Kolom Bawah: Terlalu Dingin Bisa Membuat Nitrogen Tercemar Oksigen?

Pernahkah kamu bertanya, bagaimana udara diubah menjadi oksigen murni atau nitrogen murni? Teknologi di baliknya disebut distilasi kriogenik. Tapi proses ini bukan cuma sekadar membekukan — ia harus dikendalikan dengan sangat presisi.

Distilasi kriogenik adalah jantung dari proses pemisahan udara menjadi oksigen, nitrogen, dan argon. Proses ini sangat bergantung pada suhu dan tekanan yang tepat, karena pemisahan terjadi berdasarkan perbedaan titik didih tiap komponen.

Salah satu bagian paling penting dari proses distilasi kriogenik adalah kolom distilasi bagian bawah. Di sinilah udara cair dipisahkan menjadi dua komponen utama: nitrogen naik ke atas, dan oksigen terkonsentrasi turun ke bawah.

Ya, kita sedang bicara kolom bawah — tempat pertama pemisahan terjadi sebelum masuk ke kolom atas untuk pemurnian lebih lanjut.

Tapi di kolom bawah ini, ada satu hal yang sering membingungkan:
“Kenapa suhu yang terlalu rendah justru membuat produk nitrogen tetap tercemar oksigen?”

Mari kita bahas dengan cara yang masuk akal dan mudah diingat.

Kolom Seperti Tangga

Bayangkan kolom distilasi sebagai tangga vertikal:

• Uap naik dari bawah, membawa nitrogen, karena nitrogen paling mudah menguap.
• Cairan turun dari atas, membawa oksigen, karena oksigen lebih sulit menguap.

Di setiap tray (semacam lantai kecil di dalam kolom), uap dan cairan bertemu dan saling bertukar komponen. Nitrogen cenderung menguap dan terus naik, sedangkan oksigen lebih mudah mengembun dan terus turun.

Apa yang Terjadi Jika Kolom Terlalu Dingin?

Saat kolom bawah terlalu dingin:

• Uap nitrogen tidak terbentuk cukup banyak karena terlalu banyak yang terkondensasi jadi cair.
• Aliran naik melemah — tidak ada dorongan uap yang cukup untuk menolak oksigen naik.

Akibatnya:

Oksigen ikut naik ke bagian atas, dan mencemari produk nitrogen.

Logika Tekanan Parsial

Secara termodinamika:

• Di bagian atas kolom bawah, dominasi uap nitrogen menciptakan tekanan parsial nitrogen yang tinggi.
• Ini seperti “penghalang molekul” yang mencegah oksigen untuk ikut menguap dan naik.

Namun, jika suhu terlalu rendah:

• Uap nitrogen tidak cukup kuat.
• Penghalang itu melemah, dan oksigen bisa ikut naik ke atas.

Biasanya suhu operasi kolom bawah dijaga sedikit di bawah titik didih nitrogen, misalnya sekitar −175 °C, tergantung tekanan operasi (misalnya 5.45 barA), untuk memastikan nitrogen mendidih dan oksigen mengembun secara selektif.

Bagaimana Jika Terlalu Hangat?

Sebaliknya, jika kolom bawah terlalu hangat:

• Oksigen tidak cukup mengembun ke bentuk cair, sehingga gagal tertahan di bawah.
• Oksigen bisa tetap dalam fase uap dan ikut naik bersama nitrogen.

Akibatnya:

Produk nitrogen tetap tercemar oksigen — tapi kali ini karena oksigen gagal turun, bukan karena naik secara pasif.

Visualisasi Sederhana

Bayangkan tiga kondisi suhu di kolom bawah:

1. Terlalu Dingin
   Uap nitrogen lemah — oksigen ikut naik — nitrogen tidak murni.

2. Terlalu Hangat
   Oksigen gagal mengembun — tetap dalam uap — ikut naik — nitrogen tercemar.

3. Normal (Ideal)
   Tray bekerja optimal — nitrogen naik, oksigen turun — pemisahan sempurna.

Keseimbangan suhu = pemisahan optimal.

Mnemonik Mudah

Jika kamu ingin mengingatnya dengan cepat, cukup ingat ini:

“Terlalu dingin, tak ada yang naik. Terlalu hangat, tak ada yang turun.”

Apa yang Terjadi pada Liquid Air?

Cairan di dasar kolom bawah sering disebut sebagai liquid air, karena masih merupakan campuran oksigen, nitrogen, dan argon — belum sepenuhnya terpisah. Komposisinya mencerminkan seberapa baik proses pemisahan berlangsung di kolom bawah.

Suhu dasar kolom sangat mempengaruhi jumlah nitrogen yang tertahan dalam cairan ini:

• Terlalu Dingin
  Terlalu banyak nitrogen ikut mengembun — volume liquid air meningkat, tapi kandungannya lebih kaya nitrogen. Ini pertanda bahwa nitrogen tidak sepenuhnya menguap dan malah tertahan di dasar kolom.

• Terlalu Hangat
  Nitrogen sudah menguap sempurna, tapi oksigen dan argon belum cukup banyak yang mengembun.
  Akibatnya: liquid air jadi lebih sedikit, tetap kaya oksigen, tapi miskin argon.
  Sebagian oksigen ikut naik ke bagian atas, menurunkan kemurnian nitrogen di puncak kolom bawah.

Dalam praktik, komposisi liquid air (dari sensor inline atau analisis laboratorium) sering digunakan sebagai indikator tidak langsung apakah suhu dasar kolom sudah berada pada titik optimal.

Jika cairan di bawah terlalu "encer" (kaya nitrogen), kolom bisa terlalu dingin.
Jika cairannya terlalu "berat" (kaya oksigen), kolom bisa terlalu hangat.

Kesimpulan

• Jangan kira semakin dingin itu semakin baik.
• Jangan juga membiarkan kolom terlalu hangat.
• Di kolom distilasi kriogenik, suhu yang terlalu ekstrem ke salah satu arah bisa membuat pemisahan gagal.
• Jaga keseimbangan antara penguapan dan kondensasi agar nitrogen dan oksigen tetap di jalur masing-masing.