2020 : Implementasi Modelling Computational Fluid Dynamic dan Validasi Experimental Pada Proses Pemurnian Bioetanol dengan menggunakan Packed Sieve Tray

Prof.Ir. Ali Altway M.Sc
Fadlilatul Taufany S.T., Ph.D.

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Semakin berkembangnya ilmu pengetahuan di bidang teknik kimia terutama di bidang distilasi, penelitian ini bertujuan untuk mencari metode alternatif yang digunakan untuk melewati titik azeotrope yang terdapat pada sistem etanol-air. Kadar etanol yang diharapkan menjadi lebih murni dan melewati titik azeotrope yang terdapat pada sistem etanol-air dengan menggunakan packed sieve tray pada proses distilasi. Salah satu masalah utama yang menyebabkan naikknya capital expenditure dan operational expenditure pada proses pemurnian etanol adalah disebabkan sifat kimia dari etanol yang memiliki titik azeotrope 96% pada suhu 78,1oC yang berdekatan jika berkesetimbangan dengan air mendidih, campuran berkesetimbangan ini tidak bias menghasilkan bioethanol teknis yang layak jual (99,5%) melainkan hanya pada threshold 96,25%, hal ini dapat menyebabkan penurunan kualitas etanol dan penambahan equipment lain seperti extractive distillation, oksidasi impuritis dengan menggunakan O3 hingga pressure swing distillation. Sebagai solusi dari permasalahan ini, maka peningkatan transfer massa pada system kesetimbangan bioethanol-air perlu dilakukan. Ada beberapa metode untuk meningkatkan performansi transfer massa pada kolom distilasi, dengan prinsip perlu ditambahkannya kontak pada system, salah satunya menggunakan additional material berupa packing yang memiliki biaya produksi relatif rendah, dan mudah untuk difabrikasi. Maka dari itu, Penggunaan packed sieve tray column yang berupa penambahan packing kolom pada diprediksi dapat meningkatkan transfer massa, peningkatan pendistribusian energi, dan hidrodinamika yang lebih statis bila dibandingkan dengan sieve tray tanpa penambahan packing. Berangkat dari permasalahan tersebut, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sebuah model yang sudah tervalidasi dengan toleransi error dibawah 5% pada kolom distilasi dengan menggunakan packed sieve tray dibutuhkan untuk mengakomodasi fenomena yang terjadi di dalam tray yang nantinya akan divalidasi dengan hasil eksperimen. Model dan metode simulasi yang akan digunakan pada penelitian ini adalah Eulerian-Eulerian dengan 2 fasa yaitu gas dan cair, serta menggunakan computational fluid dynamics dengan bantuan software berlisensi resmi ANSYS versi 19.2. Pada penelitian ini dibagi menjadi 2 tahap, yaitu proses eksperimen, dan simulasi. Pada proses eksperimen, langkah pertama yang perlu dilakukan adalah pre-treatment terhadap feed untuk persiapan ke packed sieve tray dengan mengencerkan larutan sesuai dengan konsentrasi feed yang dibutuhkan, yakni 0.04 fraksi mol etanol dan 0.96 fraksi mol air. Setelah proses pre-treatment telah dilakukan, dilakukan setup pada packed sieve tray dengan memasang packing steel wool dengan ketinggian 0, 3, dan 5 cm pada tiap tray, proses penempatan pack dihimpitkan pada weir agar mengurangi error ketika eksperimen dilakukan. Langkah setup selanjutnya adalah mengisi boiler dengan larutan feed menggunakan pompa ke dalam kolom, setelah itu pengaliran air pendingin untuk kondensor, setelah air pendingin sudah steady, maka boiler dapat dinyalakan, dan di adjust pada suhu 100oC. Setelah 1 jam, maka light key product dan heavy key product dapat diambil untuk dianalisa pada gas kromatograf untuk kalkulasi konsentrasi. Pada proses simulasi dengan menggunakan metode computational fluid dynamics pada software ANSYS 19.2, digunakan perangkat FLUENT pada ANSYS 19.2 sebagai basis perhitungan. Pada fluent, terdapat 3 tahap utama untuk menyelesaikan simulasi hingga konvergen, yaitu: Geometry Setup, Meshing, dan Process Calculation. Pada tahap Geometry Setup, digunakan DesignModeler sebagai alat bantu 3D Modelling untuk menggambarkan struktur packed sieve tray. Setelah itu, proses Meshing dilakukan dengan metode Tet/Hybrid element dengan TGrid Mesh. Setelah proses meshing, dilakukan Process Calculation, pada tahap ini hal pertama-tama yang perlu dilakukan adalah setup pada task page general, yaitu memilih pressure-based, dan velocity formulation pada tautan solver. Setelah itu memilih opsi Steady pada Time, dan mengatur gravity dengan acuan sumbu y dengan nilai -9,8 m/s2. Setelah itu pindah ke task page model, dan memilih opsi basis Eulerian, dan membatasi number of eulerian phases hingga 2 fasa. Setelah itu mengatur feed untuk dimasukkan ke packed sieve tray. Pada tahapan ini, digunakan 0.96 fraksi mol air sebagai gas dan 0.04 fraksi mol etanol cairan. Semua operating condition disesuaikan dengan setup ambient. Jika tahapan sudah selesai dan tidak ada notifikasi kekurangan input, maka simulasi dapat dijalankan. Kata kunci : Computational Fluid Dynamics, packing, packed sieve tray, bioethanol, azeotrop