Pengaruh Suhu dan Konsentrasi Press Lye (NaOH) Terhadap Laju Penurunan Deposit Sulfur Di Spin Bath Multistage Flash Evaporator (MSFE)
Davit Susanto, Ir. Agus Prasetya, M.Eng.Sc.,Ph.D , Ir. Moh. Fahrurrozi, M.Sc.,Ph.D.,IPU
2024 | Tesis | S2 Teknik Kimia
Spin bath Multistage Flash Evaporator (SPB MSFE)
merupakan peralatan yang memiliki peran vital dalam industri rayon. Fungsi
utamanya adalah menguapkan air hasil proses regenerasi pembuatan serat rayon.
Permasalahan utama yang sering terjadi pada SPB MSFE adalah pembentukan deposit
sulfur yang berdampak pada penurunan efisiensi evaporasi. Proses pencucian
perlu dilakukan untuk menghilangkan deposit sulfur tersebut. Senyawa yang
digunakan untuk pencucian adalah larutan press lye dengan komposisi NaOH
225–235 g/L, hemiselulosa 20–25 g/L, dan serat 9500–9600 ppb.
Dalam studi ini mendalami kinetika disolusi sulfur pada
larutan press lye dan parameter yang mempengaruhinya (suhu dan
konsentrasi). Penentuan kinetika disolusi sulfur diperoleh dari hasil
eksperimen. Adapun metode yang dilakukan yakni, grafit tube dipersiapakan
dengan ukuran 62 mm, kemudian dicetak pada sulfur yang telah dicairkan
sebelumnya pada suhu 200 oC. Sulfur yang telah menempel pada
permukaan grafit tube kemudian direaksikan pada larutan press lye 500 ml
(40,50,60 g/L) dengan variasi suhu 60,70,dan 80 oC. Reaksi
berlansung selama 120 menit dan setiap 15 menit dilakukan pengecekan nilai Na2S
yang terbentuk dengan metode titrasi. Selain penggunaan press lye,
dilakukan juga perbandingan dengan menggunakan fresh lye (NaOH).
Diperoleh hasil laju disolusi sulfur dari suhu 60 oC ke 70 oC
sebesar 124 % pada larutan fresh lye (NaOH) dan sebesar 110 % pada
larutan press lye. Kenaikan signifikan terjadi pada kenaikan suhu dari
70 oC ke 80 oC sebesar 272 % pada larutan fresh lye
(NaOH) dan 205 % pada larutan press lye. Dari nilai kinetika disolusi sulfur yang diperoleh tersebut
kemudian dihubungkan dalam sebuah model proses pencucian (disolusi sulfur)
sederhana, yang kemudian digunakan untuk menentukan waktu pencucian efektif
pada SPB MSFE. Model proses yang telah dihasilkan kemudian dilakukan proses
validasi , yakni dengan membandingkan nilai perhitungan model dengan kondisi
aktual. Adanya deviasi antara model dan aktual kemudian dilakukan proses
kalibrasi dengan metode non-linier least square sehingga diperoleh nilai
laju disolusi sulfur (k) yang mendekati. Dari perhitungan model diperoleh
durasi pencucian efektif yang paling lama yakni 22 jam 5 menit pada kondisi
suhu 60 oC dan konsentrasi 40 g/L dan yang paling singkat 1 jam 25
menit pada kondisi suhu 80 oC dan konsentrasi 60 g/L. Dari hasil
perhitungan model tersebut kemudian diterapkan proses pencucian efektif pada
SPB MSFE dan kemudian dilakukan perbandingan kinerja SPB MSFE sebelum dan
sesudah dilakukan pencucian efektif.
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari studi ini yakni,
laju disolusi sulfur pada larutan fresh
lye (NaOH) cenderung sedikit lebih tinggi dibandingkan
pada larutan press lye,
walaupun perbedaannya tidak terlalu signifikan, hal
tersebut disebabkan adanya pengotor pada larutan press lye yakni
hemiselulosa dan serat. Pencucian dengan metode efektif
yang dilakukan pada SPB MSFE menghasilkan kinerja
yang lebih baik dibandingkan metode biasa, baik dalam hal rasio steam 2,2 kali
lebih rendah, konsumsi steam 1,5 kali lebih rendah, laju evaporasi 2,2 kali
lebih lambat penurunannya serta suhu keluaran A1 yang diperoleh lebih tinggi
yakni 95,8 oC dibandingkan metode biasa hanya 94,5 oC. Kombinasi
konsentrasi dan suhu yang tinggi khususnya pada suhu 80 oC dan
konsentrasi diatas 50 g/L memiliki resiko terjadinya erosi pada permukaan
grafit tube. Kondisi pencucian yang efektif dan
aman adalah pada suhu 70 oC dan konsentrasi 60 g/L yaitu 4 jam 28
menit.
Spin
bath Multistage Flash Evaporator (SPB MSFE) is a vital equipment in the rayon
industry. Its main function is to evaporate water from the regeneration process
of rayon fiber production. The main problem that often occurs in SPB MSFE is
the formation of sulfur deposits, which reduces evaporation efficiency. The cleaning
process needs to be carried out to remove the sulfur deposits. The compound
used for cleaning is a press lye solution with a composition of 225–235 g/L
NaOH, 20–25 g/L hemicellulose, and 9500–9600 ppb fiber.
This
study explores the kinetics of sulfur dissolution in the press lye solution and
the parameters that affect it (temperature and concentration). Determination of
sulfur dissolution kinetics is obtained from experimental results. The method
used is a graphite tube prepared with a size of 62 mm, then molded on sulfur
previously melted at 200 oC. Sulfur attached to the surface of the
graphite tube is then reacted in 500 ml of press lye solution (40,50,60 g / L)
with temperature variations of 60,70 and 80 oC. The reaction lasts
for 120 min, and every 15 minutes, the Na2S value formed is checked
using the titration method. In addition to press lye, a comparison is also made
using fresh lye (NaOH). The results obtained are the rate of sulfur dissolution
from a temperature of 60 oC to 70 oC of 124% in the fresh
lye solution (NaOH) and 110% in the press lye solution. A significant increase
occurred when the temperature increased from 70 oC to 80 oC
by 272% in the fresh lye (NaOH) solution and 205% in the press lye solution.
The
obtained sulfur dissolution kinetics value is then connected to a simple sulfur
dissolution process model, which is then used to determine the effective
cleaning time on the SPB MSFE. The resulting process model is then validated by
comparing the model calculation value with actual conditions. The existence of
deviations between the model and the actual is then calibrated using the
non-linear least square method so that the sulfur dissolution rate value (k) is
obtained, which is close. From the model calculation, the longest effective
cleaning duration is obtained, namely 22 hours 5 minutes at a temperature of 60
oC and a concentration of 40 g / L, and the shortest is 1 hour 25
minutes at a temperature of 80 oC and a concentration of 60 g / L.
From the results of the model calculation, the effective cleaning process is
then applied to the SPB MSFE and then a comparison of the performance of the
SPB MSFE before and after effective cleaning is carried out.
The
conclusion obtained from this study is that the sulfur dissolution rate in
fresh lye (NaOH) solution tends to be slightly higher than in press lye
solution. However, the difference is not too significant. This is due to
impurities in the press lye solution, namely hemicellulose and fiber. Cleaning
with an effective method carried out on the SPB MSFE produces better
performance than the normal method, both in terms of steam ratio 2.2 times
lower, steam consumption 1.5 times lower, evaporation rate 2.2 times slower
decrease and the A1 output temperature obtained is higher, namely 95.8 oC
compared to the normal method of only 94.5 oC. The combination of
high concentration and temperature, especially at a temperature of 80 oC
and a concentration above 50 g / L, has a risk of erosion on the graphite tube
surface. Effective and safe cleaning conditions are at a temperature of 70 oC
and 60 g / L concentration, namely 4 hours 28 minutes.
Kata Kunci : SPB MSFE, Sulfur, Deposit, Press Lye, Model, Pencucian Efektif
