Desain kolom distilasi II – Column Design Optimization

Dari artikel sebelumnya, desain awal kolom distilasi, kita sudah berhasil mendesain kolom distilasi utk memisahkan Benzene (99.9wt% purity) dari campuran 50wt% Benzene dan Toluene. Di tulisan berikut ini, desain awal kolom distilasi tsb akan dioptimasi lebih lanjut sehingga kita bisa mendapatkan desain yg lebih baik. Lebih baik bisa berarti investasi yg lebih murah, atau operational cost yg lebih murah, atau total annual cost yg lebih rendah. Cara konvensional nya ada dua, yaitu memastikan posisi feed stage yg terbaik, dan memastikan penggunaan jumlah stage yg optimum.

1. Posisi feed yg terbaik.

Di simulasi awal tsb, posisi feed (stage nomor 10) dipilih setengah dari jumlah stage, dgn pemikiran sederhana bahwa feed memiliki 50wt% Benzene. Smntr kita menginginkan Benzene yg sgt murni (99.9wt%) di atas kolom. Dgn total 20 stage, maka konsentrasi Benzene 50wt% kurang lebih berada di tengah kolom, yakni 10 stage. Duty yg diperlukan di reboiler akan berada di nilai minimumnya jika feed dimasukkan pada stage yg memiliki komposisi yg dekat dgn komposisi feed.

Profile konsentrasi liquid di tiap2 stage ditunjukkan di gbr berikut ini.

6

Dgn analisis sederhana ini, lokasi feed skrg ini sudah optimum. Klo kita msh ngotot utk membandingkan lokasi feed yg skrg ini dgn lokasi lainnya, utk memastikan klo analisis sederhana kita ini benar atau tidak🙂, maka hasilnya spt gbr2 berikut ini. Gbr pertama membandingkan lokasi feed dgn total energi yg diperlukan (reboiler dan condenser). Gbr kedua membandingkan lokasi feed dgn duty dr reboiler saja. Hasil perhitungan ini membuktikan klo analisis sederhana kita benar.

7a

7b

2. Jumlah optimum stage.

Kita tau bahwa utk pemisahan vapor-liquid, semakin banyak jumlah stage, maka proses pemisahan akan semakin mudah. Dengan kata lain, semakin banyak jumlah stage, maka jumlah energi yg diperlukan akan semakin rendah. Akibatnya secara ekonomi adalah semakin banyak jumlah stage, maka semakin mahal lah kolom tsb. Jumlah energi yg semakin rendah akan menurunkan biaya operasional kolom. Demikian sebaliknya.

Utk menentukan jumlah optimum stage, kita tinggal memvariasikan saja jumlah stage, dan membandingkan hasilnya secara ekonomi. Perbandingan ekonomi ini tentu saja mencakup tidak hanya biaya operasional, tetapi jg biaya investasi. Agar biaya bisa dibandingkan per tahun, maka biaya investasi akan dibagi rata (utk penyederhanaan) selama usia kolom. Misalnya, sepuluh tahun. Perhitungan ekonomi di sini dilakukan melalui default calculation dari Aspen Plus Process Economic Evaluation. Default calculation dipilih krn yg kita inginkan adalah perbedaan relatif di antara semua pilihan tsb. Kita tidak ingin mendapatkan nilai ekonomi yg akurat utk perhitungan kali ini.

Hasil variasi jumlah stage dpt dilihat di gbr berikut. Utk setiap jumlah stage, feed location diletakkan di tengah2nya, berdasarkan analisis sblmnya. Hal ini dilakukan utk memastikan klo kita hanya akan membandingkan jumlah stage, dgn memastikan klo posisi feed sudah optimum.

8

Dari hasil di atas dpt dilihat bahwa kolom distilasi dpt ditingkatkan dari 20 ke 30 stages. Stlh 30 stages, total annual cost nya tidak berubah, dgn capital cost yg meningkat secara signifikan. Dari hasil ini, kita akan memilih jumlah stage 30.

Utk memastikan klo feed stage (stage 16 utk jumlah stage 30) yg dipilih sudah optimum, maka kita lakukan lagi perhitungan sederhana berikut. Hasil perhitungan di bawah ini kembali mengonfirmasikan klo lokasi feed kita sudah yg terbaik.

9

Apa yg kita lakukan sampe saat ini menunjukkan klo kita telah berhasil mengoptimasi kolom desain ini. Perbandingan total annual cost nya bisa dilihat di gbr2 di atas. Reboiler duty yg diperlukan oleh kolom yg telah kita optimasi ini adalah sekitar 855 kW, sementara condenser sekitar 688 kW. Sbg perbandingan, desain awal kolom distilasi kita ini memerlukan reboiler duty sebesar 1664 kW, dan condenser sebesar 1496 kW.

Di tulisan berikutnya kita akan mengoptimasi desain kolom dgn cara yg radikal sehingga proses pemisahan ini bisa lebih baik.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: