pada temperatur yang sangat rendah, walaupun peralatannya diisolasi sempurna.
th
Sumber: Smith, J. M. 2001. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 6 ed. McGraw Hill
