Kolom Internal - Baki: Dasar-Dasar Desain Dan Operasional

Kolom Internal - Baki: Dasar-Dasar Desain dan Operasional

Baki, atau pelat, adalah bagian dalam horizontal yang dipasang di dalam kolom distilasi, penyerapan, dan pengupasan untuk memfasilitasi kontak bertahap uap-cair. Mereka menyediakan permukaan yang berbeda di mana cairan dan uap berinteraksi, memungkinkan perpindahan massa dan panas antar fase sebelum mereka dipisahkan dan melanjutkan ke tahap yang berdekatan. Desain dan pemilihan baki merupakan penentu penting efisiensi pemisahan kolom, kapasitas, dan stabilitas operasional.

Jenis Baki Utama dan Mekanisme Pengoperasian

Jenis baki industri yang paling umum dibedakan berdasarkan konfigurasi aliran uap-cairnya:

1. Baki Saringan: Ini terdiri dari pelat datar yang dilubangi dengan banyak lubang kecil, biasanya berdiameter 3 mm hingga 12 mm. Uap mengalir ke atas melalui lubang, menyebar ke dalam cairan yang mengalir melintasi baki. Baki saringan mempunyai ciri konstruksi sederhana, biaya lebih rendah, dan efisiensi tinggi, terutama pada kondisi desain. Rasio turndownnya, rentang pengoperasiannya secara efisien, umumnya lebih rendah dibandingkan dengan baki katup.

2. Baki Katup: Baki ini dilengkapi dengan katup bergerak yang menutupi saluran uap. Katup terangkat seiring dengan meningkatnya aliran uap, sehingga mengubah luas area terbuka. Desain ini memberikan pengoperasian yang stabil pada rentang laju uap yang lebih luas, dengan rasio turndown tipikal 3:1 hingga 4:1, dibandingkan dengan sekitar 2:1 untuk baki saringan. Baki katup tidak mudah menangis (cairan mengalir melalui baki) pada laju uap yang rendah.

3. Baki Tutup Gelembung: Setiap jalur uap pada baki ini adalah 'tutup gelembung,' tutup silinder yang dipasang di atas riser. Uap dipaksa bergerak ke bawah melalui ruang annular antara riser dan tutupnya, dan akhirnya menyebar di bawah rok tutup. Meskipun sebagian besar digantikan oleh saringan dan baki katup dalam desain baru karena biaya yang lebih tinggi dan penurunan tekanan yang lebih besar, baki dengan tutup gelembung sangat efektif dalam mencegah tangisan dan masih digunakan dalam aplikasi dengan laju uap yang sangat rendah.

Parameter Hidraulik dan Kinerja

Kinerja baki ditentukan oleh beberapa fenomena hidraulik yang saling terkait:

• Menangis: Kebocoran cairan melalui saluran uap baki alih-alih mengalir melalui saluran keluar. Hal ini menjadi signifikan pada kecepatan uap rendah dan mengurangi efisiensi baki.

• Entrainment: Perpindahan tetesan cairan dari satu baki ke baki di atasnya oleh uap. Hal ini terjadi pada kecepatan uap yang tinggi dan juga menurunkan efisiensi. Titik entrainment yang berlebihan sering kali menentukan batas kapasitas atas, atau 'banjir jet.'

• Penurunan Tekanan Baki: Ini adalah perbedaan tekanan pada satu baki, biasanya berkisar antara 50 hingga 150 Pa untuk baki saringan dalam pengoperasian normal. Ini adalah jumlah dari penurunan tekanan kering (uap melalui lubang) dan tekanan hidrolik cairan pada baki.

• Beban Bendung dan Tinggi Buih: Bendung saluran keluar mempertahankan ketinggian cairan, atau tinggi buih, pada area aktif baki. Ketinggian bendungan umumnya berkisar antara 25 mm hingga 100 mm. Laju aliran cairan per satuan panjang weir (beban weir) mempengaruhi tinggi buih dan waktu tinggal cairan pada tray.

Pertimbangan Desain dan Rekayasa

Rekayasa baki kolom melibatkan keseimbangan parameter yang cermat untuk memenuhi persyaratan proses tertentu:

• Efisiensi: Efisiensi baki, sering kali dinyatakan sebagai efisiensi Murphree, dapat berkisar antara 50% hingga 90% tergantung pada sifat fisik sistem, geometri baki, dan kondisi pengoperasian.

• Kapasitas: Kapasitas uap maksimum sering kali ditentukan oleh titik semburan jet, yang dapat diprediksi menggunakan faktor-faktor seperti Parameter Aliran dan korelasi kapasitas (misalnya persamaan Souders-Brown).

• Pemilihan Bahan: Baki dibuat dari bahan yang sesuai dengan lingkungan proses, biasanya baja karbon atau baja tahan karat (SS304, SS316L). Untuk layanan yang sangat korosif, paduan yang lebih eksotik atau baja karbon dengan lapisan khusus dapat digunakan.

Spesialis seperti Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD memanfaatkan data simulasi proses dan metode penghitungan hidraulik yang telah ditetapkan untuk merancang baki yang memberikan kinerja pemisahan yang diperlukan sekaligus mempertahankan operasi yang stabil di seluruh rentang turndown yang diharapkan.

Kesimpulan

Baki adalah teknologi mapan dan serbaguna untuk mencapai pemisahan bertahap dalam kolom proses kimia. Pemilihan antara saringan, katup, dan baki tutup gelembung melibatkan evaluasi teknis terhadap berbagai faktor termasuk turndown yang diperlukan, kecenderungan pengotoran, efisiensi, dan biaya. Desain baki yang kokoh, dirancang dan dibuat sesuai spesifikasi yang tepat, merupakan hal mendasar bagi pengoperasian kolom distilasi dan penyerapan yang andal dan efisien.

Referensi

1. Kister, HZ (1992). Desain Distilasi . McGraw-Hill.

2. Lieberman, NP, & Lieberman, ET (2008). Panduan Kerja Peralatan Proses (Edisi ke-3rd). McGraw-Hill.

3. Perry, RH, & Green, DW (Eds.). (2019). Buku Pegangan Insinyur Kimia Perry (Edisi ke-9). McGraw-Hill. (Bagian 14 dan 15).

4. Seader, JD, Henley, EJ, & Roper, DK (2011). Prinsip Proses Pemisahan (Edisi ke-3rd). John Wiley & Putra.

5. Standar desain teknis dan pedoman fabrikasi dari Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD.