Desain kolom distilasi

Jenis Kolom Distilasi

Kolom distilasi merupakan wadah vertikal yang tinggi. Di dalamnya terdapat beberapa tingkatan atau pot tempat cairan atau gas mengalir. Fungsi utama kolom distilasi adalah melepaskan atau mengumpulkan cairan yang terbentuk akibat proses fraksinasi atau pemisahan campuran menjadi beberapa konstituennya. Ada beberapa jenis kolom distilasi:

• Kolom Baki: Kolom baki beroperasi seperti pencampur sempurna. Umpan cair bergerak ke bawah melalui baki, sementara uap bergerak ke atas melalui baki yang sama. Arah pergerakan kedua fase pada setiap baki menyebabkan keduanya tercampur dengan baik. Kolom baki menggunakan beberapa jenis baki, termasuk baki saringan, baki aliran ganda, baki tutup gelembung, dan lainnya. Baki tutup gelembung merupakan yang paling umum di antara mereka. Baki tutup gelembung memiliki kepala yang tertutup yang menyerupai lemari. Uap yang bergerak ke atas melalui kolom didinginkan di kepala baki. Cairan kemudian terkumpul di kepala tutup gelembung. Pada akhirnya menetes ke bawah melalui dasar terbuka tutup gelembung. Uap baru yang bergerak ke baki atas bercampur dengan cairan yang turun dari baki atas. Setelah beberapa waktu, proses ini menyebabkan pemisahan senyawa dalam campuran.
• Kolom Tanpa Baki: Pada kolom tanpa baki, uap dan cairan bergerak berlawanan arah. Melalui aliran cairan ke bawah, beberapa titik kontak terbentuk untuk uap yang naik. Fenomena ini menyebabkan unsur-unsur dalam umpan mulai terpisah. Akhirnya, cairan yang mengalir ke bawah mengumpulkan komponen campuran yang menguap. Beberapa kolom tanpa baki meliputi Coluna de Aguas, yaitu kolom air, kolom pengemasan acak, dan kolom pengemasan terstruktur.
• Kolom Vakum: Kolom vakum beroperasi di bawah tekanan rendah. Oleh karena itu, ia melakukan distilasi pada suhu yang lebih rendah daripada dekomposisi. Fungsi pompa vakum dalam kolom distilasi adalah untuk menciptakan vakum. Hal ini menghilangkan campuran gas dari sistem. Kolom kemudian memisahkan semua komponen.

Spesifikasi dan Perawatan

• Kapasitas:

  Industri dapat menemukan kapasitas kolom distilasi ideal dengan melihat aliran umpan yang mereka miliki. Pengukuran untuk ini biasanya dalam setiap jam, dan bisa menjadi sesuatu yang kecil seperti 10 galon atau sebesar 100.000 galon setiap jam.

• Tinggi dan Diameter:

  Kolom distilasi memiliki tinggi dengan bentuk mirip batang yang ramping. Tingginya bervariasi, mulai dari hanya 10 kaki hingga 300 kaki atau bahkan lebih tinggi. Diameternya, yang seperti lebar, juga bervariasi dari 1 kaki hingga lebih dari 20 kaki, tergantung pada seberapa banyak barang yang perlu diproses.

• Material:

  Umumnya, baja karbon digunakan dalam desain kolom distilasi, selain dari paduan baja tahan karat, yang tidak pernah berkarat. Biasanya, bagian yang lebih lebar dari kolom terbuat dari baja karbon sementara menghindari korosi hanya pada beberapa bagian, seperti baki, pengemasan, dan reboiler, yang terbuat dari baja tahan karat.

• Efisiensi:

  Ia memiliki kemampuan untuk mencapai pemisahan komponen dengan titik didih yang berbeda. Efisiensi ini dinyatakan melalui jumlah pelat atau kolom teoritis, ketinggian setara dengan baki (HETP), dan efisiensi Murphree dari baki atau pengemasan.

• Fitur Keamanan:

  Seringkali, kolom distilasi menghadapi beberapa bahaya seperti ledakan, implosi, dan kebakaran, yang menimbulkan risiko besar. Oleh karena itu, fitur keselamatan diperlukan untuk kolom distilasi, termasuk cakram pemutus, katup yang dapat dikontrol, dan mekanisme pemecahan masalah.

• Konsumsi Energi:

  Energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan gradien suhu dalam kolom agar bagian-bagian komponen dapat menjalani pemisahan lebih lanjut termasuk konsumsi kolom distilasi.

Untuk memastikan konsistensi selama operasi serta menjaga efektivitas sambil memperpanjang masa pakai seluruh peralatan, sama pentingnya untuk mendapatkan tips yang bermanfaat tentang bagaimana, lebih penting lagi, apa, secara khusus, bersama dengan frekuensi, harus dilakukan sehingga tidak ada insiden yang terjadi akibat kegagalan atau mengabaikan sesuatu yang penting.

Beberapa tips perawatan kolom distilasi diberikan di bawah ini.

• Reboiler dan Kondensor:

  Efektivitas kolom distilasi sangat bergantung pada kinerja reboiler dan kondensornya dan berada pada level yang sama dengan keduanya. Akibatnya, menjadi penting untuk memperhatikan apa yang terjadi dengan kedua bagian tersebut sehingga mereka dapat terus melakukan tugas yang dimaksudkan tanpa hambatan selama mungkin. Prosedur pembersihan rutin harus dilakukan pada komponen ini, bersamaan dengan pemantauan konstan yang bertujuan untuk mendeteksi tanda-tanda penurunan fungsinya; ini akan membantu memastikan bahwa peralatan bekerja secara efisien sepanjang masa pakainya.

• Baki dan Pengemasan:

  Seiring berjalannya waktu, kotoran dan jenis endapan lainnya dapat menumpuk pada baki dan bahan pengemasan yang digunakan dalam kolom distilasi, sehingga menghambat fungsinya. Oleh karena itu, sangat penting untuk membersihkan item ini secara teratur agar mereka dapat terus bekerja secara efektif untuk memisahkan berbagai komponen. Metode yang digunakan untuk membersihkan harus dipilih berdasarkan bahan yang telah digunakan serta tingkat pengendapan kotoran pada mereka.

• Insulasi Vakum:

  Insulasi yang digunakan dalam kolom distilasi harus diperiksa secara teratur untuk memastikan segel vakumnya masih utuh. Selain itu, tidak boleh ada kehilangan panas atau kebocoran sama sekali. Ini membantu menjaga biaya energi tetap rendah dengan memastikan bahwa hanya apa yang diperlukan yang digunakan untuk memanaskan kolom sementara juga meminimalkan jenis kerugian yang terjadi selama proses ini.

• Katup dan Pompa:

  Penting untuk secara teratur memeriksa dan merawat pompa serta katup yang digunakan dalam kolom distilasi agar mereka dapat terus bekerja secara efektif. Fungsi perangkat ini dapat dibantu atau dihambat oleh kotoran, keausan dan robek seiring waktu, atau bahkan kerusakan yang lebih serius. Oleh karena itu, akan lebih baik jika kita memastikan bahwa apa yang membantu memompa cairan melalui sistem dan yang mengontrol seberapa banyak cairan yang melewatinya selalu berfungsi dengan baik sepanjang waktu.

Skenario Industri dari Desain Kolom Distilasi

Sektor petrokimia terutama menggunakan kolom distilasi untuk menyuling minyak mentah menjadi berbagai bahan bakar dan bahan kimia. Mereka memisahkan campuran hidrokarbon kompleks dalam minyak mentah berdasarkan titik didihnya yang berbeda. Kolom juga digunakan untuk memisahkan cairan gas alam menjadi komponen individual seperti etana, propana, butana, dan nafta.

Dalam industri farmasi, kolom distilasi memurnikan pelarut dan memisahkan senyawa kimia. Misalnya, kolom dapat digunakan untuk mengekstrak dan mengisolasi senyawa aktif dari tumbuhan berdasarkan titik didih yang berbeda. Kolom juga dapat memurnikan obat-obatan dan menghilangkan kotoran dari larutan kimia.

Produsen minuman beralkohol menggunakan kolom distilasi untuk memisahkan dan memurnikan etanol dari campuran fermentasi. Kolom membantu mencapai kadar alkohol yang diinginkan dan memastikan produk akhir murni. Beberapa kolom distilasi dilengkapi dengan sistem kolom ganda. Ini beroperasi secara berurutan untuk mencapai kemurnian dan konsentrasi pemisahan yang lebih tinggi. Sistem seperti itu biasa digunakan dalam industri kimia selama distilasi azeotropik untuk memisahkan komponen yang membentuk azeotrop atau untuk menyuling zat hingga kemurnian yang sangat tinggi.

Berikut adalah beberapa skenario tambahan tentang bagaimana kolom distilasi digunakan dalam berbagai industri.

• Industri Petrokimia

  Kolom distilasi digunakan di kilang petrokimia untuk pemisahan dan ekstraksi senyawa hidrokarbon yang berharga. Mereka digunakan untuk memisahkan komponen seperti benzena, toluena, dan xilena (BTX), yang merupakan bahan baku penting untuk produksi zat kimia aromatik. Selain itu, kolom distilasi vakum biasanya digunakan di kilang untuk memproses fraksi minyak mentah yang lebih berat menjadi produk yang lebih ringan dan lebih berharga seperti solar dan bahan bakar jet.

• Pemurnian Air dan Desalinasi

  Kolom distilasi digunakan dalam proses pemurnian air dan desalinasi. Dalam skenario ini, desain kolom distilasi membantu memisahkan air dari kotoran, garam, dan kontaminan melalui proses penguapan dan kondensasi. Dalam proses desalinasi, kolom distilasi dapat digunakan untuk mengubah air laut menjadi air tawar dengan menguapkan uap air dan meninggalkan garam di belakang.

• Industri Makanan

  Dalam industri makanan, kolom distilasi memainkan peran penting dalam produksi berbagai makanan dan bahan perasa. Mereka digunakan untuk mengekstrak dan memurnikan minyak atsiri dari sumber alami, seperti tumbuhan dan buah-buahan. Selain itu, kolom digunakan untuk memproduksi cuka, asam lemak volatil, dan gula serta mengkonsentrasikan jus buah dan anggur.

• Pemulihan Pelarut

  Dalam proses manufaktur kimia, pelarut organik sering digunakan dan kemudian diuapkan. Kolom distilasi digunakan untuk pemulihan pelarut, memungkinkan pemisahan dan pemurnian pelarut yang digunakan untuk digunakan kembali dalam proses manufaktur. Ini tidak hanya mengurangi pemborosan kimia tetapi juga meminimalkan dampak lingkungan.

• Aplikasi Lingkungan

  Dalam aplikasi lingkungan, kolom distilasi dapat digunakan di fasilitas pengolahan limbah untuk pembuangan dan pemisahan zat berbahaya yang tepat. Mereka juga digunakan dalam pengendalian pencemaran udara untuk memisahkan dan memulihkan senyawa organik volatil (VOC) dari aliran gas. Dalam hal ini, distilasi dapat membantu mengurangi emisi beracun dan melindungi lingkungan.

Cara Memilih Desain Kolom Distilasi

Beberapa faktor perlu dipertimbangkan saat memilih desain untuk kolom distilasi.

• Variabilitas Umpan: Seringkali, klien akan memiliki lebih dari satu jenis umpan. Ini akan membantu untuk menganalisis semua skenario yang mungkin, termasuk kualitas distilat dan residu untuk setiap skenario. Desain yang fleksibel yang dapat menangani variabilitas umpan dengan kontrol yang kuat dapat membantu.
• Kapasitas Operasional: Pikirkan tentang jumlah material yang kemungkinan akan melewati kolom setiap tahun atau bulan. Pertimbangkan juga pendekatan yang akan diambil pemeliharaan rutin untuk menjaga kolom dalam kondisi baik. Penting juga untuk melihat biaya yang terkait dengan berbagai pilihan, seperti biaya energi dan investasi peralatan selama jangka waktu yang lebih lama.
• Bagian Dalam Kolom: Berbagai pilihan tersedia, termasuk baki dan pengemasan. Masing-masing memiliki manfaatnya sendiri dalam hal kapasitas, efisiensi, dan penurunan tekanan. Jika menggunakan penukar panas, silakan cari tahu jenis yang paling cocok berdasarkan umpan, seperti shell and tube atau air cooler, antara lain.
• Strategi Kontrol: Akan lebih baik untuk mempertimbangkan metode kontrol yang saat ini digunakan pabrik dan keakraban staf dengan mereka. Otomatisasi dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi risiko kesalahan manusia.
• Keamanan dan Kepedulian Lingkungan: Sangat penting untuk mempertimbangkan batas lingkungan dan persyaratan keamanan. Memilih pilihan berisiko rendah bersamaan dengan praktik aman untuk penyimpanan dan pembuangan bahan kimia dapat mengurangi bahaya lingkungan dan kesehatan.

T&J

T1: Apa saja tren baru dalam desain kolom distilasi?

J1: Ada beberapa tren baru dalam desain kolom distilasi. Di antara mereka, fokus pada desain kolom distilasi hemat energi kemungkinan akan berlanjut. Juga, penggunaan perangkat lunak simulasi kemungkinan akan meningkat karena membantu untuk lebih memahami perilaku dinamis kolom. Selain itu, inovasi seperti kolom distilasi yang dikemas mendapatkan popularitas karena efisiensi pemisahannya yang tinggi dan konsumsi energinya yang rendah.

T2: Apa saja faktor kunci yang perlu dipertimbangkan saat mendesain kolom distilasi?

J2: Desain kolom distilasi harus mempertimbangkan tujuan pemisahan, efisiensi energi, kapasitas kolom, dan material konstruksi. J1: Juga, desain kolom harus mempertimbangkan pilihan baki atau pengemasan, rasio lalu lintas uap-cair, penurunan tekanan, kemudahan pengoperasian, dan kolom dalam pemeliharaan.

T3: Apakah lebih baik menggunakan baki atau pengemasan dalam kolom distilasi?

J3: Baik baki maupun pengemasan memiliki pro dan kontranya. Sementara pengemasan memiliki penurunan tekanan yang lebih rendah dan efisiensi pemisahan yang lebih tinggi, baki memungkinkan kontrol interaksi uap-cair yang lebih mudah. Pilihannya akan tergantung pada kebutuhan spesifik proyek.