Kolom Pemisah -part 5 (Last)

Dalam mengoperasikan sebuah kolom pemisah, kita harus menjaga keseimbangan antara uap yang naik dengan cairan yang jatuh dalam sebuah kolom. Keseimbangan ini diperlukan karena apabila kita tidak dapat mempertahankannya, dapat membuat operasi menjadi tidak stabil dan derajat pemisahan yang kita inginkan tidak bisa kita dapatkan. Untuk menggambarkan lalu lintas antara uap dan cairan melewati sebuah kolom packing atau tray, kita biasa menggunakan istilah loading.

Dalam sebuah kolom tray, vapor loading menggambarkan jumlah aktual aliran uap yang naik ke sebuah tray, dan sebaliknya liquid loading menggambarkan jumlah aktual aliran cairan yang jatuh ke sebuah tray.

Sebagai sebuah alat yang didesain untuk bekerja secara counter-current, kita harus bisa mengestimasi vapor dan liquid loading dan rasio dua parameter tersebut. Bayangkan, jika uap yang naik ke atas kolom ratenya terlalu tinggi, hal ini bisa menyebabkan peristiwa entrainment atau terjebaknya cairan dalam aliran uap dan membuat pemisahan tidak terjadi dengan baik.

Pada gambar dibawah, kita memiliki sebuah sistem pemisah yang berfungsi untuk memisahkan campuran biner alcohol dan air. Alkohol akan keluar sebagai distillat dan air akan keluar sebagai bottom product. Kolom pemisah didesain dengan memiliki reboiler dan juga total refluks.

Perhatikan gambar skema diatas: kita bisa mengetahui bahwa beban kerja (duty) dari reboiler dikontrol oleh temperature recorder control (TRC). Jika suhu bottom product turun, maka control valve steam akan otomatis terbuka dan menaikkan kapasitas reboiler. Hal ini berakibat akan semakin banyaknya uap terproduksi. Dalam kata lain, beban kerja condenser semakin besar dan rate refluks akan semakin bertambah. Untuk menjaga agar level refluks drum tetap stabil, maka level recorder control (LRC) dipasang untuk mengatur seberapa banyak distilat yang keluar dari kolom pemisah melalui kontrol valve tersebut.

Dari uraian diatas, dua poin dapat kita simpulkan :

1.      Duty condenser proporsional dengan duty reboiler.

Semakin besar duty reboiler maka akan semakin besar panas yang harus dipindahkan oleh condenser. Sebagian besar beban panas reboiler digunakan untuk menghasilkan refluks. Dengan kata lain, produksi refluks akan turut bertambah seiring meningkatnya kapasitas reboiler.

2.      Faktor satu-satunya yang mengontrol aliran uap adalah panas. Aliran uap naik ke atas kolom pemisah diciptakan oleh reboiler.

Jika kita asumsikan bahwa reboiler bekerja berdasarkan kontrol suhu otomatis, maka setiap kenaikan laju refluks akan menaikkan loading uap dan cairan dalam tray. Hal ini akan menaikkan total hilang tekan (dp) tray dan juga ketinggian cairan dalam downcomer tray.

Menaikkan kerja reboiler akan menaikkan laju massa uap dan konsentrasi komponen berat dalam uap. Meskipun demikian, suhu dalam dasar kolom akan selalu konstan. Hal ini dikarenakan naiknya duty reboiler akan direspon dengan naiknya refluks yang juga berfungsi untuk mendinginkan.

Pengaturan kinerja reboiler bukanlah satu-satunya parameter yang harus kita jaga dalam menjalankan kolom pemisah. Satu lagi hal penting yang bisa mempengaruhi kinerja kolom pemisah adalah tekanan dalam kolom pemisah. Laju volumetrik uap bisa bertambah ataupun berkurang sesuai dengan setting tekanan dalam kolom pemisah pada beban kerja reboiler yang konstan. Hal ini berarti, kita bisa mengubah kecepatan uap (dengan kata lain vapor loading) melewati tray pada laju massa yang sama.

Jika kita menaikkan tekanan dalam kolom, otomatis kecepatan uap akan berkurang. Hal ini akan menurunkan hilang tekan dalam melewati tray, sehingga ketinggian spray atau lompatan uap-cair akibat kontak di atas tray berkurang dan liquid backup di downcomer juga berkurang. Hal ini mencegah terjadinya entrainment, namun menambah potensi untuk menyebabkan peristiwa weeping. Gambar kiri menunjukkan kecepatan uap yang rendah, dan gambar kanan menunjukkan kecepatan uap yang tinggi.

Dampak positif dari menaikkan tekanan kolom adalah bertambahnya laju refluks. Hal ini bisa terjadi karena dengan menaikkan tekanan kolom, maka tekanan dalam reflux drum juga akan bertambah. Hal ini mengakibatkan, suhu yang diperlukan untuk mengkondensasikan uap menjadi turun akibat back pressure. Sehingga laju terbentuknya refluks menjadi bertambah.

Gambar diatas digunakan sebagai acuan untuk mendapatkan kondisi optimal dalam menjalankan sebuah kolom pemisah. Titik A merupakan kondisi dimana pemisahan terjadi secara efisien. Lepas dari titik tersebut, efisiensi pemisahan menjadi berkurang karena terjadi flooding/ dumping yang menyebabkan banyaknya fraksi berat yang dikandung dalam distilat.

Tes untuk Membedakan Flooding atau Dumping pada Waktu Alat Beroperasi

1.      Menurunkan tekanan kolom pada laju refluks konstan/ beban reboiler konstan

Lihat perbedaan suhu antara dasar dan puncak kolom. Jika perbedaannya semakin besar, atau suhu atas kolom turun, maka efisiensi tray dikarenakan adanya peristiwa dumping pada dek tray

2.      Menaikkan laju refluks pada kolom operasi konstan

Jika laju refluks dinaikkan dan suhu puncak kolom menjadi naik, maka terjadi peristiwa flooding atau entrainment berlebihan. Untuk mengetahui bagian tray mana yang mengalami flooding, maka pengecekan terhadap nilai delta P harus dilakukan untuk mengetahui tray mana yang tidak berfungsi dengan baik. Jika delta P besar, maka flooding terjadi pada bagian bawah tray atau pada bagian stripping. Jika delta P rendah, maka flooding terjadi pada bagian atas tray atau pada bagian rectifying.

Tentu saja masih banyak hal yang perlu dipelajari. Tetapi, paling tidak pembelajaran kita selama ini, bisa dijadikan sebuah dasar fondasi yang kuat yang bisa kita olah sehingga akan sangat dapat membantu kita dalam pengoperasian sebuah kolom pemisah.