alat industri kimia
TRANSCRIPT
Macam - Macam Alat Pemisah (Separator)
Banyak alat pemisah di industri kimia, seperti dibawah ini :
Cyclone Separator
Menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan tekanan rendah, spiral yg berputar di bagian
tengah kerucut utk memisahkan campuran berdasarkan perbedaan massa jenis dan ukuran. Udara
panas diinjeksikan melalui inlet pipe shg terjadi putaran dan menimbulkan vortex. Partikel
berukuran besar didorong dan membentur dinding ke arah luar. Gaya gravitasi menyebabkan
partikel jatuh menuju outlet pipe. Partikel dgn kerapatan lebih kecil keluar melalui bagian atas
pusat melewati tengah kerucut yg bertekanan rendah.
Cyclone Separator
Bak Sedimentasi / Sedimentation Tank
Menggunakan prinsip gaya gravitasi dalam pemisahannya, shg utk material dgn massa jenis
besar akan mengendap dan massa jenis kecil akan berada di lapisan atas. Aplikasi pada campuran
yg berpartikel besar.
Bak Sedimentation
Clarifier Tank
Menggunakan prinsip gaya gravitasi dalam pemisahannya yg dibantu oleh gaya sentrifugal
utk mempercepat pengendapan, aplikasi pada campuran yg halus yg tidak bisa dipisahkan dgn bak
sedimentasi. Biasanya material yg berpartikel besar akan mengendap dan ini sebagai impuruities
nya sedangkan yg berpartikel kecil dibuat overflow dan ini adalah material yg di inginkan.
Centrifuge Tank
Menggunakan prinsip gaya sentrifugal, dimana pengendapan tidak hanya memanfaatkan
gaya gravitasi dgn perbedaan massa jenis tetapi juga karena perputaran gaya sentrifugal shg
membuat campuran lebih cepat memisah. Biasanya aplikasinya yg diendapkan adalah bahan yg
ingin dimurnikan sedangkan yg dibuat overflow adalah kotoran (impurities). Jadi kerja
berlawanan dgn Clarifier.
Centrifuge System
Decanter Tank
Terdapat 3 phase yaitu light phase, heavy phase dan solid, dalam pemisahannya sama
dengan prinsip pemisahan diatas yaitu perbedaan massa jenis tapi disini dihasilkan 3 phase dan zat
yg diinginkan adalah light phase yg dibuat overflow.
Clarifier System
Kolom Distilasi / Distillator
Pemisahan cair – uap - cair antara 2 komponen / lebih berdasarkan perbedaan titik didih
dan rentang titik didih antara bahan tsb agak jauh, karena jika terlalu dekat titik didihnya akan
sulit utk dipisahkan dan didapatkan Distilat (fraksi yg ingin didapatkan dari campuran, letaknya di
atas pada bagian Kolom Distilat). Feed masuk melewati bagian tengah biasanya, Feed masih
mengandung banyak komponen dan ingin dipisahkan. Panas dihasilkan dari Boiler yg diletakkan
dibawah, shg uap panas mengalir dari bawah ke atas dan komponen Feed dari atas ke bawah, shg
di tengah2 pada Tray (sekat antara kolom2 di Kolom Distilasi) dan terjadi kontak antara kedua
phase. Karena terkena panas yg mendekati titik didih dari komponen maka salah satu fraksi
komponen ada yg menguap ke atas dan diatas ada Kondensor utk mengembunkan dari uap
menjadi liquid, liquid inilah yg kita sebut sbg Distilat. Utk pemurnian yg tinggi maka pada Kolom
Distilatditambah aliran Recycle yg dikembalikan lagi ke Kolom Distilasi utk dimurnikan lagi.
Fraksi lain yg belum mencapai titik didih akan jatuh ke bawah dan ditampung di Kolom
Bottom (disebut sbg residu / fraksi yg tidak diinginkan), karena fraksi yg jatuh ini kemungkinan
masih mengandung fraksi yg diinginkan, maka pada Kolom Bottom ditambah Recycle yg
dihubungkan dg Reboiler utk ikut pemanasan lagi. Kejadian ini terus menerus berjalan
selama Feed terus di injeksikan.
Kolom Distilasi
Kolom Ekstraksi / Exstractor Column
Pemisahan cair – cair yg penerapan utk 2 komponen / lebih, dimana jika 2 komponen,
komponen tsb sangat dekat titik didihnya dan tidak bisa dipisahkan dgn distilasi. Prinsip kerjanya
yaitu misalnya ada komponen A dan B, kita ingin mendapatkan A dan membuang B, maka perlu
ditambahkan komponen C yg mana sifatnya dapat mengikat dan dapat bereaksi dgn komponen B
shg komponen A terlepas sendiri dan dapat dipisahkan.
Sistem Ekstraksi
Kolom Absorber / Absorber Column
Pemisahan gas – liquid dgn cara pengkontakkan antara kedua phase. Prinsip kerjanya
adalah gas di injeksikan dari bawah menuju ke atas dan liquid dari atas ke bawah, ditengah kolom
aliran dibuat diagonal shg terjadi kontak lebih lama antara kedua phase, liquid akan mengikat
salah satu komponen yg dinginkan dari komponen gas dan dibawa ke kolom bawah
sbg Ekstrak (liquid + zat yg diinginkan dari gas) sedangkan komponen yg tidak diinginkan yg
terdapat pada gas akan terus keatas dan ditampung sbg Raffinat (liquid + zat yg tdk diinginkan
dari gas).
Kolom Absorber
Kolom Stripper / Stripper Column
Pemisahan liquid – gas, prinsip sama dgn Kolom Absorber tetapi disini pengikatan adalah
kebalikannya dimana sbg Ekstrak (gas + zat yg diinginkan dari liquid) dan Raffinat (gas + zat yg
tdk diinginkan dari liquid). Penggambaran kolom sama dengan Kolom Absorber.
Heat Exchanger (HE)
Di industri-industri kimia banyak memanfaatkan heat exchanger utk pertukaran panas, dan yg sering digunakan adalah 2 tipe dibawah ini :
1. STHE (Shell and Tube Heat Exchanger)adalah penukar panas yang terdiri dari bagian luar (shell) dan bagian dalam (tube)Karakteristik : Luas perpindahan panas > 120 ft2
Utk kapasitas aliran besar
Perawatan mudah
Efisien tempat
Dapat digunakan utk range suhu yg besar (-100 C sd 600 C)
Dapat digunakan utk tekanan besar, (shell 300 bar dan tube 1400 bar)
STHE
2. DPHE (Double Pipe Heat Exchanger)adalah alat penukar panas yg terdiri dari 2 pipa (annulus = luar dan inner pipe = dalam)Karakteristik : Digunakan utk kapasitas aliran kecil
Luas perpindahan panas < 120 ft2
Boros tempat
Sulit pembersihan
DPHE
Istilah-istilah yg sering muncul pada perancangan heat exchanger (HE) :
Fouling factor (Rd), tingkat kekotoran dari HE, digunakan utk menghitung efisiensi alat dari tahun ke tahun and pada STHE utk pembersihan tube per satu-satu shg alat tetap bisa bekerja. Rd > Rd ketetapan maka over desaindan Rd < Rd ketetapan maka under desain
Baffle, penghalang aliran pada DPHE shg aliran dari pipa luar lebih lama kontak dengan aliran bagian dalam
Uc, tahanan panas dalam keadaan bersih
Ud, tahanan panas dalam keadaan kotor
Pressure Drop (ΔP), penurunan tekanan karena aliran fluida. Utk liquid max 10 psi dan gas 2 psi
Co-Current, aliran antar fluida searah
Counter-Current, aliran antar fluida berlawanan arah
Alasan fluida ditempatkan pada pipa bagian dalam adalah
Fluida yg mudah menguap dan mahal harganya
Fluida panas, karena kalau diletakkan di bagian dalam lebih rendah heat loss-nya
Fluida dg laju alir yg besar, karena kalau didalam alat tdk goyang
Pada STHE, fluida mudah mengendap, jadi kalau diletakkan di tube akan mudah pembersihannya
Macam - Macam Pompa (Pump)
Pompa diklasifikasikan menjadi 2 yaitu :1. Dinamik, terbagi menjadi 3 yaitu :
Sentrifugal
Aksial / propeller
Pengaruh khusus, terbagi menjadi 4 yaitu (jet / eductor, gas lift, hidraulic ram, electromagnetic)
2. Perpindahan Positif (Positive Displacement), terbagi menjadi 2 yaitu :
Rotary, terbagi menjadi 4 yaitu : (gear dalam, gear luar, screw, vane pump)
Piston (Reciprocating)
Akan saya jabarkan secara sedehana sebagai berikut :1. Dinamik, prinsip kerja mengubah kecepatan fluida tinggi menjadi tekanan sehingga
terjadi dorongan aliran
Klasifikasinya : Efisiensi rendah dibanding tipe positive displacement
Kecepatan dan debit fluida tinggi
Biaya instalasi dan perawatan murah
Pompa dinamik terbagi menjadi 3 yaitu :a) Sentrifugal, prinsip kerja mengalirkan fluida dengan kecepatan tinggi oleh baling-
baling dan dikonversikan menjadi tekanan oleh casing dg menurunkan kecepatan.
Klasifikasinya : Aliran yg halus di dalam pompa
Tekanan discharge (keluaran) seragam
Kecepatan tinggi
Biaya rendah
Pompa paling umum digunakan, salah satu contohnya pompa air di rumah-rumah
Utk fluida dg viskositas < 0,2 Pa s (encer)
Centrifugal Pump
b) Aksial / Propeller, prinsip kerjanya fluida digerakkan oleh propeller yg berputar dg kecepatan tinggi dan diubah menjadi tekanan
Klasifikasinya : Head rendah dg kecepatan aliran besar
Biasanya utk pengairan
Axial Pump
c) Pengaruh Khusus (Special Effect), terbagi menjadi 4 yaitu :
# Jet / Eductor (Injector), prisip kerjanya menggunakan nozzle yg bekerja sesuai efek venturi shg bisa mengkonversi energi tekanan fluida menjadi energi gerak dan sisi suction (hisap) bertekanan rendah dan fluida mengalir.
Jet / Eductor (Injector) Pump
# Gas Lift, prinsip kerjanya menginjeksikan gas tertentu shg berat fluida turun dan reservoir dpt mengangkat fluida ke permukaan kolom.
Gas Lift
# Hidraulic Ram, prinsip kerjanya menggunakan energi kinetik dari cairan dan energi tsb diubah menjadi energi tekan dg pemukulan yg tiba-tiba.
Hidraulic Ram Pump
# Electromagnetic, prinsip kerjanya menggerakkan fluida dengan gaya elektromagnetik yg disebabkan medan magnetik yg dialirkan. Penggunaan terbatas pada logam.
Electromagnetic Pump
2. Perpindahan Positif / Positive Displacement, prinsip kerjanya memberikan gaya tertentu pada volume fluida, sehingga terjadi pengecilan ruang volume fluida shg tekanan naik dan terjadi dorongan.Klasifikasinya :
Perpindahan fluida stabil
Bisa digunakan utk head tinggi
Kapasitas rendah
Memberikan gaya per berat yg besar
Pompa perpindahan positif terbagi menjadi 2 yaitu : Pompa Rotary, prinsip kerja menggerakkan fluida dg berputarnya rotor di dalam
casing (rumah pompa), dengan bergeraknya rotor terjadi perubahan volume antara suction dan discharge shg fluida bisa terdorong keluar
Klasifikasinya :Cocok utk fluida kental
Efisiensi tinggi
Kecepatan rendah dan stabil
Aliran fluida lancar
Pompa rotary dibagi menjadi 4 yaitu :# Roda Gigi Luar, prinsip kerjanya saat antar roda gigi bertemu terjadi penghisapan
fluida kemudian berputar dan diakhir saat roda gigi akan pisah fluida terlempar keluar.
Roda Gigi Luar
# Roda Gigi Dalam, prinsip kerjanya roda gigi dalam yang berpasangan dengan roda gigi kecil dengan penggigian luar yang bebas, jadi roda gigi dalam yg melakukan penghisapan fluida.
Roda Gigi Dalam
# Pompa Ulir / Skrup (Screw), prinsip kerjanya jika jumlah skrup 1 maka skrup spiral berputar sedangkan jika jumlah skrup 2, 3 keatas maka skrup saling berputar dan salah satu ada yg diam.
Screw Pump
# Vane Pump, prinsip kerjanya baling-baling menekan lubang rumah pompa oleh gaya sentrifugal bila rotor diputar. Cairan yang terjebak diantara 2 baling-baling dibawa berputar dan dipaksa keluar dari sisi buang pompa.
Pompa Piston (Reciprocating), prinsip kerjanya gerakan piston naik turun, saat piston turun berarti volume silinder besar, tekanan turun maka fluida masuk kemudian saat piston naik berarti volume silinder mengecil dan tekanan naik maka fluida terdorong keluar
Klasifikasinya :Utk memompa endapan dan lumpur
Tekanan tinggi shg bisa digunakan utk head tinggi
Kapasitas rendah
Aliran tdk kontinyu
Reciprocating Pump
Macam - Macam Reaktor (Reactor)
Reaktor terbagi menjadi 2 yaitu :1. Reaktor kimia, tidak ada perubahan massa selama reaksi dan hanya berubah dari satu
bahan ke bahan lain.
2. Reaktor nuklir, ada perubahan massa yang berubah jadi energi yang sangat besar.
Reaktor kimia berdasarkan prosesnya ada 3 yaitu :1. Reaktor Batch, tidak ada massa masuk dan keluar selama reaksi. Jadi bahan
dimasukkan, direaksikan beberapa waktu / hari (residence time) dan dikeluarkan sebagai produk dan selama proses tidak ada umpan-produk mengalir. Contoh : fermentasi pembuatan alkohol.
Batch Reactor
Umumnya digunakan : Fase cair
Skala proses yang kecil
Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan
Memproduksi produk yang mahal
Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu
Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan
Proses memerlukan waktu lama
Keuntungannya : Lebih murah
Lebih mudah pengoperasian dan pengontrolan (penambahan bahan per volume)
Kerugiannya : Pengendalian suhu bermasalah
Lebih banyak pekerja, karena diperlukan utk pengawasan kondisi & prosedur yg berubah terus dari awal sampai akhir
Tidak baik utk fase gas, karena rentan bocor pada masukan pengaduknya
Tidak efektif utk skala besar karena waktu yang lama (tidak produktif)
2. Reaktor Kontinyu, proses umpan dan produk mengalir secara terus-menerus.
Keuntungannya : Alat lebih kecil dan murah
Bahan yg diolah lebih sedikit shg resiko kerusakan bahan lebih kecil
Kondisi operasi lebih seragam
Produk seragam
Pengurangan biaya per satuan produksi, karena proses dalam kapasitas kecil2
Biaya operasi & investasi rendah
Pengendalian kondisi operasi yang mudah
Ada 2 reaktor kontinyu : Mixed Flow Reactor (MFR), reaktor tangki berpengaduk dimana umpan masuk,
diproses beberapa waktu (residence time) lalu produk keluar. Biasanya reaktor jenis ini disusun paralel sehingga mempunyai kapasitas yang besar dan efisien waktu.
MFR
Keuntungannya : Suhu & campuran dalam reaktor sama (homogen) karena pengadukan
Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa terpenuhi
Kerugiannya : Untuk volume yg sama konversi lebih rendah daripada PFR
Tidak baik utk fase gas karena rentan bocor
Plug Flow Reactor (PFR), reaktor alir pipa, dimana umpan masuk pada masukan pipa, terjadi reaksi sepanjang pipa lalu keluar. Konversi semakin lama semakin tinggi di sepanjang pipa. Contoh petrokimia, pertamina
PFR
Umumnya digunakan : Fase gas dengan tekanan dan suhu tinggi
Keuntungannya : Konversi yg cukup tinggi dibanding MFR
Waktu yg relatif lebih singkat
Kerugiannya : Perawatan yang mahal
Memerlukan waktu utk kondisi steady state
3. Reaktor semi-batch
Macam-macam reaktor lainnya adalah :1. Packed Bed Reactor (PBR) atau Fixed Bed Reactor
- Terdri dari satu atau lebih tubes packed dengan partikel katalis, beroperasi pada posisi vertical
- Beroperasi adiabatis
Keuntungannya : Biaya operasi dan perawatan murah dibanding FBR
Bisa digunakan di suhu dan tekanan tinggi
Bisa dioperasikan dengan waktu tinggal yang bervariasi
Kerugiannya : Sulit dalam penjagaan distribusi aliran yg seragam
Bed yg kecil lebih efektif karena internal area yang besar tapi pressure drop tinggi
Regenerasi bed sulit dilakukan karena cenderung permanen
2. Fluidized Bed Reactor (FBR)
- Reaktor dg bed terangkat oleh gas reaktan
- Fungsi utk memprediksikan penurunan konversi pada pencampuran di dalam reactor- Jumlah bed lebih sedikit daripada PBR
- Luas permukaan lebih besar daripada PBR- Beroperasi isotermal
Keuntungannya : Suhu konstan shg mudah dikontrol
Regenerasi bed yg mudah
Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi
Kekurangannya : Bisa menyebabkan keausan dinding reaktor karena gerakan bed yg terus-menerus
bergesekan dg dinding
Karena bergerak terus-menerus dan antar bed bergesekan, bisa menyebabkan partikel bed mengecil dan terikut keluar sbg produk. Sehingga perlu ditambahkan cyclone separator.
3. Spray Tower
Spray Tower
Alat yang digunakan utk absorbsi gas, terdiri dari tower kosong dan satu set nozzle utk menyemprotkan cairan.
4. Packed Column
Packed Column
5. Bubble Tank
Bubble Tank
6. Agitated Tank
Agitated Tank