Tray Tower Word [PDF]

Citation preview

TRAY TOWER



Pengertian / Definisi Tray Tower Alat absorbsi atau disebut juga absorber adalah tempat campuran gas dan absorben dikontakkan satu sama lain secara intensif yang biasanya dalam arah yang berlawanan. Proses pengabsorbsi biasanya dibuat dalam bentuk kolom atau tabung. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut.



Berdasarkan cara kontak antar fase, alat transfer massa difusional dibagi menjadi 2 jenis, yaitu : 1. Proses keseimbangan dimana operasi dengan keseimbangan antar fase, yaitu alat dengan kontak bertingkat (stage wise contact / discreet), misalnya menara menggunakan plat atau tray (tray tower) 2. Proses kontrol kecepatan transfer massa, yaitu alat dengan kontak kontinyu (continuous contact), misalnya menara sembur, gelembung atau menggunakan bahan isian (packing).



Tray Tower Scrubber atau Plate Tower Scrubber merupakan scrubber vertikal, dimana bagian dalam dari kolom berisi sejumlah tray atau plate yang disusun pada jarak tertentu (tray/plate spacing) di sepanjang kolom. Jumlah tray/plate ideal yang dibutuhkan untuk memperoleh hasil pemisahan bergantung pada tingginya kesulitan pemisahan zat yang akan dilakukan dan juga ditentukan berdasarkan perhitungan neraca massa dan kesetimbangan. Gas yang mengalir dari bagian bawah Scrubber akan melintas dari lubang-lubang yang ada pada setiap pelat yang digenangi oleh aliran air yang mengalir dari bagian atas scrubber. Tipe ini tidak efektif untuk ukuran partikel sub mikron tetapi tipe ini memiliki efisiensi tinggi untuk ukuran partikel > 5μm dimana dengan ukuran tersebut efisiensi yang didapat mencapai 97%. Desain ini baik digunakan untuk aliran gas 1.000 – 75.000 cfm dengan L/G ratio lebih kecil dibandingkan dengan Spray Tower dan Ventury Scrubber.



Fungsi Tray Tower Fungsi Tray adalah sebagai tempat berlangsungnya proses perpindahan, tempat terbentuknya keseimbangan, dan alat pemisah dua fasa seimbang. Tray tower adalah salah satu alat yang digunakan untuk memisahkan satu komponen atau lebih dari campurannya menggunakan prinsip perbedaan kelarutan antara solut dan pelarut. Solut adalah komponen yang dipisahkan dari campurannya sedangkan pelarut atau absorben adalah cairan atau gas yang dapat melarutkan solut atau bahan yang akan diabsorpsi. Karena perbedaan kelarutan antara absorben dan solut maka transfer massa solute dari fase satu ke fase yang lain dapat terjadi. Di dalam Tray tower berlangsung operasi perpindahan massa secara kontak multitahap antara gas dan cairan. Dalam setiap tray tersebut, cairan (yang berperan sebagai absorben) dikondisikan kedalam suatu sistem kontak intensif dengan gas absortif sehingga tercapai keadaan kesetimbangan, yang berarti terjadi satu tahap yang ideal pada tray tersebut. Pada tahap yang ideal tersebut, komposisi rata-rata cairan yang meninggalkan talam atau tray berada dalam kesetimbangan dengan jumlah cairan yang meninggalkan talam tersebut.



Prinsip Kerja Tray Tower Dalam tray tower, cairan dimasukkan dari puncak kolom dan dalam perjalanannya, cairan akan mengalir menggunakan gaya gravitasi dari tray yang satu ke tray yang lain yang ada di bawahnya. Selama proses berlangsung, di setiap tray akan terjadi kontak fasa antara fasa cairan dengan fasa uap yang dimasukkan dari dasar kolom. Kedua fasa tersebut mengalami kontak melalui lubang-lubang yang ada pada seluruh bagian plat atau tray. Gas diharapkan bergerak keatas melalui lubang-lubang tersebut sementara cairan bergerak kebawah melalui permukaan atas plat dan downcomer. Secara keseluruhan, kontak antara fasa dalam tray tower dapat dipandang sebagai aliran lawan arah, meskipun arus yang sebenarnya terjadi adalah arus silang. Cairan akan dikumpulkan dibagian bawah dari kolom dan akan mengalami penguapan kembali oleh reboiler sementara gas dikumpulkan dibagian atas kolom dan akan mengalami kondensasi oleh kondensator, sehingga cairan dan gas yang telah terproduksi dibagian atas dan bawah kolom akan bersirkulasi/proses reflux sehingga hasil yang dicapai optimal.



Tray harus dirancang sedemikian rupa agar posisi cairan di setiap tray berada pada ketinggian yang cukup. Dengan demikian, untuk melewati cairan tersebut, gelembung-gelembung gas akan membutuhkan waktu relatif lama hingga memungkinkan dicapainya keseimbangan.



Kecepatan aliran uap / gas juga akan berpengaruh terhadap keberhasilan proses pemisahan. Jika kecepatan gas terlalu rendah, maka gelembung-gelembung gas akan mengembang, sehingga luas permukaan bidang kontak tiap satuan volume menjadi kecil. Hal tersebut akan mempengaruhi efisiensi pemisahan. Sebaliknya, gas dengan kecepatan tinggi cenderung akan terdispersi lebih sempurna sehingga efisiensi pemisahan meningkat. Namun, aliran gas dengan kecepatan tertentu akan membawa percikan cairan masuk kedalam tray yang ada di atasnya. Peristiwa ini disebut “liquid entrainment”. Jika entrainment yang terjadi berlebihan maka akan terjadi banjir atau flooding. Peristiwa ini tidak diharapkan karena justru akan menyebabkan efisiensi pemisahan turun.



Spesifikasi Tray Tower Berikut adalah spesifikasi dari Tray Tower:     



Kapasitasnya tinggi. Efisiensi tinggi. Pressure drop sedang. Biaya instalasi dan perawatan murah. Korosi rendah.



Jumlah Tahapan Plate pada Tray Tower Jumlah tahapan plate disusun berdasarkan:  



Tingginya kesulitan pemisahan zat yang akan dipisahkan. Perhitungan neraca massa dan kesetimbangan.



Pemilihan Tray Tower Tray Tower lebih dipilih dibandingkan dengan Packed Tower karena:    



Bisa menangani laju alir liquid dan gas yang besar. Pembersihan mudah karena bisa dipasang manhole. Lebih mudah untuk pengambilan produk melalui samping. Desain Plate lebih terjamin efisiensi kerjanya.



Syarat penggunaan Tray Tower Sebagai alat pemisah, tray tower dipilih jika :  Diameter kolom lebih dari 3 ft. sebab pembuatan tray dengan ukuran kecil relatif sulit dan sebagai konsekwensinya harga tray menjadi lebih mahal.  Campuran yang akan dipisahkan tidak mudah membentuk buih, tidak korosif, dan mengandung suspensi padatan.  Proses pemisahan disertai dengan reaksi kimia, sehingga koil pendingin dapat dipasang di antara dua tray berurutan (reaksi eksotermis) dan pemasangan koil pemanas dapat dilakukan jika reaksinya bersifat endotermis.



Kondisi Operasi Tray Tower Kondisi operasi kolom ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada suatu tray. Kondisi operasi puncak kolom, ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan T1 dan P1 yang membentuk keseimbangan pada tray nomor 1 (satu) atau tray puncak, baik menggunakan kondensor total, maupun parsial. Kondisi operasi dasar kolom, ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan Tn dan Pn yang membentuk keseimbangan pada tray ke n atau tray dasar, baik menggunakan reboiler total maupun reboiler parsial.



Penting untuk diperhatikan:    



Jika memungkinkan, operasi kolom pada tekanan 1 atmosfer. Tekanan tinggi atau tekanan vakum sebisa mungkin harus dihindari. Suhu dan tekanan puncak kolom, harus di bawah suhu dan tekanan kritis masingmasing komponen yang dapat terjadi pada hasil puncak. Suhu dan tekanan puncak kolom, lebih rendah dari suhu dan tekanan dasar kolom. Kondisi operasi kolom, ditentukan dengan mempertimbangan utilitas yang ada atau harus diadakan serta beda suhu yang diijinkan.



Jenis2 Tray Tower Ada beberapa jenis plat tray, yaitu: 1. Sieve Tray Tray jenis ini terdiri dari lubang-lubang yang berdiameter antara 3 – 12 mm. Luas penguapan atau luas lubang-lubang ini sekitar 5-15 % luas tray. Cairan diupayakan tidak mengalir melalui lubang-lubang tersebut dengan mengatur energi kinetik dari gas dan uap yang mengalir. Ketinggian atau kedalaman cairan pada tray dapat dipertahankan dengan limpasan (overflow) pada tanggul (outlet weir)



Gambar 1 Sieve Tray



2. Valve Tray Valve tray adalah modifikasi dari jenis sieve dengan menambahkan katup-katup untuk mencegah kebocoran atau mengalirnya cairan ke bawah melewati lubang tray pada saat tekanan uap rendah. Tray jenis ini biasanya lebih mahal 20 % dari



Gambar 2 Valve Tray



sieve tray. Namun kelebihannya di rentang operasi laju alir yang lebih lebar bila dibandingkan sieve tray.



3. Bubble Cap Tray Bubble cap tray sudah digunakan lebih dari seratus tahun yang lalu namun pada tahun 1950 mulai digantikan dengan jenis valve tray. Desain bubble cap ini lebih rumit sehingga biayanya menjadi lebih mahal. Namun jenis ini dapat digunakan apabila diameter kolomnya sangat besar.



Efisiensi Tray Tower Efisiensi tray adalah pendekatan fraksional terhadap kondisi kesetimbangan yang dihasilkan oleh tray aktual. Dalam keadaan seimbang, komposisi komponen ringan dalam fasa uap, cairan merupakan komponen maksimal, minimal yang dapat dicapai pada satu tahap keseimbangan pada suhu tertentu. Namun, kenyataan menunjukkan bahwa hal yang demikian sulit bahkan tidak mungkin dapat dicapai pada konstruksi dari alat kontak antar fasa jenis apapun. Komposisi uap sesungguhnya lebih rendah daripada komposisi idealnya jika keseimbangan benar-benar terwujud. Demikian sebaliknya untuk komposisi cairannya.



Applikasi Tray Tower dalam Industry 1. Pengolahan Minyak Bumi Dalam proses distilasi bertingkat, minyak mentah tidak dipisahkan menjadi komponen-komponen murni, melainkan ke dalam fraksi-fraksi, yakni kelompok-kelompok yang mempunyai kisaran titik didih tertentu. Hal ini dikarenakan jenis komponen hidrokarbon begitu banyak dan isomer-isomer hidrokarbon mempunyai titik didih yang berdekatan. Proses distilasi bertingkat menggunakan Tray Tower ini dapat dijelaskan sebagai berikut: 



















Minyak mentah dipanaskan dalam boiler menggunakan uap air bertekanan tinggi sampai suhu ~600oC. Uap minyak mentah yang dihasilkan kemudian dialirkan ke bagian bawah menara/tanur distilasi. Dalam menara distilasi, uap minyak mentah bergerak ke atas melewati pelat-pelat (tray). Setiap pelat memiliki banyak lubang yang dilengkapi dengan tutup gelembung (bubble cap) yang memungkinkan uap lewat. Dalam pergerakannya, uap minyak mentah akan menjadi dingin. Sebagian uap akan mencapai ketinggian di mana uap tersebut akan terkondensasi membentuk zat cair. Zat cair yang diperoleh dalam suatu kisaran suhu tertentu ini disebut fraksi. Fraksi yang mengandung senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi akan terkondensasi di bagian bawah menara distilasi. Sedangkan fraksi senyawasenyawa dengan titik didih rendah akan terkondensasi di bagian atas menara. Sebagian fraksi dari menara distilasi selanjutnya dialirkan ke bagian kilang minyak lainnya untuk proses konversi.



2. Contoh Proses Distilasi Minyak Serei Pada proses distilasi ini dilakukan dengan cara distilasi bertingkat. Pada distilasi pertama bertujuan memisahkan senyawa organik dalam serai yang kemudian larut dalam air (air sebagai pelarut) , kemudian air hasil distilasi pertama akan didistilasi lagi. hal ini bertujuan memisahkan minyak serei dengan air. Disini minyak serei akan dipanaskan sampai berubah fase menjadi uap sedangkan air tetap berwujud cair. Uap serei akan didinginkan oleh air yang berasal dari luar tabung proses ini disebut kondensasi sehingga uap serei akan mengembun dan berubah fase menjadi cair dan terbentuk rendemen.



3. Pemisahan campuran Air- Alkohol Proses pemisahan air dan alcohol ini berlangsung pada proses distilasi sederhana dengan memanfaatkan titik didih campurannya.



Referensi: Santosa, H., 2004, “Diktat Kuliah Perancangan Tray Tower”, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik UNDIP, Semarang. USU Institutional Repository,http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16711/4/Chapter%20II.pdf. http://en.wikipedia.org/wiki/Theoretical_plate http://www.caesarvery.blogspot.com/2012/11/desain-kolom-pemisah-distilasi.html