Pengaplikasian Konfigurasi Kolom Advanced Distillation sebagai Upaya Peningkatan Efisiensi Energi di Industri

Di beberapa dekade belakangan, konsumsi energi fosil di dunia meningkat tahun demi tahun. Diperhitungkan bahwa ketersediaan bahan bakar fosil sekitar 35, 107, dan 37 tahun untuk minyak, batubara dan gas berturut-turut. Selain itu, kenaikan penggunaan bahan bakar fosil memiliki masalah terhadap lingkungan. Sekarang ini, efek penggunaan bahan bakar fosil terhadap lingkungan seperti polusi, pemanasan global, dan perubahan iklim menjadi perhatian utama. Oleh karena itu, sebuah protokol bernama Protokol Kyoto dibuat untuk mengikat komitmen negara-negara untuk membatasi penggunaan bahan bakar fosil. Pembatasan ini membuat tantangan besar untuk mengembangkan penelitian lebih lanjut mengenai bahan bakar alternatif dan sistem energi.

Pengembangan penelitian di bidang sistem energy terutama di industri terfokus pada proses distilasi. Saat ini di dunia, penelitian mengenai distilasi terpusat di beberapa universitas seperti University of Manchester (Inggris), Yeungnam University (Korea Selatan), Norwegian University of Science and Technology (Norwegia), Delft University of Technology (Belanda), dan University of Zagreb (Kroasia). Distilasi merupakan salah satu teknologi separasi termal penting yang telah diaplikasikan di industri kimia dan petrokimia. Namun demikian, distilasi memiliki masalah klasik yakni memiliki efisiensi termodinamika yang rendah sehingga membutuhkan energi dalam jumlah yang cukup besar. Di Negara berkembang seperti Indonesia, optimisasi konvensional seperti pencarian dan penggunaan nilai optimum untuk jumlah stage atau tray, reflux ratio, dan lokasi masuk feed digunakan untuk mengurangi penggunaan energi. Dengan optimasi ini, distilasi diperkirakan masih mengambil bagian sekitar 50% dari biaya produksi sebuah pabrik. Oleh karena itu, perbaikan lebih lanjut dalam hal pengurangan konsumsi energi akan memberikan keuntungan yang besar. Di industri, perbaikan efisiensi energy berarti keuntungan dalam hal ini uang karena akan mengurangi biaya operasi.

Banyak konfigurasi dan teknik yang diajukan untuk mengurangi penggunaan energi di proses distilasi seperti yang dapat dilihat di Gambar 1. Dari beberapa konfigurasi dan teknik yang diajukan tersebut, dividing-wall column (DWC) dan mechanical vapor recompression (MVR) merupakan konfigurasi advanced distillation yang paling banyak diteliti dan digunakan di industri (well proven technology).

1. Konfigurasi kolom distilasi

Gambar 1. Contoh-contoh konfigurasi dan teknik distilasi

DWC

DWC adalah sebuah konfigurasi distilasi yang digunakan untuk memisahkan campuran multi komponen. DWC merupakan penyatuan dua kolom distilasi gabungan termal sederhana (simple thermally coupled distillation columns) menjadi satu kolom dengan menambahkan dinding vertikal di dalam kolom. Prafractionator (kolom semu pertama tempat masuknya umpan) melakukan pemisahan antara produk paling ringan dan paling berat kemudian kedua produk tersebut memasuki kolom utama dan memisahkan komponen dengan titik didih pertengahan yang akan dialirkan melalui aliran samping (side stream). Hal ini memberikan penghematan energi rata-rata sebesar 25-30% dengan menghindari remixing effects. Selain itu, DWC juga memberikan biaya kapital yang lebih rendah dan juga kebutuhan lahan yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan distilasi konvensional. Meskipun demikian, pengaplikasian DWC terbatas oleh tekanan operasi tunggal di dalam kolom distilasi. Pengaplikasian DWC pertama kali dilakukan oleh BASF SE, sebuah perusahaan kimia yang berpusat di Ludwigshafen, Jerman, pada tahun 1985 dan semenjak saat itu pengaplikasian DWC oleh industri terus meningkat drastic hingga saat ini. Saat ini, arah penelitian DWC adalah pengembangan fungsinya untuk separasi ekstraktif, azeotropik dan reaktif.

2. DWC

Gambar 2. Konfigurasi dari kolom distilasi konvensional (a), DWC (b), dan MVR (c).

MVR

Seperti yang diketahui, distilasi membutuhkan jumlah energi yang sangat besar saat beroperasi untuk mengubah fasa cair ke fasa gas (di reboiler) dan juga mengubah fasa gas kembali ke fasa cair di kondenser. Meskipun memiliki efisiensi yang rendah, distilasi masih banyak digunakan selama decade belakangan ini. Telah banyak penelitian dan pengembangan untuk memperbaiki masalah efisiensi energi yang dimiliki distilasi dan salah satu yang paling teknologi yang berkembang adalah heat pump.

MVR merupakan salah satu konfigurasi heat pump yang paling sering digunakan oleh industri. MVR biasanya digunakan untuk memisahkan dua komponen yang memiliki titik didih yang dekat (close boiling point components). Pada konfigurasi MVR, produk atas kolom yang masih dalam fasa gas dinaikkan tekanan dan temperaturnya oleh kompresor yang nantinya akan digunakan sebagai media pemanas pengganti reboiler. Dengan ini konfigurasi MVR menghemat satu heat exchanger jika dibandingkan dengan distilasi konvensional. Selain itu, MVR juga menghemat energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan produk atas kolom. Hal ini secara langsung memanfaatkan kalor laten (kalor kondensasi) dan kalor sensibel yang biasanya terbuang di distilasi konvensional. Pada umumnya konfigurasi MVR dapat menghemat lebih dari 50% energy jika dibandingkan dengan distilasi konvensional.

Tabel 1. Proses tipikal untuk pengaplikasian MVR dan DWC berdasarkan penelitian dan aplikasi industri.

table1

Pengaplikasian Konfigurasi MVR dan DWC di Industri Indonesia

Indonesia memiliki beragam industri yang memungkinkan pengaplikasian konfigurasi MVR dan DWC. Dari artikel ilmiah yang telah diterbitkan dan juga aplikasi konfigurasi MVR dan DWC di industri di luar negeri dapat dilihat di Tabel 1 beberapa proses yang cocok untuk pengaplikasian konfigurasi MVR dan DWC. Jika melihat proses-proses tersebut, industri di Indonesia juga dapat menerapkan konfigurasi MVR dan DWC di beberapa pabrikseperti yang dapat dilihat di Tabel 2.

Tabel 2. Kemungkin penerapan konfigurasi MVR dan DWC di industri Indonesia.

Table2

Referensi:

  1. Shafiee and E. Topal, Energ. Policy,37, 181 (2009).
  2. D. Ng, J. Chao, T. Yatsufusaand J.H.S.Lee,Fuel, 88, 124 (2008).
  3. V. D. Long and M. Y. Lee,AIChE J.,59, 1175 (2013).
  4. Q. Minh, N. V. D. Long and M. Y. Lee, Korean J.Chem. Eng.,29, 1500 (2012).
  5. Wallin, P. A. Franck, T. Berntsson, Heat Recov. Syst. CHP, 10 437 (1990).
  6. Fonyo and N. Benkö, Trans. IChemE,76, 348 (1998).
  7. A. Kiss, S. J. F. Landaeta and C. A. I. Ferreira, Energy, 47, 531 (2012).

Riezqa Andika

South Korea, 2015

Leave a Comment