Simulasi Unit Separator di Aspen (Part 2)

Artikel part 2 ini adalah lanjutan dari part sebelumnya, jadi bagi anda yang ingin mengikuti alurnya silahkan baca part 1 terlebih dahulu. Pada part 1 sebelumnya anda telah sedikit memahami alat pemisahan komponen. Selanjutnya pada part 2 anda akan memahami alat pemisahaan untuk lebih dari 1 fase. Tahap ini merupkan tahap design sehingga diharap anda sudah memiliki role of thumb prosesnya bahwa anda memerlukan alat pemisahan. Perdalam langsung materi kali ini dengan memahami implementasi alat secara langsung:

a. Padat-cair: sedimentasi, filtrasi/centrifuge

Jika anda memisahkan padatan dengan cair maka pilihan pertama adalah konsep sedimentasi, karena densitas padat umumnya lebih besar dari cairan. Karena campuran padat cair maka umumnya dipastikan padatan pasti slurry. Jika anda ingin cairan tidak mengandung padatan makan dapat digunakan clarifier sehingga padatan mengendap ke bawah. Catatan apabila pemisahan menggunakan proses clarifier anda harus menambahkan pengaduk putaran lambat dibagian bawah agar kepadatatan slury dapat diatur untuk mempermudah proses tertransport dengan cara volume cair harus lebih banyak dari padatnya lalu batas minimalnya D³-(pi/6)*D³ (kurang lebih 0.5 rasionya)dengan asumsi padatan berbentuk lingkaran dan seragam.

Lalu bagaimana jika produk utamanya padatan?, maka filtrasi dan centrifuge adalah kosep yang dapat dipilih. Berbicara mengenai prinsip filtrasi maka dapat dikatakan aliran lewat media berpori. Media berpori ini semakin lama akan terbentuk cake dan membentuk tahanan tekanan (pressure drop). Ingat karena produk berupa padatan maka diperlukan tahap dewatering (penghilangan cairan). Apakah bisa menghilangkan air pada slury dengan filtrasi hingga 100%? Ingat gaya kapiler diakibatkan pori yang kecil sehingga cairan menempel pada pori padatan, jika hanya menggunakan teknan maka pasti selalu ada cairan sisa atau minimum saturation (cairan belasan %) tahap hitung minimum saturation à konversi ke massa à didapat % cairan, namun berbeda apabila memanfaatkan panas. Contoh yang sering digunakan adalah rotary drum vakum filter, pressure drop operasi paling maksimum 1 atm. Kapan pilih drum dan kapan pilih plate filter? Secara prisnsip sama-sama di sedot, namun untuk luas filter besar atau kapasitas besar maka gunakan plate. Sehingga pada filter pasti dilengkapi alat pemisah pompa dan vakum.

Selanjutnya centrifuge, merupakan alat pemisah padatan dan cairan dengan memanfaatkan putaran untuk membentuk gaya sentrifugal. Terdapat 2 tipe centrifuge yaitu vertikal dan horizontal. Lalu apa perbedaan filter dan centrifuge secara konsep? Yup betul, dari cara pengoperasian untuk filtrasi menggunakan media berpori dengan driving force tekanan, sedangkan pada centrifuge memanfaatkan putaran gaya sentrifugal. Catatan alat centrifuge sangat mahal karena sudu harus presisi di tengah karena harus berputar dengan cepat (ribuan rpm). Sebagai contoh kasus jika anda mencuci baju dan beban baju tidak merata maka pasti mesin cuci akan berbunyi. Sama halnya pada centrifuge harus presisi tidak boleh memiliki deviasi sumbu terlalu besar. Kalau mahal kenapa centrifuge masih sering dibahas? sisa cairan adalah jawabannya, ingat gaya sentrifugal sebanding dengan kecepatan putar (omega). Supaya gaya sentrifugal makin besar maka omega harus tinggi, semakin tinggi gaya maka cairan akan semakin kecil (< 10%). Artinya semakin kecil kadar cairan maka kebutuhan pengering akan semakin kecil. Tetapi tetap perlu dilakukan optimasi kembali sesuai kebutuhan industri.

Persyaratan khusus/spesifik alat:

• • jika cake incompressible (ukuran/volume tidak berubah apabila diberi tekanan) dan ukuran padatan besar 0,1 mm (gula) maka gaya kapiler kecil maka cenderung/biasanya memilih centrifiuge.

• • Compressible padatan (gel) perlu filter, karena tidak ada gunanya menggunakan centrifuge. Ingat apabila ada penekanan pada padatan (centrifuge tekanan lebih besar dari filter) maka ukuran padatan akan mengecil sehingga void fraction (fraksi kosong) dan ukuran pori mengecil akibatnya gaya kapiler membesar sehingga residu cairan besar.

b. Cair-cair: settler, coalescer, centrifuge

• • Mixer-settler adalah peralatan umum yang digunakan dalam proses kimia dan biokimia untuk memisahkan senyawa yang berbeda satu sama lain berdasarkan kelarutan relatifnya dalam pelarut yang berbeda. Ini sangat berguna untuk mengekstraksi senyawa yang diinginkan dari campuran senyawa lain. Mixer-settler terdiri dari serangkaian ruang, biasanya disusun berpasangan, dengan masing-masing pasangan terdiri dari ruang pencampuran dan ruang pengendapan. Di ruang pencampuran, dua cairan (biasanya berair dan organik) dicampur bersama dengan kuat untuk memastikan bahwa zat terlarut didistribusikan secara merata ke seluruh campuran. Campuran tersebut kemudian dibiarkan mengendap di ruang pengendapan, di mana kedua cairan terpisah menjadi lapisan yang berbeda karena kerapatannya berbeda. Proses pengendapan dapat memakan waktu lama, tergantung pada sistem spesifik yang digunakan, dan terkadang ruang pengendapan dilengkapi dengan perangkat tambahan untuk membantu proses pemisahan, seperti filter penggabungan atau sentrifugal. Setelah dua cairan terpisah, senyawa yang diinginkan dapat diekstraksi dari pelarut dengan menghilangkan lapisan pelarut yang mengandung senyawa yang diinginkan. Mixer-settler umumnya digunakan dalam industri kimia, farmasi, dan makanan untuk berbagai proses pemisahan, termasuk ekstraksi pelarut, ekstraksi cair-cair, dan pemurnian. Mereka adalah peralatan yang relatif sederhana dan murah, dan keserbagunaan serta keandalannya menjadikannya pilihan populer untuk banyak aplikasi industri.

• • Coalescing filter separators adalah peralatan yang digunakan untuk memisahkan cairan dari gas, khususnya di lingkungan industri di mana keberadaan tetesan cairan dalam aliran gas dapat menyebabkan masalah seperti korosi, kontaminasi, atau penurunan efisiensi. Pemisah filter penggabungan bekerja dengan menggunakan kombinasi mekanisme fisik, termasuk intersepsi, difusi, dan impaksi, untuk menangkap dan menghilangkan tetesan cairan dari aliran gas. Elemen filter dalam pemisah filter penggabungan biasanya terbuat dari bahan berpori, seperti fiberglass atau serat sintetis, dan dirancang untuk membuat jalur berliku untuk diikuti aliran gas. Jalur ini menyebabkan gas mengubah arah dan kecepatan, yang meningkatkan kemungkinan tetesan cairan akan bertabrakan dengan elemen filter dan terperangkap. Saat tetesan cairan terakumulasi pada elemen filter, mereka mulai menyatu atau bergabung satu sama lain, membentuk tetesan yang lebih besar yang lebih berat dan cenderung jatuh dari aliran gas di bawah gaya gravitasi. Tetesan yang lebih besar dikumpulkan di tempat penampung atau bejana pengumpul yang terletak di bagian bawah pemisah, tempat tetesan tersebut dapat dikeringkan dan dibuang. Pemisah filter penggabungan biasanya digunakan di berbagai industri, termasuk minyak dan gas, pemrosesan kimia, dan kompresi udara. Mereka efektif menghilangkan tetesan cairan dari aliran gas, dan dapat digunakan sebagai unit mandiri atau sebagai bagian dari sistem yang lebih besar untuk pemurnian dan pengkondisian gas.

c. Uap/gas-cair: separator drum

Aliran dalam pipa turbulen agar tidak terjadi penyumbatan atau scaling, namun saat masuk kedalam separator drum harus tenang sehingga dilengkapi diverter. Dan untuk mencegah adanya cairan yang terbawa ke atas maka dilengkapi demister. Secara teoritis agar cairan tidak terbawa bisa dengan memperbesar penampang silinder separator, namun untuk memperbesar ini agar semua cairan hilang perlu diameter sangat besar sehingga untuk mentoleransi 5% cairan yang mungkin terbawa ke atas perlu ditambahkan demister. Demister harus yang menyukai cairan agar dapat mencegah cairan lolos.

d. Padat-gas: filter, scrubber, electrostatic precipitator, cyclone

• • Electrostatic precipitator (ESP) adalah alat yang digunakan untuk menghilangkan partikel halus, seperti asap, debu, dan abu, dari aliran gas menggunakan gaya muatan elektrostatik. ESP umumnya digunakan dalam proses industri yang menghasilkan polusi udara dalam jumlah besar, seperti pembangkit listrik, fasilitas produksi semen, dan pabrik baja. Desain dasar ESP terdiri dari serangkaian pelat datar atau silinder, yang dikenal sebagai elektroda, yang disusun secara paralel dan dipisahkan dengan jarak beberapa sentimeter. Satu set elektroda diisi dengan muatan listrik bertegangan tinggi, biasanya dalam kisaran 50.000 hingga 100.000 volt, sedangkan set lainnya di-ground. Saat aliran gas melewati antara elektroda yang diisi dan diarde, partikel dalam gas menjadi bermuatan listrik karena tegangan tinggi. Partikel bermuatan kemudian tertarik ke elektroda bermuatan berlawanan dan berkumpul di permukaannya, secara efektif mengeluarkannya dari aliran gas. Setelah partikel terakumulasi pada elektroda, mereka dihilangkan menggunakan sistem rapper atau pelat bergetar, yang mengguncang elektroda dan menyebabkan partikel jatuh ke dalam corong pengumpul atau konveyor. Sistem ESP sangat efektif dalam menghilangkan partikel halus dari aliran gas dan dapat mencapai efisiensi pengumpulan hingga 99%. Mereka juga relatif murah dan memiliki persyaratan perawatan yang rendah. Namun, ESP kurang efektif dalam menghilangkan polutan gas seperti sulfur dioksida dan nitrogen oksida, dan mungkin memerlukan metode pengolahan tambahan untuk mengatasi polutan ini.

• • Cyclone separators adalah alat yang digunakan untuk memisahkan partikel atau bahan dari aliran gas atau cairan berdasarkan ukuran, densitas, dan bentuknya. Mereka biasanya digunakan dalam proses industri untuk menghilangkan kontaminan seperti debu, kotoran, atau partikel padat lainnya dari aliran gas sebelum dilepaskan ke lingkungan atau diproses lebih lanjut. Desain dasar pemisah siklon terdiri dari ruang silinder atau kerucut dengan saluran masuk tangensial untuk aliran gas dan saluran keluar untuk gas bersih. Saat aliran gas memasuki ruangan, ia dipaksa untuk berputar di sekitar dinding ruangan karena saluran masuk tangensial, menciptakan gaya sentrifugal yang menyebabkan partikel yang lebih berat bergerak menuju dinding luar ruangan. Partikel-partikel kemudian bergerak ke bawah menuju bagian bawah ruangan, di mana mereka dikumpulkan dalam sebuah hopper atau bejana pengumpul. Aliran gas bersih keluar melalui bagian atas ruangan dan dilepaskan ke lingkungan atau diproses lebih lanjut. Pemisah siklon adalah perangkat yang relatif sederhana dan berbiaya rendah yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Mereka sangat berguna untuk menghilangkan partikel atau bahan yang lebih besar dari aliran gas, dan dapat digunakan sebagai unit mandiri atau sebagai bagian dari sistem yang lebih besar untuk pemurnian gas atau cairan. Pemisah siklon umumnya digunakan dalam industri seperti pertambangan, produksi semen, dan farmasi, antara lain.

e. Padat-padat: mesh filter, screen

f. Gas-gas: absorpsi, adsorpsi