Upload
branded-shop
View
928
Download
29
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
Proses Industri Kimia
Evaporator Distillation Drying Reaktor
Proses pemisahan
Reaksi kimia
Beberapa tipe dari Evaporator
Open kettle atau pan Horizontal-tube natural circulation Vertical-tube (short tube) Long-tube vertical-type evaporator Falling-film Forced-circulation Agitated-film
Evaporator
Proses pemisahan solvent dari larutan berdasarkan pada titik didihnya sehingga didapatkan konsentarsi produk yang lebih pekat.
Panas ditambahkan (steam) ke larutan untuk menguapkan solvent (biasanya air).
Panas disediakan oleh kondensasi dari uap (steam) pada satu sisi dari permukaan metal, dengan penguapan liquid pada sisi lainnya.
Konsentrasi feed masuk sangat encer viskositasnya rendah koefisien perpindahan panasnya relative tinggi.
Selama proses evaporasi, larutan akan menjadi sangat pekat dan cukup viscous penurunan koefisien perpindahan panas.
Open kettle/pan
Bentuk paling sederhana Terdiri dari open pan/kettle dimana liquid dididihkan. Panas di supply oleh kondensasi dari steam didalam jaket
atau didalam koil-koil yang dicelupkan didalam liquid Untuk beberapa kasus, api dikontakkan secara langsung
kedalam larutan Evaporator tipe ini tidak mahal Pengoperasiannnya cukup sederhana Panas ekonominya kurang
Horizontal-tube natural circulation
Steam masuk didalam tube Kondensat meninggalkan evaporator pada bagian akir dari
tube Uap meninggalkan permukaan liquid menuju baflle yang
dipasang pada bagian atas untuk mencegah carryover dari liquid
Uap keluar pada bagian atas menuju kondensor Tipe ini relatif murah dan digunakan untuk liquid yang
nonviscous Karena sirkulasi liquidnya sangat kurang, maka tipe ini
kurang cocok digunakan untuk liquid yang viscous.
Short-Tube
Tube yang digunakan dipasang secara vertikal Liquid masuk didalam tube, steam diluar tube Liquid bergerak keatas karena sirkulasi alami dan mengalir
kebawah melalui downcomer Tipe ini biasanya digunakan untuk liquid yang viscous. Biasanya digunakan diindustri gula, garam dan caustic
soda
Long-tube
Prinsipnya hampir sama dengan Short-tube Liquid masuk didalam tube, steamnya didalam shell Panjang tube ~ 3-10 m Secara umum, liquid mengalir melalui tube hanya sekali
lewatan dan tidak disirkulasikan. Waktu kontaknya cukup rendah Untuk beberapa kondisi tertentu, ketika ratio dari feed dan
laju penguapannya rendah, natural recirculation pada produk melalui evaporator dapat dilakukan dengan menambahkan pipa koneksi antara bagaian outlet dan inlet.
Biasanya digunakan untuk produksi milk.
Falling-film
Variasi dari long-tube Liquid dimasukkan pada bagian atas dari tube dan
mengalir kebawah melalui dinding membentuk lapisan tipis
Pemisahan uap-liquid biasanya terjadi pada bagian bawah Digunakan untuk material yang sensitive terhadap panas Untuk produksi fruit juices Holdup time sangat kecil (5-10 detik atu lebih)
Forced-circulation
Koefisien heat transfer dapat ditingkatkan dengan menggunakan pompa sehingga menyebabkan sirkulasi paksa dari liquid didalam tube
Tipe ini dapat dilakukan pada Long-tube evaporator dengan menambahkan pipa penghubung dengan pompa antara outlet concentrate line dan inlet feed
Tipe ini lebih pendek daripada long-tube Sangat cocok digunakan untuk liquid yang sangat viscous
Agitated-film evaporator
Untuk meningkatkan turbulensi didalam evaporator adalah dengan menambahkan pengadukan mekanik pada liquid
Dapat dilakukan dengan modifikasi falling-film evaporator Liquid masuk pada bagian atas dari tube dan mengalir kebawah
dengan membuat aliran turbulen oleh vertical agitator blades Larutan yang pekat meninggalkan bagian bawah dan uap
meninggalkan bagian atas melalui separator Digunakan untuk material yang viscous dan sensistif terhadap
panas, seperti rubber latex, antibiotics dan fruit juices Biaya operasionalnya mahal dan kapsitasnya kecil.
Tipe Evaporator
Single Effect Multiple Effect
Berdasarkan feed yang masuk, Multiple effect evaporator dapat diklasifikasikan:
1. Forward-feed
2. Backward-feed
3. Parallel-feed
Single Effect
Steam, Ts
Feed, TF
Condensate
Concentrated product
VaporKe kondensor
HE tubesT1
P1
T1
T1
F, XF, hF, TF
V, T1, Hv, yV
L, XL, hL
S, Ts, Hs
S, Ts, hs
Single Effect
Overall Mass balance:In – out = Acc
asumsi :
Steady state, Acc = 0
Tidak ada panas yang hilang (diisolasi)
F + S = V + S + L
F = V + L
Neraca masa komponen:F.XF + S.0 = V.0 + S.0 + L.XL
F.XF = L. XL
Single Effect
Neraca panas
F.hF + S.Hs = L.hL + V.Hv + S.hs
Steam hanya memberikan panas laten (λ), dimana
λ = Hs – hs
F.hF + S.(Hs- hs) = L.hL + V.Hv
F.hF + S. λ = L.hL + V.Hv
q = S. λ q = U.A.ΔT
Multiple Effect
Pembuangan energi pada single effect, karena panas laten dari uap yang meninggalkan evaporator tidak digunakan melainkan dibuang.
Panas laten ini dapat direcoveri dan dapat digunakan kembali pada multiple effect
Forward-feed
Steam yang dihasilkan pada eeffect 1 digunakan untuk memanaskan pada effect 2, dan effect 2 untuk effect 3 dan begitu seterusnya. Sedangkan feed yang masuk juga dari effect 1 ke 2, 2 ke 3 dan seterusnya
Multiple Effect
Backward-feed
Feed masuk pada effect terakir dan mengalir keeffect yang ada didepannya, sampai produk pekat yang diinginkan meninggalkan evaporator pada effect pertama.
Metode ini mempunyai keuntungan ketika feed nya yang masuk sangat dingin, karena feed akan dipanaskan oleh temperatur yang lebih tinggi pada effect ke 2 dan pertama.
Tipe ini membutuhkan pompa pada masing2 effect, karena liquid akan mengalir dari tekanan rendah ke tekanan tinggi.
Metode ini digunakan ketika produk yang diingginkan sangat viscous karena temperatur pada effect awal menurunkan viskositas.
Multiple Effect
Parallel-feed
- uap pada masing2 effect masih digunakan untuk memanaskan effect selanjutnya
- Adanya kombinasi dari uap dan feed yang digunakan
- Metode ini digunakan ketika feed yang masuk hampir saturated dan solid crystal sebagai produk.
Multiple effect
a. Forward, b. Backward, c. Mixed feed, d. Paralel Feed
Faktor-faktor yang mempengaruhi
Temperatur feed
Jika temparatur yang digunakan mendekati titik didihnya maka beban evaporator akan berkurang, dan kebutuhan panasnya juga sedikit
Tekanan
Titik didih larutan akan menurun jika tekanan operasinya diturunkan, hal ini akan menyebabkan kebutuhan panasnya rendan dan ukuran evaporatornya bisa dikurangi
Tekanan steam
Jika menggunakan tekanan tinggi, maka saturated steam akan meningkatkan perbedaan temperatur yang mana akan menurunkan ukuran dan biaya dari evaporator
back
DISTILASI
Digunakan untuk memisahkan komponen dari liquid solution berdasarkan pada relative volatility nya (α)
α : rasio dari konsentrasi A pada kondisi uap terhadap konsentrasi A pada liquid dibagi dengan ratio konsentrasi dari B pada kondisi uap terhadap B pada liquid
α = (yA/xA)/(yB/xB)
Jika A>1, pemisahan sangat mungkin dilakukan Semua komponen ditunjukkan dalam 2 fase (liquid dan uap) Uap dihasilkan dari fase liquid dengan penguapan pada titik
didihnya
Distilasi
Persyaratan dasar dari distilasi adalah komposisi dari uap berbeda dengan komposisi liquid didalam kesetimbangan pada saat titik didih liquid
Distilasi mengacu pada campuran larutan yang semua komponennya adalah volatile, seperti ammonia-air atau ethanol-air, dimana kedua komponen pada kondisi fase uap.
Distilasi berbeda dengan evaporator. Pada evaporator yang diuapkan hanya solventnya, misalnya garam-air, yang diuapkan hanya airnya saja sedangkan garamnya tidak.
Distilasi juga berbeda dengan absorpsi, dimana satu dari komponen didalam absorpsi tidak larut didalam fase liquid
Klasifikasi distilasi
Flash distillationUap yang dihasilkan dengan pendidihan dari campuran liquid dipisahkan didalam single stage. Tidak ada liquid yang dikembalikan melalui single stage.Ada 3 tipe dari distilasi ini:1. Equilibrium atau flash distillation2. Simple batch atau differential distillation3. Simple steam distillation
Fractional distillation/ distillation with refluxUap bergerak menuju keatas melalui stages atau trays yang disusun secara seri dan kondensat mengalir kebawah pada trays dengan arah berlawanan terhadap uap.
Flash distillation
Terjadi pada single stage, dimana liquid diuapkan secara partial Uap yang masuk disediakan pada kondisi keseimbangan dengan
liquid, kemudian fase uap dan liquid dipisahkan Dapat dilakukan secara batch atau kontinyu
HeaterSeparator
L, x
V, y
Neraca masa total :
X xF = Vy + Lx
F, xF
Simple batch
Liquid dimasukkan pada kettle, lalu dididihkan secara lambat Uap diambil secara cepat oleh kondensor, dimana uap yang
tekondensasi dikumpulkan Komposisi liquid berubah dari x - dx
L mol liquid
x
V mol uap ke kondensor
y
Fractional distillation (blok diagram)
Steam
Sieve tray or stage
Bottom liquid product
Vapor
Reflux
Liquid
Feed
Reboiler
Liquid
Vapor
Cooling water
Produk
Feed
Condensor
back
Drying
Digunakan untuk memindahkan air dari material dan zat lain Digunakan pemindahan organik liquid seperti benzena atau
pelarut organik dari solid Secara umum didefinisikan perpindahan sejumlah kecil air dari
material. Air dipindahkan dengan mengontakkan udara kering kedalam
material solid.
Klasifikasi drying
Batch
Material dimasukkan kedalam peralatan pengering dan proses pengeringan dilakukan selama periode waktu tertentu
Continuous
Material ditambahkan secara kontinyu ke dryer dan material kering dipindahkan secara kontinyu
Kategori drying
1. Panas ditambahkan secara kontak langsung dengan udara panas pada tekanan atmosfer. Uap air yang terbentuk dipindahkan dengan udara
2. Vacuum drying. Proses penguapan air lebih cepat pada kondisi tekanan rendah, dan panas ditambahkan secara tidak langsung dengan mengontakkan dinding besi atau radiasi. Temperatur rendah dapat juga digunakan pada tekanan vacuum untuk material tertentu yang mungkin mengalami dekomposisi atau perubahan warna akibat temperatur yang tinggi
3. In freeze drying
Air disublimasikan dari material yang membeku
Peralatan dryer
1. Tray dryer
2. Vacuum-Shelf Indirect Dryers
3. Continuous Tunnel Dryers
4. Rotary Dryers
5. Drum Dryers
6. Spray Dryers
7. Drying of Crops and Grains
Neraca masa total
DRYER
Solid
Ls, Ts1, X1
Ts2, X2
Udara kering
G, TG2, H2TG1, H1
GH2 + LsX1 = GH1 + LsX2
back
Indirect-contact rotary dryer
Cone Dryer
Rotating batch vacuum dryer
Direct-heat rotary dryer
Reaktor
Tempat terjadinya reaksi untuk mendapatkan produk yang diinginkan
Digunakan untuk mempelajari kinetika dari suatu reaksi
Kriteria pemilihan reaktor
Mudah dalam pengambilan contoh maupun analisa produk Kemampuan reaktor untuk bekerja isothermal Tingkat efektivitas kontak antara reaktan dengan katalis Kemudahan penanganan katalis yang telah rusak Biaya operasi maupun konstruksi
Tipe Reaktor
Reaktor Batch Reaktor Diferensial Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (CSTR) Reaktor Integral (Fixed Bed Reaktor) Reaktor Transport Reaktor Transport dengan Resirkulasi
Reaktor Batch
Dilengkapi dengan pengaduk sehingga konsentrasi disemua titik sama/homogen
Bila menggunakan katalis maka dalam bentuk slurry Kontak antara reaktan dengan katalis lebih baik Digunakan untuk proses yang membutuhkan waktu reaksi yang
lama, seperti fermentasi Reaktan dan katalis dimasukkan secara bersamaan Tidak cocok digunakan untuk industri skala besar karena
biayanya mahal
Reaktor Batch
Pengaduk
Jaket pemanas/pendingin
Reaktor Diferensial
Digunakan dilaboratorium untuk studi kinetika, yaitu untuk menentukan laju reaksi sebagai fungsi konsentrasi
Berupa pipa yang diisi sedikit katalis sehingga membentuk suatu piringan dibagian tengah katalis tersebut
Karena katalisnya sedikit, konversinya sangat kecil Konsentrasi reaktan relative konstan Biaya operasinya murah Jarang digunakan untuk sistem multikomponen
Reaktor diferensial
FA0 FA0
ΔL
Katalis
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (CSTR)
Katalis dimasukkan bersamaan dengan aliran feed, dan meninggalkan reaktor bersamaan dengan produk
Katalis dalam reaktor mempunyai aktivitas dan selektivitas yang sama disemua titik
Reaksinya berjalan sangat baik Pemisahan antara fluida dan dengan katalis susah dilakukan Dapat digunakan hanya 1 unit atau dipasang secara seri dengan
tujuan untuk meningkatkan konversi reaksi Waktu tinggal dalam reaktor ditentukan oleh laju alir dari feed
masuk dan keluar Waktu tinggalnya terbatas sehingga sulit mencapai konversi
reaktan per volume reaktor yang tinggi
CSTR serie
Inlet
Outlet
Reaktor Integral
Reaktor bentuk pipa yang diisi dengan katalis padat Mudah dalam konstruksinya Walaupun terjadi channeling saat melalui katalis, tapi bukan
suatu masalah yang fatal Kontak antara reaktan dan katalis lebih besar, sehingga produk
yang dihasilkan juga lebih besar Untuk reaksi yang sifatnya sangat endothermis atau exothermis,
gradiant temperatur kearah axial dan radial dapat terjadi, sehingga kondisi isothermal susah dijaga
Kerusakan katalis selama reaksi akan menyebabkan laju reaksi berubah
Reaktor Integral (PFR)
Inlet Outlet
Katalis
PFR
Reaktor alir bentuk pipa dikenal juga sebagai Plug Flow Reaktor (PFR)
PFR lebih mudah dioperasikan dibandingkan CSTR, karena tidak ada bagian yang berputar serta konversi pervolume reaktor cukup tinggi
Kesulitan PFR adalah kontrol temperatur sepanjang reaktor dan kenaikan panas yang mendadak dapat terjadi ketika eksothermis
Reaktor tubular dapat digunakan tunggal dengan ukuran yang cukup panjang atau dengan ukuran yang pendek teatpi digunakan beberapa buah secara paralel yang dikenal Multi Tube Reaktor
Fixed Bed Reactor (Packed Bed)
Merupakan reaktor tubular tetapi diisi dengan katalis padat Reaksi heterogenous ini lebih banyak digunakan fase gas Kontrol temperatur sulit Pengaturan katalis dalam pipa yang susah Konversi reaksi yang tinggi
Fixed Bed Reaktor
Katalis padat dalam tube
Fluidized-Bed Reaktor
Analog dengan CSTR Pengadukannya baik, sehingga distribusi temperatur yang
merata sepanjang bed ( lebih uniform) Kemudahan dalam penggantian katalis atau regenerasi katalis Biaya operasinya dapat ditekan
Reaktor berpengaduk yang berisi solid
Stirred Contained Solids Reactor/SCSR Katalis padat diisikan pada padle dari pengaduk yang berputar
dengan kecepatan tinggi untuk mencegah perpindahan massa eksternal
Kondisi isothermal dapat terjaga dan kontak katalis dengan fluida terjadi dengan baik
Untuk ukuran katalis solid yang kecil (powder), kesulitan utama adalah ukuran screen pada padle agar katalis tidak keluar
Pengambilan contoh dan analisanya mudah
SCSR
Inlet
Outlet
Katalis
Reaktor Transport
Digunakan dalam proses produksi gasoline dari fraksinasi petroleum, pengeringan biji-bijian
Salah satu inert gas atau reaktannya sendiri bergerak membawa katalis sepanjang reaktor
Kerusakan katalis dapat diminimalkan Kemungkinan slip antara katalis partikel dengan gas untuk
aliran gas rendah Konstruksinya lebih mudah dibandingkan CSTR Pemisahan katalis dan reaktan gas yang cukup sulit
Reaktor Transport dengan Resirkulasi
Dengan resirkulasi gas dan katalis menghasilkan pengadukan yang sempurna
Distribusi produk dan parameter kinetik sedikit berbeda karena adanya pencampuran antara katalis segar dan yang sudah terpakai
Konstruksinya sedikit sulit karena adanya proses sirkulasi
back