Analogi 3: Distillation Column

Macam mana untuk kita asingkan 2 orang yang berlainan berat dan tahap kecergasannya (Dua cecair yang berlainan takat didihnya)? Rasanya antara cara terbaik adalah dengan memaksa mereka menaiki tangga ke tempat yang tinggi (Distillation Column). Keduanya dibekalkan minuman Kopi Radix yang berkhasiat 7 herba terpilih dan pemberi tenaga segera secara berterusan.
Jadi pada pendapat anda semua siapa yang akan sampai paling atas sekali? pasti yang paling ringan dan paling cergaskan (light). Bagi orang yang paling ringan dan paling cergas dengan mengambil sedikit sahaja tenaga mereka sudah mampu untuk menaiki tangga dan berada diatas. Bagi yang paling berat (heavy), tenaga yang tidak mencukupi menyebabkan mereka semput dipertengahan dan jatuh tergolek kembali kebawah.
Awas! jika orang yang paling berat berterusan mengambil Kopi Radix yang berkhasiat dari 7 herba terpilih tadi. Lambat laun mereka akan mampu naik keatas dan menjadikan tujuan pengasingan kita terganggu. Untuk mengelakkan mereka sampai keatas sejumlah penghuni yang paling ringan dihantar kembali (reflux) untuk mengsabotaj mereka yang berat supaya semput dan tergolek kembali kebawah dan mengekalkan dominasi mereka pada bahagian atas. Supaya proses sabotaj lebih berkesan, teknik satu lawan satu diperlukan. Jadi pintu-pintu (Trays) yang memuatkan hanya seorang dibuat pada setiap aras.
Pengambilan ahli yang baru (berat dan ringan) hendaklah diadakan berdasarkan keadaan semasa bagi mengganti mereka yang cedera dari pihak atas (Draw) dan bawah (drain).
Sekian.

Jet Flood

Pada pos aku yang lepas aku ada ceritakan pasal Flooding dan Dumping. Kali ini aku nak bagi tahu pulak satu istilah dalam Distillation Column ini, iaitu Jet Flood. Aku memula dengar istilah ini semasa menerima PDS bagi distillation Column, bos aku masa tu merangkap projek manager agak keliru bagi istilah ini. Jadi kami sama2 cari makna dia kat buku rujukan.
Jet Flood adalah keadaan dimana Foam (istilah bagi bahagian cecair didalam Distillation Column) yang terlalu tinggi pada mana2 bahagian trays atau bahagian bawah column. Bagi keadaan normal bahagian atas Foam ini akan terdapat spray atau entraiment cecair hasil pergerakan wap keatas. Apabila berlaku keadaan level Foam yang terlalu tinggi daya gerakan wap dan entraimentnya akan menyebabkan foam pada bahagian atas tidak boleh mengalir kebawah dan membanjiri tray tersebut (Flooding).
Aku dah tahu maksud istilah ini tapi masih tak faham sehinggalah:

Ada satu Column kat loji aku (rujuk gambar kat atas), kawalan bagi aras, aliran stim dan vakuum adalah dalam keadaan automatik. Suatu hari alat mengukur tekanan telah tersumbat sedikit dan menyebabkan vakuum telah merosot (Breaking?) . Pengukuran aras biasanya menggunakan parameter vakuum ini didalam kiraannya (Pbottom - Ptop; sila rujuk pos aku sebelum ini untuk contoh pengiraan) aras menunjukan bacaan yang rendah sehingga Control Valve LIC menunjukan bukaan 100% bagi memastikan aras column seperti yang dikehendaki. keadaan ini berlaku tanpa disedari sehingga tray pertama telah mengaktifkan alarm Low (rendah). Apabila alarm teraktif, operator yang menyangkakan keadaan berlaku kerana aras yang rendah mengambil kawalan LIC kepada manual dan menetapkan bukaan 100%. Apabila vakuum telah bertambah baik (pulling) dan aras seperti yang dikehendaki, kawalan LIC ditutup sepenuhnya (0%) kemudiannya kembali diletakkan pada kawalan Auto. Apabila LIC berada dalam keadaan tertutup, vakuum kembali merosot dan aras kembali berada dalam keadaan rendah membuatkan LIC kembali terbuka. Keadaan ini berulang beberapa kali, pelbagai andaian dibuat dan antara kesimpulannya adalan suapan (feeding) ke Column telah didominasi oleh bahan yang rendah takat didihnya.

Pada pandangan aku Column bukannya mengalami keadaan suapan yang komposisinya bertukar tetapi kawalan Auto telah menyebabkan Column telah dumping dan akhirnya menyebabkannya mengalami Jet Flood. Rasional kepada kepada pendapat aku adalah:

1. PIC yang separa tersumbat memberikan bacaan yang kurang tepat kepada aras Column sekali gus memaksa LIC memberikan suapan yang berlebihan. Ini menyebabkan Column berada dalam keadaan dumping.
2. Apabila suapan memasuki Column, wap yang mengalir keatas akan terhalang seketika dan memberikan beban (load) yang rendah kepada Ejector dan memberikan kesan peningkatan vakuum dan aras (kerana pengiraan).
   
3. Apabila LIC ditutup sepenuhnya, wap kembali mengalir keatas dengan sedikit penambahan dan memberikan beban kepada Ejector dan vakuum kembali merosot bersama aras.
4. Keadaan dumping dapat dikesan dengan penunjuk aras yang tinggi apabila vakuum meningkat kepada keadaan yang diingini, aras menunjukkan bacaan yang tinggi. Jet Flood pula diwakili oleh tray pertama yang mengalami kejatuhan suhu.
5. keadaan ini boleh diselesaikan dengan mengambil LIC pada keadaan manual dan tutup sepenuhnya. PIC manual dan pada bukaan yang sewajarnya. Jika suhu pada bahagian bawah Column masih elok (bahan takat didih tinggi mendominasi), buang sedikit isi column sehingga suhu tray pertama meningkat. Apabila keadaan terkawal letakkan kembali LIC dan PIC dalam keadaan auto.
6. Untuk mementukan samada pengukur tekanan tersumbat atau vakuum didalam sistem benar2 merosot. Lihat suhu didalam column suhu akan meningkat seiring dengan peningkatan tekanan. Jika tekanan meningkat tetapi suhu sama...pengukur tekanan telah tersumbat.
   

Distillation

Maha suci Allah, hanya dengan berfirman "Jadi" maka jadilah setiap sesuatu lengkap dengan segala keindahan saling melengkapi antara satu sama lain. Manusia sebaik2 kejadian yang berjumlah berjuta2 dengan perbezaan paras rupa cop jari dan DNA. Begitu juga dengan unsur lain, berbeza antara satu sama lain sifat fizikal dan kimianya. Takat lebur, didih ketumpatan dan warna yang berbeza meskipun pada kadar 0.0001. Sebagai Khalifah kita dikurniakan akal bagi memanipulasi sifat ini untuk kepentingan diri, semoga kita sentiasa bersyukur.
Garam terlarut didalam air dapat dipisahkan dengan proses penyejatan, dua cecair yang berbeza takat didih dapat dipisahkan dengan pemanasan dan penyejukan. Fungsinya hanya satu untuk mendapatkan unsur yang kita perlukan bagi kegunaan harian. Kemudian permintaan semakin bertambah, penghasilan pada skala besar diperlukan maka terhasilah loji kimia besar dengan segala peralatan yang canggih dengan fungsinya tetap sama iaitu untuk mendapatkan apa yang diingini memenuhi keperluan kehidupan Manusia.
Distillation Column adalah alatan yang digunakan bagi pemisahan dua atau lebih cecair yang mempunyai takat didih berbeza. Sumber pemanasan membekalkan haba (Tenaga) pada campuran cecair tadi. Bagi jumlah tenaga yang dibekalkan itu cecair yang paling lemah akan naik semangat dulu (meruap) dan naik keatas. Sebab itu dalam DCS terdapat perbezaan suhu dari bawah hingga atas, ini menunjukan bahan yang dominan pada kedudukan tersebut. Bagi yang agak kuat semangat tenaga yang dibekalkan hanya boleh membawanya separuh sahaja. Kemudian bagi wap yang berjaya sampai kat atas sekali tenaga tadi diambil balik dengan sistem penyejukan. wap tadi hilang tenaganya dan kembali kesifat asalnya iaitu cecair. Cecair ini akan dihantar balik kedalam Column bagi memastikan ianya dominan didalam Column. Bagi memastikan pemisahan berlaku secara sekata dan berkesan terdapat lapisan2 pemisah yang dipanggil Trays atau packing diantara bahagian atas dan bawah column.
Satu peristiwa berkenaan Distillation Column dan perkaitan suhu dominan pernah berlaku dalam syif aku. Semasa proses start-up bagi Distillation Column dari jenis Packed, didapati Vacuum akan breaking (Lawan bagi pressurize untuk tekanan atm) dan suhu merentasi Column dari bawah keatas menunjukan bahan yang mempunyai takat didih tinggi hampir mendominasi. Manakala suhu pada reflux pula tidak menunjukan yang haba telah diserap oleh kondenser.
Pada mulanya kami mengesyaki yang ada masalah pada Steam Ejector, namun tiada kejanggalan pada sistem ini. Suhu stim yang stabil dan apabila Ejector diasingkan dari sistem vakuum pada bahagian Ejector akan pulling dengan berkesan (tanda2 ada masalah dengan sistem).
Adakah Kondenser tersumbat? jika tersumbat sekalipun ia tidak akan memberikan kesan yang segera. Kecuali ianya tersumbat dengan teruk sehingga tiada ruang pertukaran haba. Masalah ini juga cuba diatasi dengan menaikan suhu penyejuk kepada suhu takat lebur bahan (pastikan tiada haba dibekalkan pada reboiler).
Sehingga tiada cara lagi, akhirnya manhole column dibuka dan didapati bahagian wap bahan ke Kondenser rosak dengan teruk sehingga wap keluar melalui ruangan refluk, kerana itu suhu pada ruangan refluk adalah suhu wap.

Keep It Simple Stupid3

Assalamualaikum, apakhabar semua? Kali ini aku akan kongsi satu persamaan yang mudah dan amat berguna didalam loji pemprosesan:

P = ρgh

P = Tekanan (Pressure) (N/m2)

ρ = Ketumpatan (Density) (Kg/m3)

g = Halaju Graviti (9.81 m/s)

h = ketinggian (meter)

persamaan amat berguna untuk korang mencari penyelesaian kepada masalah yang akan aku kemukakan dibawah.

(Rujuk Rajah Diatas)

1. Pam yang tidak berfungsi dengan baik karana aras column turun dengan perlahan Pelbagai cara telah digunakan seperti mencuci paip suction dan discharge untuk memastikan ianya tidak tersumbat. Tanda2 yang pam cavitate juga tidak kelihatan seperti bunyi bising dan Amp pula agak stabil biarpun rendah. Macam mana ya?

ü Pengiraan Level (Aras)

PI2-Pi1 = 40 mmHg

Density Hg 13600 (buku aku m/s 7)

Guna formula diatas = 5336.640N/m2 @ 0.0534 bar (rujuk buku aku m/s 5).

Jadi tekanan bendalir pada bahagian bawah Column adalah 5336.64N/m2. Kemudian kita cari ketinggian bendalir ini.

Lagi sekali guna formula diatas:

5336.640/(9.81 x 1200)

=0.45 meter

Jadi bagi level gauge yang HP ke LP leg dengan jumlah 0.5 Meter,

0.5m = 100%

Jika 0.45 m,

0.45/0.5 x 100%

= 90.7%

Macam mana pula dengan Pam?

NPSHR

Guna formula diatas

= 0.6 x 9.81 x 1200 (bendalir yang ditangani)

= 7063.2 N/m2 @ 0.07bar

NPSHA

= 1 x 9.81 x 1200

= 11772 N/m2 @ 0.12 bar

ü Kemungkinan:

PI1 dan 2 tersumbat

Katakan, PI 1 = 80 dan PI 2 = 95mmHg

= 95 – 80

= 15 mmHg

= 9.81 x 0.015 x 13600

= 2001.24 N/m2

Cari ketinggian,

= 2001.24/(9.81 x 1200)

=0.17 meter

Cari peratusan,

= 0.17/0.5 x 100%

= 34%

Katakanlah pada peratusan diatas NPSHR

lebih rendah dari NPSHA, tapi pam x cavitate.

ü Katakan komposisi bendalir berubah kerana proses Upstream yang terganggu; (Density = 1000)

= 5336.64 /(9.81 x 1000)

= 0.6 meter

Jika kita tukar kepada peratusan, ia menunjukan yang arasnya terlalu tinggi. Kemungkinan ke-2 lebih logik.

Pam,

NPSHA katakana h terkini = 1.3 meter

= 1.3 x 9.81 x 1000

= 0.13 bar (NPSHA > NPSHR) oleh sebab itu pam x cavitate cuma kerja kurang.

Flooding dan Dumping

Kadang2 sesuatu yang melucukan apabila jurutera2 baru kat tempat aku menggunakan istilah sewenang2nya tanpa sokongan fakta yang kukuh. Apa yang amat aku kesalkan budaya membeli buku rujukan pulak macam nak beli emas sekilo. Sesapa yang rajin beli pulak kena sindir "buku banyak, x power jugak!" dan kalu diberi percuma untuk difotokopi ramai pulak yang sanggup tampil untuk meminjamnya. Bagi aku setiap peluang menambahkan ilmu mesti diambil, jika ada sumber rujukan yang dirasakan perlu beli aje. InsyaAllah akan berguna dimasa hadapan, jangan terhantuk baru nak pakai topi keselamatan.

Okeylah...kembali kepada topik kali ini (aku kadang2 emosional jugak):
Dalam Distillation Column Cecair dan Wap akan bergerak bertentangan. Bagi Cecair pergerakkan akan berlaku dengan kehadiran Graviti (P= Density x Gravity x h) dan bagi wap perbezaan tekanan akan membolehkan ia mengatasi halangan cecair diantara Trays (tempat dimana permindahan jisim berlaku).
Tujuan Weir adalah untuk memastikan cecair berada pada jangka masa yang ditetapkan diatas Tray supaya wap dan cecair dapat berhubung dengan sempurna. Bagi memastikan pemindahan jisim dapat berlaku dengan sempurna kedua daya yang bertentangan semestinya tidak melebihi antara satu sama lain.
Apabila tekanan terlalu tinggi bagi wap menghalang pergerakkan cecair secara graviti akan berlaku sesuatu yang diistilahkan sebagai Flooding bagi Column. Keadaan dimana cecair yang tidak dapat mengalir kebawah kemudian terkumpul dan memenuhi bahagian yang tersekat. Antara tanda2 Flooding adalah:

1. Level Column yang akan berkurangan (Pump amp)
2. Peningkatan tekanan pada bahagian bawah Tray yang Flooding.
3. Suhu column seperti piramid.
4. Level Condenser Receiver yang naik mendadak.

Pada ketika ini penambahan refluk bagi mengurangkan suhu bahagian bawah Column akan memburukkan keadaan.
Antara sebab2 lain Flooding adalah:

• Tray yang rosak dan tersumbat.
• Jarak antara hujung Downcomer dan Tray yang seterusnya yang tidak memadai.

Pengurangan Feeding dan sumber pemanasan (steam) dapat membantu mengatasi masalah ini jika ianya tidak melibatkan masalah mekanikal.

Manakala Dumping pula keadaan dimana tekanan cecair mengatasi tekanan wap. cecair akan mengalir secara bebas dan mengurang kan masa pertemuan sekali gus pemindahan jisim akan berkurang.
Antara faktor yang menyebabkan Dumping:

• Tray yang senget.
• Weir yang terlalu rendah.
• Tray yang rosak.

Dumping juga dikenali sebagai Weeping kerana cecair yang menitis dari lubang tray.
Antara tanda2 Dumping adalah:

1. Aras Condenser Receiver yang berkurangan.
2. Aras bawah Column yang naik mendadak.
3. Suhu bahagian bawah Column yang menurun.
4. Tekanan Head cecair yang meningkat.

Apabila sumber pemanasan ditambah bagi memastikan tekanan wap meningkat kemungkinan Jet Flood berlaku pula tinggi.
Walau apapun istilahnya keduanya menyebabkan pemindahan jisim menjadi kurang sempurna.

Antara sumber rujukan yang menarik untuk topik ini adalah Working Guide to Process Equipment; hasil penulisan dan pengalaman Norman p & Elizebeth T Lieberman