Distillation
Column Control – Pressure Control
Kolom distilasi (distillation column) merupakan peralatan proses yang
banyak digunakan dalam industri proses termasuk kilang minyak. Kolom distilasi
digunakan untuk memisahkan suatu bahan yang mengandung dua atau lebih komponen
bahan menjadi beberapa komponen berdasarkan perbedaan volatility (kemudahan
menguap) dari masing-masing komponen bahan tersebut.
Kolom distilasi merupakan serangkaian peralatan proses yang terdiri
preheater, colum, condenser, accumulator, reboiler serta peralatan
pendukungnya, dengan konfirmasi seperti pada gambat berikut ini.
Kolom (column) atau sering disebut tower memiliki dua kegunaan; yang
pertama untuk memisahkan feed (material yang masuk) menjadi dua porsi, yaitu
vapor yang naik ke bagian atas (top/overhead) kolom dan porsi liquid yang turun
ke bagian bawah (bottom) kolom; yang kedua adalah untuk menjaga campuran kedua
fasa vapor dan liquid (yang mengalir secara counter-current) agar seimbang,
sehingga pemisahannya menjadi lebih sempurna.
Overhead vapor akan meninggalkan bagian atas kolom dan masuk ke condenser,
vapor yang menjadi liquid akan dikumpulkan di accumulator. Sebagian
liquid dari accumulator dikembalikan ke kolom sebagai reflux, sedangkan
sebagian lainnya sebagai overhead product atau distillate.
Bottom liquid keluar dari bagian bawah kolom dan dipanaskan ke reboiler.
Sebagian liquid menjadi vapor dan dikembalikan ke kolom, dan sebagian lainnya
akan dikeluarkan sebagai bottom product atau residue.
Ini adalah konfigurasi kolom yang relative sederhana, pada aplikasi yang
lebih kompleks, sebagian vapor atau liquid ditarik dari beberapa titik di
bagian samping kolom (sidestream) sebagai intermediate product dan/atau sebagai
reflux.
Pada umumnya bahan yang akan dipisahkan (feed) dimasukkan kedalam kolom
melalui bagian samping kolom tersebut. Komponen yang lebih ringan akan
menguap menjadi vapor dan naik ke bagian atas (overhead) kolom , sedangkan
komponen yang lebih berat berbentuk liquid akan jatuh ke bagian bawah (bottom)
kolom. Agar pemisahan dapat terjadi secara efektif, maka kedua fasa vapor
dan liquid harus ada sepanjang kolom. Untuk menjaga tercapainya kondisi
seperti ini, maka kondisi operasi kolom harus dijaga dengan menggunakan sistem
kontrol.
Sacar garis besar sistem kontrol pada kolom distilasi terdiri dari:
- Pressure
control.
- Reflux
control.
- Reboiler
control.
- Pump
arround control.
- Feed
control.
Serie ini akan membahas pressure control pada kolom distilasi, sedangkan
sistem kontrol lainnya akan dibahas pada serie selanjutnya.
Pressure control sangat penting dalam kolom distilasi karena berguna untuk
menjaga kestabilan kondisi equilibrium material dalam kolom. Bila
pressure kolom berubah-ubah maka proses pemisahan menjadi tidak sempurna
(upset). Pemilihan setpoint untuk pressure control merupakan hasil kompromi
dua kepentingan. Di satu sisi, pressure harus diambil cukup tinggi agar
proses kondensasi overhead vapor oleh condensor (heat exchanger dengan medium
pendingin) bisa terjadi, namun disisi lain pressure harus cukup rendah agar
proses vaporisasi bottom liquid oleh reboiler (heat exchanger dengan medium
pemanas) juga bisa terjadi. Pemilihan pressure ini dilakukan pada saat design
karena akan menentukan ukuran/spec dari peralatan yang digunakan terutama
condensor dan reboiler.
Konfigurasi pressure control yang akan digunakan sangat bergantung pada
jenis phase product/stream yang dihasilkan dan bergantung juga pada kandungan
uncondensable materials (material yang tidak terkondensasi) dalam overhead
vapor.
Berikut akan dibahas beberapa konfigurasi pressure control yang didasarkan
pada kondisi yang berhubungan dengan phase product serta kehadiran
uncondensable materials seperti berikut:
- Produk
berupa vapor dan ada uncondensable materials.
- Produk
berupa vapor dan tidak ada uncondensable materials.
- Produk
berupa liquid dan tidak ada uncondensable materials.
- Produk
berupa liquid dan ada uncondensable materials.
1. Produk berupa vapor
dan ada uncondensable materials.
Pada kasus ini, overhead product yang
dihasilkan berupa vapor. Oleh karena itu, maka pressure control dapat langsung
mangatur aliran/flow produk, seperti gambar 2a dan 2b. Dengan
konfigurasi seperti ini, response pressure control cukup cepat.
Cara kerjanya adalah sbb: Apabila pressure turun → pressure control
bereaksi menutup control valve → banyak vapor yang terakumulasi → menaikan
pressure kembali. Apabila pressure naik → pressure control bereaksi
membuka kontrol valve → vapor dibuang keluar → menurunkan pressure
kembali. Apabila parameter pressure controller di-tunning dengan benar,
maka akan diperoleh kondisi stabil dimana pressure akan berada pada nilai
sesuai setpointnya.
Liquid hasil kondensasi di condenser yang tertampung di accumulator hanya
digunakan untuk kebutuhan reflux. Level pada accumulator dijaga dengan
beberapa cara, yaitu: 1) mengatur aliran cooling system, gambar 2a dan
2b, atau 2) flow cooling system dijaga constant dan level control
memanipulasi aliran condensate yang dilewatkan ke mini vaporizer kemudian vapor
tersebut digabung dengan line yang berasal dari pressure control valve, gambar
2c, atau 3) memanipulasi vapor yang di-bypass dari condenser, gambar
2d.
Konfigurasi level control seperti gambar 2a dan 2b digunakan hanya bila
condenser mempunyai water residence time yang pendek sehingga tidak menyebabkan
time lag yang panjang pada level control. Jika tida, maka sebaiknya
menggunakan konfigurasi gambar 2c atau 2d.
2. Produk berupa vapor dan tidak ada uncondensable materials.
Apabila
produknya berupa vapor dan tidak ada uncondensable materials, maka pressure
kolom dibuat dengan jalan memasukkan inert gas atau fuel gas ke proses/kolom
lalu dibuang lagi ke venting/flare (gambar 3a atau 3b). Pada konfigurasi
seperti ini, pressure dijaga dengan cara mengatur aliran inert gas/fuel gas
yang masuk dan aliran ke venting/flare. Gambar 3b digunakan apabila
hendak menghilangkan impurity/soluble gas dalam liquid.
Cara kerjanya adalah sbb: Apabila pressure turun → pressure control
bereaksi membuka control valve injection dan menutupp control valve venting →
pressure akan naik. Apabila pressure naik → pressure control bereaksi
menutup control valve injection dan membuka control valve venting → pressure
akan turun. Apabila parameter pressure control di-tunning dengan benar,
maka akan diperoleh kondisi stabil dimana pressure akan berada pada nilai
sesuai setpointnya. Dalam konfigurasi ini, kedua control valve injection
dan venting bisa dibuat split-range.
Konfigurasi level control pada accumulator dapat menggunakan salah satu
dari konfigurasi yang dijelaskan pada item 1 diatas (gambar 2a, 2b, 2c atau
2d).
3. Produk berupa liquid dan tidak ada uncondensable materials.
Sama seperti produk berbentuk vapor, maka idealnya pressure dijaga dengan
memanipulasi aliran produk. Akan tetapi karena produknya liquid dan
diambil (draw-off) dari accumulator, maka time lag-nya cukup besar yang dapat
menyebabkan kinerja pressure control menjadi jelek. Oleh karena itu, cara yang
paling baik untuk dilakukan adalah dengan mengatur kecepatan terbentuknya
liquid di condenser, dimana penggunaannya sangat bergantung pada konstruksi
mekanis dari condenser tersebut.
a) Konfigurasi pertama adalah dengan
mengatur aliran cooling system (gambar
4a). Cara kerjanya adalah sbb: Apabila pressure naik yang berarti banyak
vapor yang terakumulasi di condenser, pressure control akan membuka control
valve cooling system sehingga memperbesar aliran cooling yang masuk yang
menyebabkan lebih banyak vapor yang terkondensasi. Dengan banyak vapor yang
terkondensasi, pressure kembali turun. Bila pressure turun, pressure
control akan menutup control valve cooling system sehingga memperkecil aliran
cooling yang masuk yang mengurangi vapor yang terkondensasi. Pengurangan vapor
yang terkondensasi ini akan menaikan pressure. Apabila parameter pressure
controller di-tunning dengan benar, maka akan diperoleh kondisi stabil dimana
pressure akan berada pada nilai sesuai setpointnya. Konfigurasi ini
digunakan jika residence time cooling system pendek, karena jika tidak maka lag
time pressure control menjadi besar yang menyebabkan kinerja control jelek.
b) Konfigurasi kedua adalah dengan
mengatur aliran liquid dari condenser ke accumulator, (gambar 4b dan 4c). Cara kerjanya adalah sbb: Apabila
pressure-nya naik, yang biasanya disebabkan condenser berisi banyak liquid
sehingga ruangan/permukaan condenser menjadi sedikit yang menyebabkan banyak
vapor tidak terkondensasi, maka pressure control akam membuka control valve
sehingga liquid pada condenser mengalir ke accumulator. Dengan membukanya
control valve ini, liquid pada condenser berkurang sehingga ruang kondensasi bertambah
yang menyebabkan banyak vapor yang terkondensasi sehingga pressure kembali
turun. Sebaliknya, apabila pressure turun maka pressure control akan
menutup control valve, liquid yang terakumulasi di condenser bertambah sehingga
memperkecil ruangan/permukaan kondensasi. Hal ini akan menyebabkan sedikit
vapor yang terkondensasi sehingga pressure naik.
c) Konfigurasi ketiga adalah dengan
mengatur aliran vapor ke accumulator yang di-bypass terhadap condenser (gambar 4d). Konfigurasi ini
digunakan bila elevasi condenser dibawah accumulator. Cara kerjanya
adalah sbb: Apabila pressure naik, yang biasanya disebabkan condenser
berisi banyak liquid sehingga ruangan/permukaan kondensasi menjadi sedikit yang
menyebabkan banyak vapor yang tidak terkondensasi, maka pressure control akan
menutup control valve yang menyebabkan adanya perbedaan pressure antara line
vapor dan accumulator. Perbedaan pressure ini menyebabkan liquid dari condenser
akan mengalir ke accumulator. Dengan mengalirnya liquid ke accumulator,
maka liquid pada condenser berkurang sehingga ruang kondensasi
bertambah yang menyebabkan banyak vapor yang terkondensasi sehingga
pressure kembali turun. Sebaliknya, apabila pressure turun maka pressure
control akan membuka control valve, yang menyebabkan pressure pada line vapor
dan condenser sama. Karena elevasi condenser lebih rendah dari accumulator maka
condenser akan terisi dengan liquid yang memperkecil ruangan kondensasi.
Hal ini akan menyebabkan sedikit vapor yang terkondensasi sehingga pressure
kembali naik.
4. Produk
berupa liquid dan ada uncondensable materials.
Pada dasarnya konfigurasi pressure control untuk kondisi ini hampir sama
dengan item 3 (produk liquid tanpa uncondensable materials). Yang
membedakannya hanya karena kehadiran uncondensable materials. Sesuai
dengan sifatnya yang uncondensable maka materials ini tidak akan terkondensasi
di condenser maka lama kelamaan material ini akan terakumulasi di condenser dan
menutupi/menyelimuti permukaan kondensasi sehingga produk tidak akan
terkondensasi, pada akhirnya menyebabkan pressure di condenser akan bertambah
terus tanpa bisa dikendalikan. Oleh karena itu, maka material ini harus
dihilangkan, misalnya dengan membuang ke venting system, flare atau ke low
pressure vessel. Agar pressure di condenser tetap terkendali, maka proses
pembuangan uncondensable materials juga dilakukan dengan menggunakan pressure
control, seperti terlihat pada gambar 5a dan 5b.
a) Konfigurasi pertama (gambar 5a) mirip
gambar 4a. Prinsip kerjanya adalah sbb: – Apabila liquid
sudah banyak terbentuk di condenser dan uncondensable materials juga sudah
banyak terkumpul di atasnya, pressure kolom akan naik. Kenaikan pressure
ini menyebabkan pressure control bereaksi membuka control valve venting
sehingga vapor pada condenser akan terbuang melalui venting valve dan
menutup control valve line pendingin sehingga mengurangi terbentuknya
liquid. Sehingga pressure kolom turun. – Sebaliknya,
penurunan pressure akan menyebabkan pressure control bereaksi menutup control
valve venting dan membuka control valve pendingin, sehingga vapor kembali
kembali terkondenasi menjadi liquid, sedangkan uncondensable materials akan
terakumulasi diatasnya sehingga menyebabkan pressure kolom kembali naik.
b) Konfigurasi kedua (gambar 5b) mirip
gambar 4b. Prinsip kerjanya adalah sbb: – Apabila liquid sudah
banyak terbentuk di condenser dan uncondensable materials juga sudah banyak
terkumpul di atasnya, pressure kolom akan naik. Kenaikan pressure ini
menyebabkan pressure control bereaksi membuka kedua control valve, sehingga
vapor pada condenser akan terbuang melalui venting valve dan liquid akan turun
ke accumulator. Dengan demikian pressure kolom akan turun. –
Sebaliknya, penurunan pressure kolom akan menyebabkan pressure control bereaksi
menutup kedua control valve, sehingga vapor kembali terkondensasi menjadi
liquid pada condenser, sedangkan uncondensable materials akan terakumulasi
diatasnya sehingga menyebabkan pressure kolom kembali naik.
Komentar
Posting Komentar