Menganalisa Pola Aliran Dalam Kolom di Pabrik Kimia

Apabila kita melihat pabrik-pabrik kimia pada umumnya hanya  nampak  menara-menara tinggi seperti pipa-pipa yang dipancangkan ke bumi. Tetapi disitulah sebenarnya salah satu proses utama pabrik kimia terjadi. Proses yang dilakukan dalam menara atau kolom-kolom tinggi tersebut umumnya adalah absorbs, stripsi dan distilasi. Proses-proses tersebut diatas selalu melibatkan cairan sebagai salah satu komponen utamanya.

Sejauh ini dikenal dua pola aliran ideal yakni plug flow dan mixed flow, tetapi kenyataan dilapangan tidak pernah ada pola aliran yang benar-benar plug flow atau mixed flow seratus persen. Pada kolom bahan isian penyimpangan itu terjadi karena fluida tidak menempuh rute yang sama sepanjang kolom sehingga menyebabkan perbedaan waktu tinggal dalam kolom yang berakibat pada pencampuran atau mixing yang terjadi.

Deviasi yang umum terjadi dalam kolom adalah chanelling, recycling atau daerah stagnant dalam kolom tersebut. Deviasi dari aliran ideal dapat diklasifikasikan dalam 2 tipe, yang pertama fluida mengalir melalui kolom pada kecepatan yang berbeda yang disebabkan “chanelling” dan “dead zone” sehingga elemen fluida tidak tercampur sempurna secara local tetapi sisa-sisa elemen itu memisahkan secara parsial dan bergerak sepanjang kolom. Yang kedua deviasi berhubungan dengan tingkat pencampuran lokal atau micromixing, sebagai contoh adalah adanya local mixing atau difusi pada arah aliran sepanjang kolom.

Pola aliran pada pipa atau kolom diekati sebagai aliran plug flow daripada mixed flow.  Variabel-variabel lain seperti aliran gas dan jenis bahan isian perlu ditambahkan untuk menganalisa pola aliran tersebut secara komprehensif. Jenis bahan isian (packing) sangat berpengaruh terhadap hal ini, karena setiap bahan isian memiliki karakteristik tersendiri, misalnya raschig rings akan berbeda dengan jenis pall ring. Ketika kondisi optimum operasi kolom didapatkan maka kinerja pabrik kimia akan menjadi lebih maksimal karena kolom-kolom tersebut adalah salah satu alat utama pada pabrik kimia. 

Perbedaan Pengadukan Pada Reaktor Tangki Berpengaduk Dengan Tangki Flokulasi

Reaktor Tangki Berpengaduk Dengan Baffle

Sejauh ini dikenal dua pola aliran ideal yaitu plug flow dan mixed flow, tetapi dilapangan tidak pernah pola aliran pola aliran yang benar-benar plug flow atau mixed flow seratus persen.  Pola aliran pada tangki didekati dengan pola aliran mixed flow sedangkan pada pipa atau kolom didekati dengan aliran plug flow. Pada tangki untuk mencapai kondisi mixed flow yang optimum, maka dihindari terjadinya vortex (pusaran) maupun dead zone pada tangki tersebut. Untuk mengatasi hal ini penggunaan jenis pengaduk (impeller) yang sesuai dan pemasangan baffle umum digunakan.

Ketika pencampuran dalam tangki beralngsung secara optimal maka akan didapat campuran yang homogen. Kondisi inilah umunya yang ingin dicapai dari hampir semua proses pengadukan. Tetapi pada proses flokulasi-sedimentasi seperti pada proses pengolahan air yang terjadi sebaliknya. Pada proses ini vortex malah sengaja dibut tujuannya supaya terjadi flok-flok (semacam gumpalan-gumpalan) dan cepat besar sehingga akan cepat mengendap (sedimentasi).

Pada poses flokulasi sedimentasi tersebut umumnya ditambahkan bahan berupa kogulan untuk mempercepat proses flokulasi-sedimentasi tersebut. Pola aliran ideal yakni mixed flow tentu sangat jauh pada kondisi proses flokulasi-sedimentasi tersebut. Karakteristik proses yang dilakukan yang menentukan jenis pola aliran yang dilakukan. Dan jika mau, ketidakidealan pola aliran tersebut bisa dianalisa dengan perbedaan waktu tinggal suatu zat dalam tangki (residence time distribution). 

Pemilihan Valve dan Pressure Drop di Pabrik Kimia

Pada dasarnya valve yang digunakan pada proses kimia dibedakan menjadi 2 kelompok :
1. Shutt-off valve (block valve), yang maksudnya untuk membuka dan menutup valve.
2. Control valve, baik manual maupun otomatis, tujuannya untuk mengatur aliran.

Jenis-jenis valve yang utama, yakni :
a. Gate Valve
b. Plug Valve
c. Ball Valve
d. Globe Valve
e. Diaphragm Valve
f. Butterfly Valve

Valve yang dipilih untuk maksud shut-off harus memberi positive seal ketika pada posisi tertutup dan minimum resistance untuk aliran ketika dibuka. Valve yang masuk dalam kelompok ini adalah gate valve, plug valve dan ball valve. Sedangkan untuk maksud kontrol aliran, valve harus mampu memberikan kontrol  yang lembut (smooth) pada semua bukaan valve, yakni dari posisi tertutup penuh hingga terbuka penuh. Globe valve umumnya dipakai untuk control valve, meskipun tipe lain juga sering digunakan. 

Pemilihan dan rancangan control valve penting, karena kontrol aliran yang bagus harus tercapai sementara pressure drop harus seminimal mungkin. Ukuran valve juga harus bisa menghindari terjadinya semprotan (flashing) dari cairan panas dan aliran supercritical pada gas dan uap.

Pressure drop akan  menyebabkan banyak kerugian dalam industri kimia. Bagian pemipaan adalah hal yang paling umum dijumpai dalam industri kimia sepert  tingkat kekasaran pipa, banyaknya lekukan (belokan) dan panjangnya jalur pemipaan ataupun jika terjadi kebocoran. Selain pipa,  pada bagian valve juga banyak menyebabkan terjadinya pressure drop ini. Kesalahan dalam pemilihan valve berpotensi terjadinya kerugian yang besar akibat pressure drop ini dan safety. 

Setiap valve memiliki karakter tersendiri sehingga perancang pabrik kimia atau operator pabrik kimia harus mengetahui hal ini. Ada puluhan jenis valve yang digunakan di industri kimia pada umumnya, sehingga akan mudah ditunjukkan apabila ada suatu model yang mampu memberikan pengetahuan tentang karakteristik valve yang dipakai di industri kimia tersebut.  Salah satunya adalah operasional valve itu sendiri, misalnya :  Gate valve tidak terlalu cocok untuk operasi valve partially open (buka sebagian) tetapi lebih cocok untuk operasi valve open-and-shut (buka tutup). Hal ini karena pada gate valve terjadi perubahan area yang besar ketika dilakukan sedikit penyettingan (slight adjustment). Sedangkan untuk ukuran pipa lebih besar jenis butterfly valve lebih umum digunakan. Butterfly valve sering digunakan pada aliran gas dan uap.

Pada gate valve karena beroperasi dengan pelan maka mencegah terjadinya fluid hammer, yang merusak sistem pemipaan. Pressure drop yang terjadi kecil terjadi pada gate valve. Ball valves  juga dirancang untuk operasi open-and-shut valve (buka tutup) sama seperti gate valve tetapi cairan yang mengandung partikel bisa menggores pada bolanya. Banyak yang menggunakan ball valve dengan sukses untuk valve pada air bersih. Ball valve juga memiliki pressure drop yang kecil, buka tutup bisa dilakukan dengan cepat, mudah dan tidak bermasalah. Yang perlu diperhatikan buka tutup terlalu cepat pada ball valves  akan menyebabkan fluid hammer. Seiring pengembangan seal Teflon, ball valves  semakin populer. Globe valve memiliki sisi positif dan negatif. Sisi positifnya globe valve seperti halnya gate valve akan menutup secara perlahan sehingga mencegah terjadinya fluid hammer. Sedangkan sisi negatifnya adalah pola aliran “Z” yang membatasi aliran fluida lebih daripada gate, ball atau butterfly valves. Sedangkan pada plug valve mirip seperti gate valve akan membuat aliran tanpa halangan ketika pada kondisi terbuka penuh. Korosi pada gagang minimal karena tidak ada ulir drat. Plug valve umumnya tersedia ukuran lebih besar daripada ball valves dan sangat cocok digunakan untuk unit pengolah air limbah (wastewater plant).