Desain kolom distilasi III – Heat Pump Application

Di tulisan2 sblmnya kita udah bisa mendesain kolom distilasi dan mengoptimasinya. Di tulisan kali ini kita akan mengaplikasikan teknik heat pump sebagai salah satu energy efficient design. Sampe saat ini telah ada bbrp desain heat pump yg tidak hanya ekonomis secara operasional krn konsumsi energi yg rendah, tetapi jg secara investasi krn prosesnya yg sederhana. Menurut Tony Kiss et. al. (2012), utk pemisahan biner (binary distillation), desain heat pump di gbr berikut ini adalah yg plg efisien. Gbr berikut ini diambil dari A.A. Kiss et. al. / Energy 47 (2012) 531-542.

10

Tony Kiss et. al. (2012) jg meletakkan dasar pemilihan teknologi yg cocok diaplikasikan utk pemisahan biner. Skema yg dikembangkannya adalah sbb. Skema ini jg diambil dari A.A. Kiss et. al. / Energy 47 (2012) 531-542.

11

Kalau kita mengikuti skema di atas, dgn Tb ~ 30 degC, dgn tekanan kolom 1 bara atau lebih, maka kita disarankan utk menggunakan Multi-stage VC (vapor compression), CRHP (Compression-resorption Heat Pump), TAHP (Thermoacoustic HP), AHP (Absorption HP), atau MED (Multi effect distillation). Di bagian lain artikelnya, proses pemisahan Benzene-Toluene jg menggunakan MVR dan memberikan hasil yg baik. Pengalaman pribadi penulis jg dgn MVR utk menguapkan air dari larutan garam sebelum dikirim ke unit sentrifugasi utk menghasilkan garam industri. Oleh karena itu, kolom distilasi yg udah dioptimasi di artikel sblmnya akan diubah mjd kolom distilasi plus MVR.

Kolom distilasi normalnya terdiri dari kolom distilasi itu sendiri, heat exchanger sbg condenser, overhead column, reflux pump, reboiler pump, kettle reboiler. Sederhananya dpt dilihat di gbr berikut. Komponen2 ini lah yg dipertimbangkan ketika Aspen Plus Process Economic Evaluator melakukan perhitungan “by default”nya.

12

Klo kita menggunakan MVR, maka overhead vessel, reflux pump, kettle reboiler (atau kondenser) tidak diperlukan lagi. Semuanya ini diganti oleh compressor. Jika kolom distilasi dgn MVR ini disimulasikan di Aspen Plus, maka hasilnya dpt dilihat di gbr berikut.

13

Simulasi ini cukup rumit krn adanya recycle material (reflux) dan recycle energi (reboiler). Konsentrasi produk Benzene (99.9wt%) dikontrol dgn mengatur konsentrasi Benzene di stream “Valve-S” dgn mengubah2 split ratio di unit “S”, sbg reflux ke kolom. Konsentrasi produk Toluene (99.9wt%) didapatkan dgn mengontrol energi yg diambil dari unit “Reb1”. Initial point dr duty “Reb1” dimulai dari nilai terkecil. Jika initial pointnya dari nilai terbesar, maka simulasi kita tidak akan mencapai nilai optimum, krn fungsinya udah “flat”. Atau kita udah berada di nilai terendah utk Toluene.

Klo hasilnya kita bandingkan dgn kolom yg udah dioptimasi sebelumnya, maka akan didapat sbb:

  1. Reboiler duty 839 kW. Bandingkan dgn 855 kW utk kolom tanpa MVR.
  2. Compressor duty 112 kW (electric).
  3. Capital cost ~ 5.1 MMUSD. Bandingkan dgn 3.6 MMUSD utk kolom tanpa MVR.
  4. Operational cost ~ 0.13 MMUSD/yr. Bandingkan dgn 0.28 MMUSD/yr utk kolom tanpa MVR.

Spt yg telah kita duga bahwa compressor adalah barang yg sgt mahal dan mengakibatkan capital cost nya naik signifikan. Naik hampir 50% dari kolom tanpa MVR. Akan tetapi, utility nya turun setengahnya dari 0.28 MMUSD/yr ke 0.13 MMUSD/yr. Klo kita hitung total annual costnya (utk umur 10 thn), maka kedua pilihan ini akan memiliki nilai keekonomisan yg sama, yakni sekitar 0.64 MMUSD/yr. Klo umur operasionalnya dianggap 20 thn, maka kolom dgn MVR lebih ekonomis dgn 0.39 MMUSD/yr, dibandingkan dgn 0.46 MMUSD/yr utk kolom tanpa MVR.

Referensi:

Kiss, A.A., Landaeta, S.J.F. and Ferreira, C.A.I. (2012) Towards energy efficient distillation technologies – Making the right choice, Energy, 47, 531-542.

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: