TUGAS PERANCANGAN ALAT PROSES Thickener dan dan Cyclone
“
”
Kelompok 01: 1. Badariah Mauli R. 2. Siti Nadhilah Febrianti 3. Melda Zulfani 4. M. Fahkrurrozi NST 5. Mutiara Rizki Prayesi 6. Ulfa Fitrializa 7. Leonardo R Ginting 8. M. Hanief Ridlo 9. Febri Sandi 10. Nesi 10. Nesi Harniwika 11. Vera Dona
(03031181419001) (03031181419001) (03031181419013) (03031181419013) (03031181419047) (03031181419047) (03031181419057) (03031181419057) (03031181419059) (03031181419059) (03031181419061) (03031181419061) (03031281419087) (03031281419087) (03031281419147) (03031281419147) (03031281419153) (03031281419153) (03031181419159) (03031181419159) (03031381419115) (03031381419115)
Dosen Pengampu: Bazlina Dawami Afrah, S.T., M.T., M.Eng.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2016
KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah, Tuhan semesta alam yang telah memberikan kami kemampuan dan konsistensi dalam menyelesaikan tugas mata kuliah Perancangan Alat Proses ini. Shalawat dan salam kami curahkan kepada Nabi Muhammad SAW, seorang reformis sejati yang menjadi pemimpin dunia sehingga membawa umat manusia ke arah yang benar dan sebagai Nabi akhir zaman. Tidak lupa pula shalawat serta salam kepada keluarga dan sahabatnya serta kita sebagai umatnya yang selalu mengharapkan syafaat kelak di yaumil akhir . Makalah berjudul Makalah berjudul “Thickener “ Thickener dan dan Cyclone” Cyclone” ini berisikan dua peralatan dalam industri proses yang mana kedua peralatan yang dimaksud dipergunakan sebagai pemisah untuk fasefase fase terkait fungsi masing-masing. Disamping itu, definisi, klasifikasi, prinsip kerja dan beragam variasi informasi lainnya turut disajikan guna menambah wawasan w awasan dan pengetahuan baik bagi penyusun maupun maupun pembaca. Akhir kata, “tiada gading yang tak retak”, namun dari keretakan itulah timbul inisiatif dan motivasi dalam mencapai kesempurnaan. Kami yakin bahwa makalah ini masih memiliki sejumlah kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun senantiasa kami harapkan demi perbaikan di masa depan. Terima kasih.
Indralaya, 23 Maret 2016
Tim Penyusun
Page 1 of 51
DAFTAR ISI Kata Pengantar ................................................. ....................................................................... ............................................ ............................................ ...................... 1 Daftar Isi ......................................... ............................................................... ............................................ ............................................ ........................................ .................. 2 BAB I THICKENER .......................................................................................................... 1.1 Konsep Dasar Pemisahan Liquid-Solid Pemisahan Liquid-Solid (Solid-Liquid) .................................... .................................... 1.2 Definisi Thickener ......................................... ............................................................... ........................................... ............................. ........ 1.3 Desain Thickener .................... Thickener .......................................... ............................................ ........................................... ............................. ........ 1.4 Prinsip Kerja Thickener ..................... Thickener ........................................... ............................................ ........................................ .................. 1.5 Klasifikasi Thickener .......................................... ................................................................. ............................................ ..................... 1.6 Peranan Thickener dalam Thickener dalam Dunia Industri .................................. ........................................................ ......................
3 4 5 6 9 12 17
BAB II CYCLONE ........................ ............................................... ............................................. ............................................ ........................................ .................. 2.1 Konsep Dasar Pemisahan Gas-Solid Gas-Solid .................... .......................................... ............................................ ...................... 2.2 Definisi Cyclone ........................................... ................................................................. ........................................... ............................. ........ 2.3 Desain Cyclone Cyclone ............................................ .................................................................. ........................................... ............................. ........ 2.4 Prinsip Kerja Cyclone ......................................... ............................................................... ............................................ ...................... 2.5 Klasifikasi Cyclone ........................................... ................................................................ ........................................... .......................... .... 2.6 Bentuk-Bentuk Cyclone .................................................................................. 2.7 Performa Cyclone dan Cyclone dan Key Key Parameter Pendukung Lainnya .......................... .......................... 2.8 Kelebihan dan Kekurangan Cyclone.................... Cyclone .......................................... ............................................ ...................... 2.9 Aplikasi Cyclone dalam Cyclone dalam Dunia Industri Industri ......................................... ........................................................... ..................
18 18 19 20 22 23 25 26 31 32
BAB III SIMULASI HYSYS UNTUK CYCLONE UNTUK CYCLONE ......................................... ........................................................... .................. 34 Kesimpulan ........................................... .................................................................. ............................................ ........................................... ................................. ........... 49 Daftar Pustaka ............................................... ..................................................................... ........................................... ............................................ .......................... ... 50
Page 2 of 51
BAB I THICKENER
Proses kimia terdiri dari beragam stage stage reaksi esensial, yang mana stage-stage stage-stage reaksi ini dilengkapi dengan berbagai variasi pemisahan. Proses pemisahan sendiri adalah suatu proses memisahkan komponen-komponen komponen-komponen dalam suatu senyawa dengan tujuan untuk mendapatkan result dengan kemurnian yang lebih tinggi. Teknik-teknik utama pada proses pemisahan ditunjukkan pada tabel berikut. Teknik-Teknik Pemisahan
Pada makalah ini, Bab 1 menjelaskan tentang thickener sebagai alat pemisah liquid solid (komponen major: liquid ) sedangkan Bab 3 menjelaskan tentang cyclone cyclone sebagai alat pemisah gas- solid solid dan gas-liquid gas-liquid (komponen major: gas). Hydrocyclone Hydrocyclone yang merupakan pemisah liquid - solid solid (atau solid-liquid (atau solid-liquid ) diklasifikasikan sebagai salah satu jenis cyclone.
Page 3 of 51
1.1
Konsep Dasar Pemisahan Liquid-Solid (Solid-Liquid )
Pemisahan fase solid fase solid dan dan liquid kemungkinan kemungkinan besar merupakan jenis pemisahan yang paling sering digunakan pada suatu proses industri. Beberapa teknik yang digunakan untuk pemisahan kedua fase ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Teknik-teknik pemisahan pada gambar tersebut didasarkan atas perbedaan densitas atau massa jenis jenis liquid dan solid . Proses pemisahan ini sendiri adalah dengan menggunakan prinsip gravitasi, sentrifugasi atau filtrasi, tergantung dari ukuran dan bentuk partikel. Adapun teknik yang paling sesuai untuk suatu pemisahan akan tergantung pada konsentrasi solid dan dan laju alir masuk feed , termasuk didalamnya ukuran dan karakteristik partikel solid partikel solid .
Teknik Pemisahan Pemisahan So Soli li d-L iqui d (L iqui d-S d-Soli oli d)
Pemilihan alat untuk pemisahan fase ini akan tergantung pada objektif utamanya: apakah untuk mendapatkan liquid murni murni atau produk solid produk solid , atau berapakah derajat kekeringan dari solid dari solid yang yang diinginkan, atau berapakah ukuran dari partikel yang masuk.
Page 4 of 51
Al at-Alat un tuk Pemisahan Soli d-Li quid berdasarkan Konsentr asi dan Uku ran Parti kel (setelah Dah lstr om dan Corn ell, 1971)
1.2
Definisi Thickener
Thickener adalah salah satu jenis alat industri kimia yang berfungsi meningkatkan konsentrasi suatu suspensi dengan jalan sedimentasi (pengendapan) dan pembentukan zat cair yang jernih. Hasil luaran dari thickener biasanya langsung masuk ke Filter Press yang berfungsi untuk menghilangkan air pada sludge hingga dihasilkan limbah berupa padatan. Tujuan proses thickening adalah untuk: a. Memekatkan (meningkatkan konsentrasi) padatan b. Mengurangi volume padatan Proses sedimentasi terdiri dua subproses utama, yakni thickening dan klarifkasi (clarification); alat untuk kedua proses ini juga mirip. Yang membedakan keduanya adalah tujuan utama masing-masing alat. Tujuan utama proses Page 5 of 51
thickening adalah untuk
meningkatkan konsentrasi dari suspended solid (SS) bila kandungannya SS-nya besar sedangkan tujuan utama klarifikasi adalah untuk memisahkan fine solid yang jumlahnya kecil sehingga didapatkan effluent liquid jernih. Thickening dan klarifikasi merupakan proses yang relatif murah ketika digunakan pada pengolahan liquid dengan volume yang besar. 1.3
Desain Thickener
Pemilihan Jenis Thickener Pemilihan jenis unit thickener tergantung pada optimalisasi pencapaian syarat, biaya pemasangan dan biaya operasional. Sebagai contoh, thickener berefisiensi tinggi, yang memaksimalkan konsentrasi padatan underflow, memerlukan tenaga putar yang lebih tinggi dibanding thickener konvensional. Kebanyakan manufaktur mempunyai ukuran yang telah sesuai dengan jumlah maksimum overlap pada bridge- supported ,
center-column-supported , dan tipe traction.
Bridge-supported thickener biasanya terpilih untuk garis tengah kurang dari 30 m (100 ft), center-column mendukung thickener terpilih untuk garis tengah lebih besar, dan unit traction memiliki harga yang sedikit mahal untuk ukuran lebih dari 75 m (250 ft) untuk kondisi yang menerapkan dinding topang sesuai untuk membawa beban. Kondisi khusus mempengaruhi pemilihan jenis thickener . Sebagai contoh, jika suatu unit harus disesuaikan untuk menjaga panas, jenis bridge-supported mungkin lebih hemat jika diameter (garis tengah) yang digunakan adalah sampai dengan 45 m (150 ft). Hal ini menyebabkan 30 m (100 ft) merupakan batas yang ekonomis untuk suatu unit.
Bahan Konstruksi Ada banyak material yang dapat dipakai untuk tanki. Kebanyakan dibuat dari baja, selain itu dapat juga dibuat dari kayu, baja tahan-karat, rubber-convered , atau campuran logam khusus.
Page 6 of 51
Bagian-Bagian Thickener
Bagian-B agian Thi ckener
Uni t T hi ckener dengan M ekanisme Bri dge-supported (Tampak A tas)
Page 7 of 51
Uni t T hickener dengan M ekanisme Bri dge-supported (Tampak D epan)
Bentuk thickener tampak luar hampir sama dengan kolam sedimentasi. Namun, ketinggiannya biasanya lebih tinggi karena thickener biasanya menampung sludge sedimentasi dan sludge dari kolam lain. Alat thickener tersusun dari perangkat utama berupa tanki silinder besar dengan rotating rake (penggaruk berputar) pada dasar tanki. Tanki segiempat juga dapat digunakan. Namun, tanki silinder biasanya lebih dipilih. Desain tanki sendiri diklasifikasikan berdasarkan bagaimana rake ditopang dan digerakkan. Sementara itu, desain rake ditentukan berdasarkan karakteristik (nature) dari solid. Desain dan konstruksi thickener dijelaskan oleh Dahlstrom dan Cornell (1971).
Page 8 of 51
1.4
Prinsip Kerja Thickener
Sedimentasi atau Pengendapan Sedimentasi adalah suatu unit operasi untuk menghilangkan materi tersuspensi atau flok kimia secara gravitasi. Proses sedimentasi pada pengolahan air limbah umumnya untuk menghilangkan padatan tersuspensi sebelum dilakukan proses pengolahan selanjutnya. Gumpalan padatan yang terbentuk pada proses koagulasi masih berukuran kecil. Gumpalangumpalan kecil ini akan terus saling bergabung menjadi gumpalan yang lebih besar dalam proses flokulasi. Dengan terbentuknya gumpalan-gumpalan besar, maka beratnya akan bertambah, sehingga karena gaya beratnya gumpalan-gumpalan tersebut akan bergerak ke bawah dan mengendap pada bagian dasar tangki sedimentasi. Page 9 of 51
Bak sedimentasi dapat berbentuk segiempat atau lingkaran. Pada bak ini, aliran air limbah sangat tenang untuk memberi kesempatan padatan (suspensi) untuk mengendap. Kriteria-kriteria yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak sedimentasi adalah surface loading (beban permukaan), kedalaman bak dan waktu tinggal. Waktu tinggal mempunyai satuan jam, cara perhitungannya adalah volume tangki dibagi dengan laju alir perhari. Beban permukaan sama dengan laju alir (debit volume) rata- rata perhari dibagi luas permukaan bak, satuannya m3 per meter persegi perhari.
Pr oses Sedim entasi (Gr avity)
Zona Penebalan
Flotasi (Pengapungan) Kebalikan dari proses pengendapan, flotasi adalah proses pemisahan padatan-cairan atau cairan-cairan yang dalam hal ini partikel atau cairan yang dipisahkan mempunyai berat Page 10 of 51
jenis yang lebih kecil dari pada cairan. Apabila perbedaan berat jenis secara alamiah cukup untuk dilakukan pemisahan, maka proses flotasi dinamakan “flotasi alamiah” (natural flotation). Apabila ditambahkan sesuatu dari luar untuk mempercepat pemisahan partikel, walaupun secara alamiah berat jenis partikel tersebut lebih ringan dari pada cairan, dinamakan aided flotation. Istilah “flotasi terdorong” (induced flotation), diterapkan pada keadaan berat jenis partikel secara alamiah lebih besar dari pada cairan, namun dibuat agar berat jenisnya lebih kecil. Sebagai contoh, penggabungan gas-partikel sehingga berat jenisnya lebih kecil dari cairan. 1. Induce Flotation Proses induced flotation yang menggunakan gelembung halus atau microbubbles yang berdiameter 40 – 70 mikron disebut dissolved air flotation (DAF). Teknik yang umum digunakan untuk menghasilkan microbubble adalah pressurization. Gelembung diperoleh dengan cara mengekspansi cairan yang telah banyak mengandung udara pada tekanan beberapa bar. Jenis tekanan yang dilepaskan akan menentukan kualitas gelembung yang dihasilkan. Cairan yang ditekan dapat air baku ( full-flow pressurization) atau recycle air olahan (recycle pressurization). Pada proses klarifikasi air permukaan atau air industri digunakan sistem recycle pressurization. Pada kasus pemekatan lumpur, digunakan full-flow pressurization atau recycle pressurization, 2. Natural Flotation Flotasi alamiah biasanya diterapkan pada proses pemisahan minyak. Pada flotasi ini kemungkinan didahului dengan proses penyatuan gelembung ( microdroplets menempel satu dengan yang lain) untuk mencapai ukuran minimum sehingga terjadi pemisahan. 3. Aided Flotation Flotasi ini adalah flotasi alamiah yang ditingkatkan dengan menyemburkan gelembung udara. Proses ini biasa diterapkan pada pemisahan lemak yang terdispersi dalam cairan. Dalam sistem ini terdapat dua daerah; satu daerah untuk pencampuran dan emulsifying ; yang lainnya daerah penenang untuk proses flotasi.
Page 11 of 51
Proses Pengapungan (F lotasi)
Penerapan Flotasi Penerapan DAF ( Dissolved Air Flotation) pada pengolahan air adalah sebagai berikut: a. Pemisahan flok pada proses klarifikasi atau penjernihan. b. Pemisahan dan perolehan kembali serat pada efluen pabrik kertas. c. Pemisahan minyak terflokulasi atau tidak terflokulasi dalam air limbah yang terdapat pada efluen refinery, airport dan pabrik baja. d. Pemekatan lumpur dari pengolahan biologi air limbah atau dari proses klarifikasi air minum. e. Klarifikasi cairan lumpur aktif.
1.5
Klasifikasi Thickener
Kon disi Oper asi
Berdasarkan kondisi operasinya, thickener dibagi menjadi dua jenis: batch thickener dan continuous thickener. a. Batch Thickener Batch thickener beroperasi sama seperti batch sedimentation dimana alatnya berupa tanki silinder; tanki terdiri dari bukaan masuk umpan untuk slurry dan bukaan keluar untuk produk. Tanki yang diisi dengan slurry dan padatan akan mengendap di bottom tanki.
Page 12 of 51
Thi ckener (Pr oses Batch atau Konti nu)
Batch thickener biasanya terdiri dari sebuah tanki berbentuk silindris dengan dasar berbentuk kerucut runcing. Setelah proses sedimentasi, zat cair kental yang berada di bawah dikeluarkan, sedangkan zat cair yang bersih yang berada di atas diambil melalui pipa offtake pada bagian atas tanki. Biasanya kondisi proses dalam thickener ini mirip dengan tube sedimentasi yang ada di laboratorium, dan selama tahap awal berlangsung, secara umum akan terbentuk zona konsentrasi suspensi yang sama nilainya dengan konsentrasi feed . Cara ini cocok dilakukan untuk skala laboratorium, karena sedimentasi batch paling mudah dilakukan dan pengamatan terhadap penurunan ketinggian mudah. Mekanisme sedimentasi batch pada suatu silinder atau tabung dapat dilihat mel alui gambar berikut:
M ekanisme Sedimentasi B atch
Keterangan: A = cairan bening B = zona konsentrasi seragam C = zona ukuran butir tidak seragam D = zona partikel padat terendapkan
Page 13 of 51
Gambar di atas menunjukkan slurry awal yang memiliki konsentrasi seragam dengan partikel padatan yang seragam di dalam tabung (zona B). Partikel mulai mengendap dan diasumsikan mencapai kecepatan maksimum dengan cepat. Zona D yang terbentuk terdiri dari partikel lebih berat sehingga lebih cepat mengendap. Pada zona transisi, fluida mengalir ke atas karena tekanan dari zona D. Zona C adalah daerah dengan distribusi ukuran yang berbeda-beda dan konsentrasi tidak seragam. Zona B adalah daerah konsentrasi seragam, dengan komsentrasi dan distribusi sama dengan keadaan awal. Di atas zona B, adalah zona A yang merupakan cairan bening. Selama sedimentasi berlangsung, tinggi masing-masing zona berubah (gambar b, c, d). Zona A dan D bertambah, sedang zona B berkurang. Akhirnya zona B, C dan transisi hilang, semua padatan berada di zona D. Saat ini disebut critical settling point, yaitu saat terbentuknya batas tunggal antara cairan bening dan endapan (Foust, 1980). b. Continuous Thickener Continuous thickener adalah alat yang memisahkan slurry untuk berbagai variasi konsentrasi. Thickener jenis ini melakukan proses sedimentasi untuk zat dengan konsentrasi yang tinggi. Hal yang paling penting untuk dikonsiderasi pada perhitungan desain continuous thickener adalah karakteristik pengendapan solid dalam slurry, luas tanki dan tinggi tanki. Karakteristik spesifik konsentrasi solid pada alat ini adalah bila waktu naik, maka kecepatan pengendapan akan menurun.
Contoh Ali ran pada Thi ckener
Continuous thickener berdiameter besar dan agak dangkal, tanki tersebut dilengkapi dengan rake untuk mengumpulkan sludge. Umpan akan masuk ke tengah tanki dan rake akan mengumpulkan sludge ke tengah, untuk kemudian dikeluarkan.
Page 14 of 51
Ti pe Rake pada Conti nu ous Th ick ener
Pola Ali ran dalam Continu ous Thi ckener
Fungsi utama thickener kontinu adalah untuk meningkatkan konsentrasi suatu solid terlarut dengan bantuan gravitasi sehingga material balance dalam keadaan steady state tercapai, zat padat ditarik secara kontinu melalui underflow yang di- supply ke feed . Saat steady state, ketinggian tiap zona akan konstan. Mekanisme sedimentasi kontinu bisa dilihat pada gambar berikut:
Gambar. Mekanisme Sedimentasi Kontinyu Keterangan : A = cairan bening B = zona konsentrasi seragam C = zona ukuran butir tidak seragam D = zona partikel padat terendapkan Page 15 of 51
Thickener kontinu ini terdiri dari sebuah tanki silinder dengan dasar yang rata. Suspensi dimasukkan ke tengah dengan kedalaman 0,3-1 m di bawah permukaan cairan; ini ditujukan untuk membuat sesedikit mungkin gangguan yang terjadi. Cairan kental secara berkala dipindahkan melalui sebuah outlet pada dasar tanki, dan setiap zat padat ( solid ) yang terendap di dasar tanki secara langsung dikeluarkan ke outlet dengan jalan atau mekanisme perputaran rake dari alat pengering yang terintegrasi dengan tanki. Rake selalu digantung sehingga lengannya selalu terlipat secara otomatis bila tenaga putarnya melebihi nilai tertentu. Hal ini mencegah kerusakan yang terjadi bila tanki terisi penuh ( overload ). Kinerja penggarukan (raking action) dapat meningkatkan pencapaian derajat pengentalan dalam thickener . Cairan jernih secara kontinu dipindahkan dari tanki yang kelebihan zat. Zat padat secara kontinu bergerak turun (mengendap), kemudian mengarah ke dalam outlet cairan kental. Cairan bergerak ke atas dan secara radial keluar. Kar akter i sti k Pengendapan
Aturan dasar untuk tahap pemisahan yang efisien adalah partikel tersuspensi mengendap di daerah laminer. Ini adalah daerah dimana kecepatan liquid yang naik lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan material solid yang mengendap. Untuk memenuhi persyaratan ini, karakteristik pengendapan relatif dari solid di dalam liquid diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok dasar, yaitu: a. Kelompok pertama: pengurangan partikel bebas Lumpur dengan kandungan solid, mengendap secara bebas tanpa mengganggu partikel lain meninggalkan bagian yang bening. Kelompok ini mengikuti aturan dasar Stokes sebelum mencapai titik untuk memasuki zona kompresi. b. Kelompok kedua: pengurangan partikel melayang Lumpur dengan suspended solid berada pada beberapa wilayah batas dari berbagai tingkat kejernihan; sebagian besar lumpur ini tidak menunjukkan interface yang tajam. Lumpur tersebut sering kali terflokulasi untuk meningkatkan tangkapan terhadap bagian terhalus, dengan demikian proses pengendapan dapat dipercepat. c. Kelompok ketiga: pengendapan partikel (mass particle subsidence) Lumpur dengan kandungan solid yang tinggi mengendap secara bebas pada bagian awal; tetapi, dengan singkat, kemudian partikel-partikel tersebut memulai gangguan yang menyebabkan kecepatan pengendapan menjadi menurun seiring dengan peningkatan Page 16 of 51
konsentrasi (akibat kompresi). Solid pada lumpur tersebut menunjukkan interface yang tajam antara bagian yang bening dan massa dari solid yang mengendap. Pemilihan peralatan sebagian besar tergantung pada uji kerja untuk menentukan tipe kelompok. Sebagai pedoman kasar, kelompok pertama, lumpur mungkin memiliki performa sesuai dengan pengendapan Lamella. Untuk kelompok kedua, clarifier menangani lumpur terflokulasi sedangkan kelompok ketiga thickener menangani lumpur konvensional. 1.6
Peranan Thickener dalam Dunia Industri
Pemilihan thickener harus hati-hati terutama karena alasan berikut: a. Tidak seperti peralatan lainnya thickener tidak memiliki perangkat cadangan (stand by), jadi jika thickener gagal bekerja, tidak akan ada sistem by- pass. Akibatnya, jika kegagalan terjadi, thickener lainnya harus bekerja ekstra (akibat penambahan beban). Akan tetapi, jika hanya tersedia satu thickener , maka keseluruhan proses produksi akan terhenti. b. Untuk memperbaiki thickener yang gagal bekerja, durasi perbaikan akan memakan waktu yang lama. Hal ini disebabkan ketika akan memperbaiki komponen yang rusak (seperti blade dan rubber lining ), tangki harus dikosongkan terlebih dahulu, kemudian underflow bed harus dibuang dan diisi kembali. Di samping itu, harus dicari pula temporary place yang sesuai untuk penyimpanan dan pembuangan liquid dalam volume besar. c. Thickener normalnya diposisikan jauh dari pusat plan dan cara pemasukan feed adalah dengan menggunakan gaya gravitasi (untuk menghemat biaya). Karena sistem gravitasi inilah, inlet harus dibuat dengan kemiringan (elevasi) tertentu; elevasi inlet ini dapat mempengaruhi keseluruhan elevasi pabrik. d. Thickener memakan lahan yang cukup luas sehingga perlu strategi untuk memaksimalkan lahan industri.
Page 17 of 51
BAB II CYCLONE 2.1 Konsep Dasar Pemisahan Gas -Solid
Tujuan utama proses pemisahan gas-solid adalah untuk membersihkan udara. Pada proses ini, dispersed finely divided solid (debu atau dust ) dan kabut liquid dipisahkan dari aliran gas. Aliran gas proses harus sering dibersihkan dengan alasan sebagai berikut: a. Mencegah pencampuran atau kontaminasi dengan katalis atau produk hasil b. Mencegah terjadinya kerusakan alat, seperti kompressor. c. Memenuhi peraturan polusi udara (air-pollution) d. Menjaga kebersihan (hygiene) e. Memisahkan senyawa beracun (toxic) dan zat berbahaya lainnya f.
Memenuhi kebutuhan udara bersih-terfiltrasi untuk proses yang menggunakan udara sebagai bahan baku dan proses yang membutuhkan clean working atmosphere, seperti industri farmasi dan elektronik Partikel yang dipisahkan memiliki variasi ukuran mulai dari large molecule berukuran
ratusan mikrometer, coarse dust (debu kasar) yang timbul akibar erosi ( attrition) katalis hingga ke ukuran fly ash yang dihasilkan dari pembakaran serbuk bahan bakar.
Peralatan Pemisah Gas-Solid
Page 18 of 51
2.2 Definisi Cyclone
Cyclone adalah alat yang menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan tekanan rendah (karena adanya perputaran) untuk memisahkan materi berdasarkan perbedaan massa jenis dan ukuran. Cyclone merupakan alat pemisah, biasanya solid-gas, yang paling sering digunakan. Alat ini secara umum memiliki desain konstruksi yang sederhana dan dapat dibuat dari berbagai jenis bahan (biasanya pelat logam) serta dapat didesain untuk operasi dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Cyclone cocok untuk digunakan untuk memisahkan partikel dengan diameter >5 µm; partikel kecil dengan ukuran hingga 0,5 µm dapat dipisahkan dengan catatan pemisahannya akan menghasilkan aglomerasi.
Cyclone sering digambarkan sebagai peralatan dengan efisiensi rendah. Namun, dalam perkembangannya, tercatat bahwa cyclone mampu menghasilkan efisiensi 98% bahkan lebih untuk partikel yang lebih besar dari 5 microns (Cooper, et al., 1986). Efisiensi lebih dari 98% juga tercatat pada siklon untuk partikel yang diameternya lebih dari 346 microns (Funk, P.A., et al., 2000). Page 19 of 51
2.3 Desain Cyclone
Umumnya, komponen cyclone atau centrifugal separator terdiri dari tiga bagian inti: a. Silinder vertikal dengan bagian bawah berbentuk c orong (conical ). b. Pipa outlet pada bagian bawah untuk mengeluarkan partikulat. c. Pipa outlet gas pada bagian atas. Stairmand mengembangkan dua desain standar untuk gas- solid cyclone: cyclone dengan efisiensi tinggi dan cyclone dengan throughput tinggi. Desain tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Di mensi Cyclone Standar un tuk: (a) Cyclone dengan Ef isiensi Ti nggi dan (b) Cyclone dengan L aju A li r Gas Tinggi
Desain yang paling umum digunakan adalah reverse-flow cyclone; konfigurasi desain lainnya digunakan untuk tujuan khusus tertentu. Pada reverse-flow cyclone, gas masuk secara tangensial melalui chamber atas dan turun secara spiral menuju seksi ujung pada bagian kerucut; gas kemudian bergerak ke atas ketika mencapai bagian dengan diameter yang lebih kecil, bergerak spiral dan keluar pada bagian melalui pipa vertical sentral. Solid bergerak secara radial sehingga menabrak dinding, turun pada sepanjang dinding dan kemudian dikumpulkan pada bagian bawah cyclone.
Page 20 of 51
Reverse-Fl ow Cycl one
Prosedur Pendesainan Cyclone secara Umum
1. Pilih jenis cyclone yang ingin dipakai: cyclone ingin efisiensi tinggi atau cyclone dengan throughput tinggi (sesuai kinerja yang diinginkan). 2. Perkirakan distribusi ukuran partikel atau solid pada aliran gas yang akan diolah. 3. Perkirakan jumlah cyclone parallel yang dibutuhkan. 4. Hitung diameter cyclone untuk kecepatan inlet sebesar 15 m/s (50 ft/s). Lakukan penyekalaan untuk cyclone lainnya. 5. Kalkulasikan faktor penyekalaan atas ( scale-up factor ) untuk transposisi. (Catatan: penyekalaan dan faktor penyekalaan dapat dilihat pada subbab Performa Cyclone). 6. Hitung kinerja cyclone dan efisiensi total ( solid recovery). Jika kurang memuaskan, cobalah dengan diameter yang lebih kecil. 7. Hitung pressure drop cyclone dan, bila dibutuhkan, pilih blower yang sesuai. 8. Hitung biaya dari system yang dibuat dan optimalkan biaya tersebut dengan cara mengoptimasi pressure drop sehingga didapat biaya produksi yang lebih rendah.
Page 21 of 51
2.4 Prinsip Kerja Cyclone
Prinsip kerja cyclone adalah sebagai berikut: a. Gas atau aliran fluida diinjeksikan melalui pipa input. b. Bentuk kerucut cyclone menginduksikan aliran gas atau fluida untuk berputar, menciptakan vortex. c. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih besar didorong ke arah luar vortex. Gaya gravitasi menyebabkan partikel-partikel tersebut jatuh ke sisi kerucut menuju tempat pengeluaran. d. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih kecil keluar melalui bagian atas dari cyclone melalui pusat yang bertekanan rendah.
Pri nsip Kerj a Cyclone
e. Cyclone membuat suatu gaya sentrifugal yang berfungsi untuk memisahkan partikulat dari udara kotor. f. Gaya sentrifugal timbul saat partikulat di dalam udara masuk ke puncak kolektor silindris pada suatu sudut dan diputar dengan cepat sehingga mengarah ke bawah seperti pusaran air.
Page 22 of 51
g. Aliran udara mengalir secara melingkar dan partikulat yang lebih berat mengarah ke bawah setelah menabrak ke arah dinding cyclone dan meluncur ke bawah.
Konf igur asi Pri nsip Kerja Cyclone
2.5 Klasifikasi Cyclone
Terdapat dua jenis cyclone: hidrocyclone dan multicyclone. a. Hydrocyclone Hydrocyclone adalah suatu alat yang berfungsi untuk memisahkan padatan atau gas dari cairan berdasarkan perbedaan gravitasi setiap komponen.
Gambar H ydrocyclone
Page 23 of 51
Hydrocyclone bekerja dengan cara memutar zat yang dimasukkan di dalam ruang yang berkontur. Material yang lebih berat dialirkan ke bawah melalui jalur spiral di sepanjang dinding ruangan, sementara material yang lebih ringan diarahkan ke ruang penampung di bagian atas.
Keunggulan hydrocyclone: 1.
Biaya yang dikeluarkan lebih murah
2.
Tidak memerlukan sumber energi
3.
Biaya perawatan yang murah
4.
Mudah diterapkan dalam berbagai dunia industri
5.
Pemasangan yang cepat
6.
Kemungkinan kesalahan dalam pemasangan relatif kecil
Page 24 of 51
b. Multicyclone Ketika harus menangani volume gas dalam jumlah besar dan e fisiensi tinggi harus dihasilkan, maka digunakan beberapa cyclone dengan diameter kecil yang biasanya dipasang bersama membentuk multicyclone.
Gambar M ul ticyclone dengan Di ameter Relatif Kecil
Keuntungan multicyclone adalah tingkat efisiensinya yang lebih tinggi dibandingkan single-cyclone separator (90-95%). Sebaliknya, kekurangan multicyclone adalah sebagai berikut: 1. Cenderung terjadi penyumbatan karena diameter yang kecil. 2. Membutuhkan tempat yang lebih besar dibanding single-cyclone. 2.6 Bentuk-Bentuk Cyclone
Dua bentuk utama dari cyclone adalah axial flow cyclone dan tangensial cyclone. a. Axial Flow Cyclone Prinsip kerja cyclone jenis ini mirip dengan tangensial cyclone. Pada axial flow cyclone, materi masuk melalui bagian atas cyclone dan dipaksa bergerak membentuk sudut pada bagian atas. Axial flow cyclone lebih banyak digunakan daripada tangensial cyclone.
Page 25 of 51
Gambar Ax ial F low Cyclone
b.
Tangensial Cyclone Prinsip kerjanya sama dengan axial flow cyclone. Pada tangential cyclones, materi
masuk dari celah pada sisi yang berada pada posisi menyudut dengan badan cyclone.
2.7 Performa Cyclone dan Key Par ameter Pendukung Lainnya
Kur va Kin erj a (Perf orma), Kondi si Standar (a) Cyclone dengan Ef isiensi Ti nggi dan (b) Cyclone dengan Laju A li r Gas Tin ggi
Kurva kinerja (performa) kedua desain ini didapat secara eksperimental di bawah kondisi standard testing yang ada; kurva kinerja ditunjukkan pada di atas. Kurva ini dapat digunakan untuk cyclone dengan ukuran dan kondisi operasi lainnya dengan menggunakan persamaan penyekalaan berikut:
Page 26 of 51
dimana:
= diameter rata-rata partikel pada kondisi standar
= diameter rata-rata partikel pada desain yang diinginkan
= diameter cyclone standar
= diameter cyclone yang diinginkan, mm
= laju alir rata-rata:
= 8 inchi (203 mm)
untuk desain dengan efisiensi tinggi
= 223 m3/h
untuk desain dengan throughput tinggi
= 669 m3/h
= laju alir yang diinginkan, m3/h
= perbedaan densitas solid -fluida pada kondisi standar = 2000 kg/m 3
= perbedaan densitas yang diinginkan, kg/m 3
= viskositas fluida standar (udara pada 1 atm, 200C = 0,018 mN/m 2
= viskositas fluida yang diinginkan Kurva kinerja dari desain yang diinginkan dapat digambarkan dengan mengalikan
grade diameter pada kurva kinerja standar dengan, sebagai contoh, 10% kenaikan efisiensi, dan/atau dengan faktor penyekalaan yang diberikan pada persamaan di atas.
Gambar 2.4 Kurva Kin erja Terskala untuk Cyclone yang Dii ngin kan
Faktor-faktor yang dapat mengurangi performa (kinerja) cyclone: 1.
Kerusakan mekanik dari cyclone.
2.
Penyumbatan unit disebabkan endapan debu . Page 27 of 51
3.
Penggunaan yang berlebihan, biasanya disebabkan oleh abrasi.
Untuk cyclone, terdapat beberapa key parameter dalam pemisahan berbagai jenis materi, yaitu: a. Pressure drop () b. Overall efficiency
Pressur e Dr op ()
Penurunan tekanan pada cyclone disebabkan akibat rugi-rugi masuk dan keluar, dan rugi-rugi energi kinetik dan potensial. Persamaan empiris yand dikembangkan Stairmand (1949) dapat digunakan untuk memperkirakan nilai pressure drop ini.
dimana:
= pressure drop cyclone, milibar
= densitas gas, kg/m3
= kecepatan aliran masuk, m/s
= kecepatan aliran keluar, m/s
= radius lingkaran dimana garis tengah inlet adalah tangensial, m
= radius pipa exit , m
= faktor berdasarkan Gambar 2.5
= parameter berdasarkan Gambar 2.5
= faktor friksi = 0,005 untuk gas
= luas permukaan cyclone yang kontak dengan fluid putar, m 2
= luas permukaan pipa inlet, m2
Page 28 of 51
Gambar 2.5 Faktor Pressur e Dr op Cyclone
Persamaan Stairmand adalah untuk gas yang mengalir tanpa solid . Keberadaan solid biasanya akan menaikkan nilai pressure drop hasil kalkulasi, tergantung jumlah beban solid yang tersedia.
Ef isiensi Cyclon e
Efisiensi cyclone dapat ditentukan melalui kemampuannya untuk menangkap dan menahan partikel debu, dimana penurunan tekanan adalah kekuatan yang diperlukan unit tersebut agar fungsi ini dapat berjalan. Efisiensi Cyclone tergantung pada: 1.
Ukuran partikel. Semakin besar ukuran partikel, maka efisiensi cyclone akan semakin meningkat karena berdasarkan Hukum Stokes, diameter partikel berbanding lurus dengan terminal settling velocity. Page 29 of 51
Hukum Stokes: V tR
D p2 g ( p
) V 2
18
tan
gr
dimana: VtR
= terminal radial velocity
D p
= diameter partikel
g
= konstanta gravitasi
ρ p
= densitas partikel
ρ
= densitas fluida
μ
= viskositas fluida
Vtan
= kecepatan tangensial
r
= jari-jari cyclone
2. Diamater dari cyclone Berdasarkan gaya sentrifugal, diameter cyclone berbanding terbalik dengan gayanya, sehingga semakin kecil diameter cyclone maka semakin besar efisiensinya. 3. Viskositas dari gas Berdasarkan Hukum Stokes, semakin besar viskositas maka efisiensi cyclone semakin kecil. 4.
Temperatur gas buang Temperatur gas buang akan mempengaruhi sifat dari fluida.
5.
Densitas partikel Semakin besar densitas partikel maka akan semakin besar efisiensi cyclone.
6. Dust loading Semakin banyak dust loading, maka akan semakin baik efisiensi karena memungkinkan terjadinya tumbukan antarpartikel yang semakin besar. 7. Inlet velocity Semakin besar inlet velocity maka akan semakin besar efisiensi cyclone.
Page 30 of 51
Tabel Efisiensi Cyclone dan Beberapa Alat Lainnya (Daftar ini digunakan untuk Memilih Alat yang Paling Sesuai dalam Pembuatan Du st Ar restor dan Coll ector )
2.8 Kelebihan dan Kekurangan Cyclone
Kelebihan cyclone dibandingkan alat pemisah lainnya adalah sebagai beri kut: a. Biaya modal (produksi) rendah b. Ruang yang dibutuhkan kecil c. Tidak ada bagian-bagian yang bergerak Kekurangan cyclone dibandingkan alat pemisah lainnya adalah dibutuhkannya alat tambahan untuk menggerakkan aliran gas, seperti blower atau alat penyedia tekanan lainnya.
Page 31 of 51
Penggunaan Bl ower untu k Cyclone
2.9 Aplikasi Cyclone dalam Dunia Industri
Daftar industri yang memakai cyclone adalah sebagai berikut: a. Industri agrikultural, memisahkan partikel debu emisi dari pengolahan kapas, pembersihan
tepung,
traktor,
pencampuran
tepung,
dan
mesin-mesin
agrikultural lainnya. b. Industri makanan:
Memisahkan gumpalan partikel
Memisahkan protein dan zat tepung
Memisahkan butiran pasir dari gula dalam jus kaleng
Pemurnian air yang digunakan untuk membersihkan kentang dalam industri keripik kentang
c. Industri kilang minyak, untuk memisahkan minyak dan gas. d. Industri pengolahan batubara, untuk memisahkan komponen-komponen atau material yang ada pada batubara. Aplikasi sistem cyclone lainnya adalah pada industri peleburan timah, PB ( Particle Board ), pabrik pengolahan kayu dan industri yang menggunakan bahan bakar dari serbuk kayu.
Page 32 of 51
Page 33 of 51
BAB III SIMULASI HYSYS UNTUK CYCLONE Cyclone digunakan untuk memisahkan solid dari suatu aliran gas. Partikel solid yang akan dipisahkan tersebut berukuran lima mikron atau lebih. Cyclone tersusun dari silinder vertikal dengan bagian bawah berbentuk kerucut, inlet segiempat di bagian atas dan outlet untuk solid pada bagian bawah kerucut. Cyclone bekerja berdasarkan prinsip atau gaya sentrifugasi yang melemparkan partikel ke arah dinding. Partikel yang terlempar lalu menabrak dinding, turun sepanjang dinding yang dimaksud dan kemudian terpisah dari aliran gas. Untuk HYSYS, solid yang akan dipisahkan harus terlebih dahulu didefinisikan pada bagian komponen.
A. MEMULAI HYSYS
1)
Buka aplikasi HYSYS melalui Start | Aspen HYSYS 2006.5 .
Page 34 of 51
2)
Dari menu bar, klik File | New | Case. Perintah ini dapat juga dilakukan dengan mengklik ikon New Case
3)
di pojok kiri atas atau dengan menekan tombol Ctrl+N.
Klik Add pada tab Component . Masukkan fluid package yang dipergunakan (dalam hal ini Calcium dan Propane ).
Page 35 of 51
4)
Klik Add pada tab Fluid Pkgs. Masukkan fluid package yang dipergunakan (dalam hal ini Antoine ).
5)
Klik Enter Simulation Environment. Jendela kerja HYSYS akan terbuka.
6)
Klik ikon Material Stream
pada Pallete Case. Kemudian klik pada lembar kerja
HYSYS, lalu double klik pada ikon material stream pada lembar kerja tersebut.
Page 36 of 51
7)
Masukkan data feed sebagai berikut: Stream Name
Feed
Temperature
30 0C
Pressure
1 atm
Mass Flow
10 kg/h
Composition
Calcium : 30% Propane : 70%
Page 37 of 51
B. CYCLONE PROPERTY VIEW
Terdapat dua cara untuk menambahkan alat Cyclone ke dalam simulasi HYSYS.
Page 38 of 51
8)
Pilih Flowsheet | Add Operation dari menu bar . Jendela UnitOps kemudian muncul. Jendela ini juga dapat diakses dengan menekan tombol F12.
9)
Dari menu categories, klik Solid Handling. Kemudian, klik Cyclone dari daftar Available Unit Operations.
10) Klik Add.
ATAU
Page 39 of 51
7)
Pilih Flowsheet | Palette dari menu bar . Jendela Object Palette akan muncul. Jendela ini dapat pula diakses dengan menekan tombol F4.
8)
Klik ikon Solid Ops. Solid Operations Palette akan muncul. Klik ikon Cyclone.
Page 40 of 51
9)
Klik pada lembar kerja HYSYS.
10) Kemudian double klik Cyclone. Jendela Cyclone Property View akan muncul.
C. TAB DESIGN
Pada tab Design, terdapat lima subtab sebagai berikut:
Connections Parameters
Solids
User Variables
Notes
Subtab Connections
Bagian ini dimaksudkan untuk mendefinisikan nama operasi, berikut dengan feed, vapour product dan solid product stream.
11) Isikan data sesuai dengan gambar berikut pada subtab Connection ini.
Page 41 of 51
Subtab Parameters
Pada subtab ini, didefinisikan nilai dan jenis parameter seperti terlihat pada gambar.
12) Isi nilai efisiensi partikel sebesar 75%. Particle Efficiency
75%
Page 42 of 51
Parameter
Configuration
Deskripsi
Pilih salah satu dari High Efficiency, High Output atau User Defined. Pilih salah satu metode: Lapple atau Leith/Licht. Metode
Efficiency Method
kedua adalah untuk perhitungan yang lebih rumit s ebab efek radial mixing turut diperhitungkan.
Particle Efficiency
Persentase recovery dari solid yang diinginkan pada bottom stream.
Diameter yang tersedia – dari komponen atau dari karakteristik partikel – dapat digunakan dalam menentukan nilai efisiensi. Sebagai contoh, jika efisiensi senilai 85% dipilih, 85% solid dari diameter yang telah tersedialah yang akan didapat. Jenis solid lain akan terpisah sesuai dengan jumlah efisiensi yang tersedia.
Subtab Solids
Karakteristik atau sifat solid ditentukan pada subtab ini. Subtab Solids ini memiliki dua jenis data, tergantung dari pilihan yang di-tick pada bagian Efficiency Basis.
13) Isi Calcium pada bagian Solid Name. Solid Name
Calcium
Page 43 of 51
Ketika Single Particle Diameter dipilih, Parameter
Deskripsi
Pilih salah satu: mengisi pada bagian nama solid seperti Solid Name
yang telah terdefinisi pada komponen, atau mengisi nilai particle density dan diameter.
Particle Density dan Particle
Jika komponen ( solid ) tidak diisi, kedua bagian ini harus
Diameter
diisi.
Ketika Particle Size Distribution dipilih, Parameter
Deskripsi
Pilih salah satu: mengisi pada bagian nama solid seperti Solid Name
yang telah terdefinisi pada komponen, atau mengisi nilai particle density dan diameter.
Particle Density
Particle Diameter
Jika komponen ( solid ) tidak diisi, Particle Density harus diisi. Jika komponen ( solid ) tidak diisi, Particle Diameter harus diisi.
Subtab User Variables
Subtab ini memungkinkan user membuat dan mengimplementasikan variabel-variabel yang diinginkan pada operasi yang ditujukan.
Page 44 of 51
Subtab Notes
Subtab ini menyediakan text editor sehingga user dapat me-record komentar atau informasi apapun terkait unit operasi tertentu atau simulasi secara umum.
D. TAB RATING
Tab Rating memiliki dua subtab yaitu sizing dan constraints. Subtab Sizing
. Ketika Off dipilih, checkbox Specify Number of Parallel Design Mode Cyclones akan muncul. Tick checkbox ini jika ingin meng-input jumlah
parallel cyclone secara manual (berdasarkan flowsheet ).
. Bagian ini ditampilkan dalam bentuk tabel. Sizin g Ratios
Page 45 of 51
Parameter
Configurations
Inlet Width Ratio Inlet Height Ratio Cyclone Height Ratio Gas Outlet Length Ratio Gas Outlet Diameter Ratio Total Height Ratio Solids Outlet Diameter Ratio
Deskripsi
Pilih High Output, High Efficiency, atau User Defined. Bagian ini juga tersedia pada Subtab Parameters. Rasio lebar inlet terhadap diameter (harus antara 0 sampai 1). Nilai bagian ini harus kurang dari Total Height Ratio. Rasio tinggi inlet terhadap diameter. Rasio tinggi Cyclone terhadap diameter. Cyclone adalah seksi kerucut pada bagian bawah keseluruhan operasi. Rasio panjang gas outlet terhadap diameter. Rasio diameter gas outlet terhadap diameter (harus antara 0 sampai 1). Nilai bagian ini harus kurang dari Total Height Ratio. Rasio tinggi total alat terhadap diameter. Rasio diameter outlet solid terhadap diameter. Jika Design Mode berada pada kondisi On, nilai ini akan
Body Diameter
otomatis terisi. Jika Design Mode berada pada kondisi Off , nilai pada bagian ini harus diisi secara manual. Jika Design Mode berada pada kondisi On, bagian ini akan menunjukkan jumlah Cyclone parallel (jika ada)
#Parallel Cyclones
yang tergabung dalam unit operasi. Jika Design Mode berada pada kondisi Off dan checkbox Specif y Num ber of Paral lel Cycl ones di-tick , nilai pada bagian ini harus diisi
secara manual.
Subtab Constraints
Subtab ini digunakan untuk menentukan nilai minimum dan maksimum dari diameter Cyclone. Subtab ini juga tersedia hanya jika Design Mode berada pada kondisi On.
Page 46 of 51
Jumlah maksimum perubahan tekanan dan jumlah maksimum Cyclone ditentukan pada subtab ini. Kedua nilai ini digunakan dalam perhitungan untuk menentukan jumlah minimum Cyclone yang dibutuhkan untuk menyelesaikan proses pemisahan.
E. TAB WORKSHEET
Tab Worksheet berisi tentang ringkasan informasi terkait seluruh aliran yang ada dalam proses yang tersedia.
F.
TAB PERFORMANCE
Tab Performance menampilkan subtab Results. Subtab Results
Bagian ini menampilkan hasil kalkulasi dari penurunan tekanan, efisiensi keseluruhan dan jumlah Cyclone parallel yang digunakan.
Page 47 of 51
G. TAB DYNAMICS
Unit operasi ini saat ini belum tersedia untuk simulasi dinamis.
14) Selesai.
Page 48 of 51
BAB IV KESIMPULAN Thickener merupakan alat pemisah liquid-solid untuk industri yang didalamnya terdapat subplan yaitu pengolahan limbah. Inti dari proses thickener adalah untuk menebalkan suspense solid yang berukuran kecil, sedang, ataupun besar sehingga dapat dipisah pada pipa outlet yang berbeda. Thickener harus dirawat sedemikian rupa sehingga tidak terjadi kerusakan. Apabila kerusakan terjadi, maka bisa menyebabkan industri berhenti total atau thickener kedua akan menahan beban yang lebih berat dari feed . Sementara itu, cyclone merupakan alat untuk memisahkan partikel, biasanya solid (> 5 mikron) berdasarkan prinsip atau gaya sentrifugasi yang melemparkan partikel ke arah dinding. Partikel yang terlempar lalu menabrak dinding, turun sepanjang dinding yang dimaksud dan kemudian terpisah dari aliran gas. Secara umum, cyclone diklasifikasikan menjadi hydrocyclone dan multicyclone.
Page 49 of 51
