Pemisahan udara

Pemisahan udara

Latar belakang
Dalam sebuah industri, baik itu industri minyak dan gas atau pun industri manufacture lainnya, dibutuhkan sebuah system utilitas untuk menunjang operasi pabrik tersebut. Salah satunya adalah kebutuhan gas inert.

Gas inert ini biasanya adalah nitrogen. Nitrogen biasa diambil dari udara bebas. Alasan mengapa mengambil dari udara bebas adalah karena kandungan Nitrogen dalam udara sangat besar, nitrogen adalah komponen yang paling besar diantara komponen lainnya. Nitrogen dalam udara kering bisa mencapai 78%-V.

Nitrogen ini, biasa digunakan untuk packaging di industri makanan, sebagai pengisi didalam bungkus makanan, agar makanan terhindar dari perkembang biakan mikroorganisme. Gas inert juga digunakan untuk melakukan pengosongan di pipa atau vessel di industri kimia, petrochemical, refinery atau minyak dan gas. Gas inert ini gunakan untuk menghindari terjadinya api atau kebakaran. Selain itu gas inert juga di gunakan untuk breathing di tanki agar tidak terjadi vakum ataun overpressure.

Di industri yang lekat sekali dengan bahan yang mudah terbakar, nitrogen menjadi sebuah kebutuhan yang mutlak ada. Tentu karena alasan keselamatan. Karena kebutuhannya yang cukup besar, maka banyak industri kimia yang memiliki system penghasil nitrogen dengan bahan mentah udarag. Ada juga pabrik yang produknya adalah nitrogen, oksigen dan sebagainya.

Dekripsi Proses
Secara umum pemisahan udara terdiri dari beberapa unit proses yang pertama adalah proses kompresi, kedua adalah proses pendinginan dan ketiga adalah proses pemisahan. Kenapa selalu ada dua unit tersebut diawal pemisahan? Pertama, secara termodinamika peningkatan tekanan akan meningkatkan temperatur. Coba perhatikan persamaan gas ideal berikut.

Tampak jelas bahwa tekanan sebanding dengan temperatur. Dengan meningkatnya tekanan maka temperatur didih dari material akan meningkat juga. Saat tekanan tinggi maka pada temperatur yang tidak terlalu rendah atau lebih tinggi dari titik didih normalnya udara telah mencair. Sehingga lebih mudah untuk memisahkan komponen yang diinginkan.

Kedua, peningkatan tekanan terbatas oleh kondisi dari fluida dan alat (kompressor). Fluida memiliki titik kritis. Apabila kondisi kritis dari fluida itu telah melewati maka sifat dari fluida tersebut akan berubah sama sekali. Misalkan fluida tersebut adalah nitrogen, nitrogen memiliki titik kritis pada temperatur 147oC dan tekanan 33.999bar. diatas kondisi tersebut nitrogen akan memiliki sifat yang berbeda.

Peningkatan tekanan ini akan meningkatkan temperatur, peningkatan temperatur yang terlalu tinggi tidak diharapkan karena ada bahaya kebakaran atau ada bahaya kegagalan dalam operasi. Kegegalan operasi ini disebabkan karena adanya keterbatasan dari peralatan, misalnya kompressor salah satu titik lemah di kompresor adalah sistem pelumasan. Sistem pelumasan pada kompresor tekanan tinggi bisanya menggunakan fluida bertekanan. Fluida yang digunakan bisanya adalah dari jenis hidrokarbon, hidrokarbon ini tidak bisa bekerja dalam temperatur tinggi.

Banyak dari pabrik pemisahan udara mendasarkan kepada linde’s double distillation collumn process. Proses ini memiliki dua kolom distilasi untuk memisahkan gas-gas yang diingikan seperti nitrogen, oksigen, argon, dan sebagainya.

Proses linde ini terdiri dari dua unit pemisahan, unit pemisahan pertama dipergunakan untuk mendapatkan produk-produk ringan seperti oksigen dan nitrogen. Udara yang telah di tekan dan di didinginkan dimasukan ke dalam kolom distilasi pertama. Kompresi yang dilakukan hingga 9-10 bar. Sedangkan temperatur diturunkan hingga -166oC. Kemudian udara tekan di throtlle, sehingga tekanan turun sampai 5 bar. Baru kemudian udara tekan tersebut diumpankan kedalam kolom distilasi. Kolom distilasi yang pertama ini hanya melakukan enriching produk. Produk atas akan diumpankan ke kolom distilasi kedua di unit pertama di bagaian atas kolom, sedangkan produk bawah akan diumpankan ditengah kolom. Kolom distilasi kedua ini juga mendapatkan umpan dari recylce unit dua yang masuk di bagian bawah kolom dan yang di campurkan di kolom bagian atas. Baru di kolom kedua ini produk akhir didapatkan. Produk atas adalah nitrogen dengan kemurnian 99.5% dan produk bawah adalah oksigen dengan kemurnian 99.5%. Kolom kedua ini memiliki side draw yang produknya di kirim ke unit pemisahan kedua sebagai umpan.

Di unit kedua, terdapat tiga kolom distilasi disertai adanya reaktor pembakaran. Kolom pertama akan memisahkan nitrogen yang terbawa ke unit kedua untuk di recycle ke unit pertama. Produk yang di kirim ke unit pertama adalah produk atas dari kolom pertama tersebut. Sedangkan produk bawahnya dikirim ke kolom ke dua. Produk atas akan dikirim ke reaktor sedangkan produk bawah dikirim ke unit pertama.

Produk atas akan dicampur dengan hidrogen dan dikirim ke reaktor pembakaran. Reaktor ini berfungsi untuk menghilangkan hidrogen. Reaksi pembakaran hidrogen akan menghasilkan air. Air yang dihasilkan akan dipisahkan dikolom reflux yang kemudian di buang ke waste water treatment.

Sedangkan gas yang komponen utamanya adalah nitrogen dan argon akan menjadi umpan kolom ketiga. Kolom ketiga ini akan misahkan argan dan gas ringan yang masih bercampur. Produk utama dari kolom ketiga adalah argon dan trace gas yang dibuang ke udara. Argon akan dihasilkan sebagai produk bawah sedangkan trace gas lainnya akan dihasilkan sebagai produk atas kolom disitilasi.

Proses yang dijelaskan diatas adalah pabrik yang memproduksi gas (nitrogen, oksigen, argon). Untuk pabrik yang menggunakan nitrogen sebagai bahan pendukung produksi dan hanya untuk kebutuhan keselatanan saja, biasanya proses lebih sederhana. Proses pemisahan hanya terdiri dari unit kompresi, dan unit pendinginan tanpa adanya unit pemisahan. Pemisahan dilakukan dengan mencairkan sebagian udara tekan tersebut. Sehingga yang didapat adalah produk dengan kemurnian yang tidak terlalu baik.