DAFTAR ISI KATA PENGANTAR MODUL 1.PENGENALAN SIMULASI DENGAN HYSYS MODUL 2 SIMULASI ALAT ALIRAN FLUIDA MODUL 3 SIMULASI PENUKAR KALOR

Transkripsi

1 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR MODUL 1.PENGENALAN SIMULASI DENGAN HYSYS MODUL 2 SIMULASI ALAT ALIRAN FLUIDA MODUL 3 SIMULASI PENUKAR KALOR MODUL 4 SIMULASI REAKTOR MODUL 5 SIMULASI PEMISAH MODUL 6 RANGKAIAN PROSES

2 MODUL I PENGENALAN HYSYS Hysys merupakan software process engineering untuk mensimulasikan suatu unit process atau multi unit process yang terintegrasi, intuitive, iterative, open and extensible. Simulator Hysys bermanfaat untuk aplikasi di industri kimia seperti 1. Perancangan suatu industri kimia 2. Memonitor kemampuan dari industri kimia yang telah exist 3. Melacak permasalahan process yang terjadi di industri kimia 4. Kemungkinan peningkatan kapasitas produksi dari plant Area penggunaan dari simulator Hysys adalah Conceptual analysis Process design Project design Operability and safety Automation Asset utilization Hysys dapat dipergunakan untuk mensimulasikan unit-unit process secara steady state dan dynamic. Pada pelatihan ini hanya dijelaskan simulasi dengan Hysys dalam kondisi steady state (tunak) II: Bagian-bagian dari Simulator Hysys Jendela awal: saat mengklik icon Hysys yang telah ada di desktop atau menu program computer akan menampilkan jendela awal seperti gambar berikut ini Menu bar Desktop Tool bar Trace windows

3 Hysys juga menyediakan tombol-tombol langsung tanpa ke menu bar atau toolbar. Beberapa tombol-tombol dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

4 Langkah-langkah dasar untuk melakukan simulasi dengan Hysys 1. Membuka case baru yang ada di bagian file ( File New Case) 2. Setelah dipilih new case kemudian muncul jendela simulation basis manager

5 Sebelum menuju ke simulation basis manager, satuan yang akan dipergunakan perlu diset. Satuan yang tersedia dalam SI dan British. Tahapan untuk mengubah units atau satuan yaitu klik menu bar tools preference variables. Jendela untuk bagian Units adalah sebagai berikut Bila tidak semua unit akan diubah dalam SI atau british, Hysys menyediakan fasilitas clone untuk mengubah beberapa variable dengan unit yang dikehendaki misalnya tekanan yang tersedia dalam satuan SI adalah kpa kemudian diubah dalam atm atau bar, bisa dilakukan dengan fasilitas clone tersebut. Caranya adalah Klick bagian clone maka akan muncul unit set baru dengan nama NewUser Kemudian pilih units variable yang akan diubah misalnya tekanan dari kpa ke bar maka pilih pada bagian display units Pressure dan pilih satuan yang dikehendaki. Selain perubahan units, bagian variables juga menyediakan bagian formats. Bagian ini dipergunakan untuk mengubah jumlah digit dibelakang koma serta jumlah satuan.

6 Simulation basis manager terdiri dari beberapa bagian seperti Components Pada bagian ini dipergunakan untuk memasukan data komponen-komponen yang terlibat pada unit-unit process yang akan disimulasikan (fasilitas add). Hysys telah mengelompokan komponen-komponen dalam satu group seperti Hydrocarbon, Solid, Alkohol dengan menggunakan fasilitas View Filters. Group komponen yang telah dipilih untuk simulasi Hysys dapat diberi nama lain (default Component List-1). Komponen yang akan dipergunakan dapat dimasukkan ke dalam kolom selected component dengan melalui tahap berikut ini: - masukkan formula atau nama dari komponen di bagian Match - bila komponen yang akan dipergunakan telah dimasukkan maka klik Add Pure - bila ingin menghilangkan komponen yang telah dipilih dengan komponent lain cukup pilih komponen yang akan dipilih dan yang diganti kemudian klik bagian Substitute Jendela Component view list Komponen-komponen yang telah dipilih dapat dilihat datanya dengan mengklik komponen tersebut. Data tersebut adalah ID komponen di simulasi Hysys dan beberapa properties dari komponen tersebut. Contoh adalah komponen n-pentana - Data ID adalah class (kelompok) Hydrocarbon dengan formulat C5H12 dengan ID number 7 - Data critical seperti berat molekul dan titik didih

7 Fluid Pkgs Pemilihan persamaan keadaan termodinamika seperti Peng-Robinson, Van Laar, Wilson, Margules, NRTL. Tahapan pemilihan fluid package adalah - Pada bagian simulation basis manager pilih fluid package dan klick add untuk setiap kasus baru - Maka muncul windows seperti dibawah ini

8 - Pada bagian Property Package Selection ditemui bermacam-macam Property Package. Property Package tersebut dalam diseleksi dalam beberapa bagian yaitu Bagian Equation of State (Persamaan Keadaan)

9 Bagian Activity Models

10 Bagian Chao Seader Models Bagian Vapour Pressure Model Bagian lain-lain (Miscellaneous)

11 Gambar dibawah ini memperlihatkan algoritma untuk pemilihan suatu fluid package untuk simulasi dengan Hysys. Error yang akan terjadi dalam pemilihan Fluid Package adalah - - Error dengan tampilan tidak direkomendasikan (not recommended) artinya fluid package yang dipergunakan tidak direkomendasikan untuk menjalankan simulasi tersebut maka dapat dilakukan dengan pemilihan fluid package yang lainnya Error dengan tampil incompactible component dengan perbaikan sama mempergunakan fluid package lainnya yang cocok untuk komponent dalam list tersebut

12 Reaction Dari simulation basis manager klik bagian Reactions kemudian klik Add Rxn, maka akan muncul tipe dari reaksi. Hysys menyediakan 5 macam tipe reaksi yaitu Conversion, Equilibrium, Kinetic, Heterogen Catalytic dan Simple Rate

13 3. Kemudian Press Enter Simulation Environment, maka muncul jendela PFD (Process Flow Diagram) yang akan dipergunakan untuk menggambarkan process yang akan disimulasikan dengan Hysys. Pada bagian kanan muncul pula unit-unit process yang tersedia di program simulator Hysys ini. Unit-unit process tersebut dapat dilihat dengan menekan tombol keyboard F12

14 Aliran massa dan energi Aliran massa Aliran massa dipergunakan untuk mengetahui kondisi dari komponen-komponen yang ada dalam aliran tersebut pada tekanan (P) dan temperatur (T) yang terjadi pada aliran tersebut. Pada aliran tersebut dapat diset P dan T atau fraksi mol dan tekanan (P). Contoh kasus air (H20) pada tekanan 1 atm bila temperatur 50oC maka tidak terdapat phasa uap bila pada temperature 110oC akan diperoleh seluruhnya berphasa uap. Tanda panah dibawah ini menunjukkan kondisi dari data yang dimasukkan. Bila berwarna biru muda maka data aliran belum lengkap dan biru tua menandakan data telah lengkap. Data yang diberikan ke aliran belum lengkap Data yang diberikan ke aliran telah lengkap

15

16 Aliran Energi Aliran energi dipergunakan untuk mensuplai energi ke unit atau menyerap energi yang dihasilkan dari proses reaksi. Energi yang disuplai perlu diketahui berapa laju alir panasnya sedangkan energi yang diserap hanya mengetahui jenis pendingin yang akan dipergunakan. Icon yang dipergunakan akan memberikan sinyal sebagai berikut Data yang diberikan ke aliran belum lengkap Data yang diberikan ke aliran telah lengkap Tugas: 1. Buat suatu aliran massa dengan fluida hanya berisi air dengan kondisi Fluid package yang digunakan adalah Peng-Robinson Laju alir mol yang digunakan adalah 100 kmol/jam Tekanan : 1 atm Fraksi uap: 1 Berapakah temperatur dari air tersebut (oc) 2. Lakukan kembali seperti soal 1 dengan menghilangkan data tekanan dan diganti data temperatur 150oC, berapakah tekanan dari aliran yang berisi air tersebut (atm). 3. Ubah temperatur pada soal 2 menjadi 70oC, berapakah tekanan dari aliran tersebut (atm) 4. Ubah soal no 1 dengan tekanan menjadi 2 atm, berapakah temparatur dari aliran yang berisi air tersebut (oc) 5. Bila tekanan pada soal 4 dinaikan hingga menjadi 5 atm berapakah temperatur dari aliran air tersebut (oc) 6. Bila tekanan pada soal 4 diturunkan hingga menjadi 0.5 atm berapakah temperatur dari aliran air tersebut(oc) 7. Kesimpulan apa yang didapatkan dari soal 1-6.

17 MODUL II SIMULASI ALAT TRANSPORTASI FLUIDA Kasus Propane Refrigeration Loop Kasus ini akan dipelajari bagaimana menyusun beberapa unit proses dan memanipulasi beberapa variabel untuk melihat performasi suatu sistem refrigerasi dengan menggunakan komponen propana. Tujuan dari kasus propana refrigeration loop adalah Menambahkan dan menghubungkan unit operasi untuk membangun suatu aliran proses Menggunakan grapic untuk mengubah bentuk flowsheet aliran proses di Hysys Mengerti informasi yang dari arah depan ke belakang atau sebaliknya Tahapan Mendefinisikan fluid package yang akan dipergunakan Mendefiniskan aliran-aliran Menavigasikan hasil di Workbook

18 Membangun simulasi a. Pendefinisian basis simulasi Open new case Definisikan komponen (Propana-C3) dan Fluid package (Peng Robinson) Klik Enter Simulation Environment b. Pendefinisian Aliran Massa Definisikan aliran 1 dan 3 dengan data berikut ini c. Penambahan suatu unit process ke dalam aliran proses Pada simulasi refrigerasi ini dipergunakan 4 unit proses yaitu J-T valve Chiller Compressor Condensor Penambahan suatu unit proses dapat dilakukan dalam beberapa cara yaitu

19 Penambahan Unit Proses J-T Valve J-T Valve berfungsi untuk menurunkan tekanan yang keluar dari kondensor. Kondisi umpan fluid propana dari kondensor pada posisi bubble point (seluruhnya dalam phasa cair). Dengan penurunan tekanan maka sebagian dari fluid akan berubah phasa menjadi uap. Karena sistem refrigerasi beroperasi secara loop maka pendefinisian beberapa variabel di suatu unit proses akan mempengaruhi variable di unit proses. Tahapan penambahan unit proses J-T Valve adalah Tekan F12 untuk menampilkan UnitOps Pilih Valve pada bagian Available Unit Operations dan klik Add Isi bagian Connection seperti gambar dibawah ini

20 Penambahan Unit Proses Chiller Chiller berfungsi untuk memanaskan propana hingga titik dew point (seluruh propana dlm phasa uap) sebelum masuk ke dalam compressor Tahapan penambahan unit proses Chiller adalah Buka bagian workbook dan klik bagian Unit Ops tab Klik bagian Add UnitOp button maka UnitOps-Case (Main) akan tampil Pilih bagian Heat Transfer Equipment pada the Categories group Pilih bagian Heater yang ada di Available Unit Operation dan Klik Add Isilah UnitOperation Heater seperti dibawah ini

21 Tanda kuning dibagian bawah menginformasikan data yang kurang yaitu pressure drop pada alat Chiller. Isilah pada bagian Parameter data Delta P sebesar 7 kpa dan data Panas Hilang sebesar 1.00e+06 kj/h. Penambahan Unit Proses Compressor Compressor berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida. Tahapan penambahan unit proses Compressor adalah Tekan F4 hingga menampilkan Object Pallete Double Clik pada unit proses Compressor pada Object Pallete hingga menampilkan property dari Compressor Isilah Unit Operation Compressor seperti dibawah ini Tanda kuning dibagian bawah menginformasikan data yang kurang yaitu energi yang dibutuhkan oleh kompressor (Duty). Data ini akan terlengkapi secara otomatis nanti saat membentuk loop.

22 Penambahan Unit Proses Kondensor Kondensor berfungsi untuk mendinginkan fluida yang panas setelah mengalami kompresi di kompressor. Tahapan penambahan unit proses Kondensor adalah Klik bagian Cooler yang ada di Object Pallete Bawa Icon Cooler untuk diarahkan ke area PFD dari Cooler Double-Click pada unit Cooler Isilah bagian Connection dan Parameter dengan Delta P 35 kpa (5Psi) maka telah terbentuk suatu loop dan Setelah seluruh rangkaian telah membentuk loop dan warna biru muda menjadi biru tua untuk aliran massa maka isian telah komplete. Data tiap aliran atau unit proses dapat ditampilkan dengan mengklik kanan mouse misalkan Menampilkan data variable untuk seluruh aliran dengan meklik kanan mouse pada bagian yang kosong dari PFD, kemudian pilih Add Workbook Table. Menampilan kondisi operasi atau variable dari unit operasi dengan mengklik kanan mouse pada bagian unit operasi tersebut. Bila ingin mengubah variable dari unit operasi yang telah tertampilkan, lakukan double-click pada tampilan table unit operasi.

23 MODUL III SIMULASI ALAT PENUKAR KALOR Alat perpindahan panas shell-tube dipergunakan untuk mendinginkan benzena dari temperatur 180oF ke temperatur 100oF pada laju alir 100 lbm/hr dan tekanan 1.2 bar. Air dipergunakan mendingkan yang dialirkan berlawanan arah dengan temperatur masuk 70oF dan laju alir 50 lbm/hr berapa temperatur keluar air dan bagaimana kondisi operasi double pipe??. 100oF 180oF????? 70oF Panas yang dipertukaran antara aliran dingin dan panas dapat juga diperhitungkan dengan menggunakan korelasi koeffisien perpindahan panas keseluruhan (U), cross section area (A) dan perbedaan temperatur logaritmic antara aliran panas dan dingin.

24

25 Tipe Design Heat Exchanger End Design Model merupakan standard perhitungan HE dengan data seperti persamaan diatas tanpa perubahan phase selama proses perhitungan Weighted Design Model merupakan standard perhitungan HE bila terjadi proses perubahan phase Steady State Rating Model merupakan pengembangan dari End Design Model pada kondisi tunak Dynamic Rating Model diaplikasikan pada kondisi dynamic Pada bagian ini aliran panas adalah benzena dan aliran dingin adalah air. penyelesaian perhitungan di Heat Exchanger adalah Tahapan Definisikan kondisi basis environmentnya Definisikan kondisi operasi di aliran dan unit operation Kemudian lakukan analisa 1. Set Units yang akan dipergunakan dalam bagian Fields dengan melakukan clone pada tekanan yaitu psia ke bar 2. Komponent yang terlibat adalah benzena dan air 3. Fluid package yang dipergunakan Peng-Robinson 4. Pada unit ini tidak terjadi reaksi 5. Aliran umpan di tube dengan kondisi operasi T = 180oF, P = 1.2 bar, Flow = 100 lb/hr dan komposisi hanya terdiri atas benzena 6. Aliran umpan di shell dengan kondisi operasi T = 70oF, P = 1 bar, Flow = 125 lb/hr dan komposisi hanya terdiri atas air 7. Aliran keluaran di shell yaitu T = 100oF 8. Pemilihan design HE 9. Lihat hasil pada bagian worksheet untuk dianalisa dan graphic temperature

26

27

28 MODUL IV SIMULASI REAKTOR Reaktor merupakan tempat terjadinya reaksi kimia untuk dihasilkan produk sesuai dengan reaksi yang terjadi. Hysys menyediakan fasilitas untuk beberapa macam tipe reaktor yaitu Tahapan penggunaan Hysys untuk simulasi unit reaktor yaitu 1. Set unit yang dipergunakan (SI atau British) 2. Open new case kemudian muncul Basis simulation manager 3. Isikan komponen-komponen yang dipergunakan pada bagian components 4. Isikan fluid package yang dipergunakan sesuai dengan komponen dan phasa yang terjadi selama proses simulasi 5. Set tipe reaksi yang terjadi( simple rate, conversion, equilibrium kinetic atau heterogen catalytic) 6. Kemudian enter simulation environment 7. Proses simulasi dapat dimulai dengan menggunakan unit reactor

29 Contoh Reaksi antara propylene oxide dengan air menghasilkan propylene glycol. C3H6O + H2O C3H8O2 Reaksi terjadi pada suatu reaktor CSTR pada phasa combined liquid dengan volume 280 ft3 dan reaksi berdasarkan kinetika dengan data kinetika adalah Faktor A untuk laju reaksi sebesar 1.7e13 Energi aktivasi sebesar 3.24e04 Btu/lbmole Kondisi umpan propylene oxide dengan air harus dicampur terlebih dahulu sebelum dimasukkan kedalam reaktor dengan kondisi umpan Umpan Propylene Oxide Temperatur = Tekanan = Laju alir = 75oF 1.1 atm 150 lbmole/hr Umpan Air Temperatur Tekanan Laju alir 75oF psia lb/hr = = = Fluid Package yang dipergunakan : UNIQUAC C3H802 C3H60 H20 C3H60 Mixer H2O C3H60 CSTR C3H802 C3H60 H20

30

31

32 MODUL V SIMULASI ALAT PEMISAH Kasus 1 unit Proses Flash Distilation Flash distilation merupakan pemisahan uap dan cairan berdasarkan titik didik dari komponenkomponen yang terlibat dalam 1 tahap pemisahan dengan memanipulasi tekanan atau temperatur operasi dari alat. Contoh: Suatu umpan dengan kandungan campuran equimolar dari n-pentana dan n-hexana (50 kmol/hr) pada kondisi 50oC dan tekanan 5 atm dimasukan ke alat pemisah flash distilation yang beroperasi pada tekanan 1 atm. Bagaimana kondisi produk yang dihasilkan di phasa cair dan uap. Vapour Feed FD-1 T = 30 oc P = 1 atm 50 % n-pentana 50 % n-hexana T = 50 oc P = 5 atm Liquid Langkah-langkah untuk perhitungan di Flash Distilation 1. Penentuan Basis Simulation dengan menggunakan simulation basis manager dengan tahapan Penentuan units yang akan dipergunakan (SI) Penentuan komponen-komponen yang terlibat (n-heptana dan n-hexana) Penentuan fluid package yang akan dipergunakan (Peng-Robinson) Melanjutkan ke bagian unit operasi yang akan dipergunakan (Flash Distilation 2. Pelaksanaan simulasi Penentuan kondisi operasi aliran umpan Penentuan kondisi operasi dari alat flash distilation Merangkai antara aliran umpan dan alat flash distilation 3. Menganalisa data yang dihasilkan dari simulasi di aliran produk uap dan cairan

33 1. Penentuan Units yang akan dipergunakan dengan mengklik bagian tools preferences variables tentukan units yang dipergunakan dengan melihat kondisi operasi seperti tekanan dan temperatur yang akan dipergunakan. Dalam soal ini unit yang akan dipergunakan semuanya dalam satuan SI maka pergunakan units ini. 2. Kemudian klik new case dibagian menu bar atau tool bar. Maka akan ditampilkan windows simulation basis manager kemudian isilah bagian komponents dan fluid package yang akan dipergunakan. Pada bagian komponent isilah komponen-komponen yang terlibat yaitu n-pentana (C5H12) dan n-hexana (C6H14) Pada bagian fluid package pergunakan Peng-Robinson sebagai persamaan keadaan termodinamika karena Peng-Robinson sangat baik dipergunakan untuk perhitungan termodinamika untuk kesetimbangan uap-cair

34 3. Kemudian Press Enter Simulation Environment dan muncul windows PFD Pergunakan aliran massa (tanda panah warna hijau) untuk aliran umpan kemudian drag ke arah windows PFD. Kemudian isilah Stream name Temperature (oc) Pressure (kpa) Molar Flow (kgmol/h) dengan dengan dengan dengan Feed 50 5 atm 50 Hysys akan memperingatkan bagian mana yang belum diisi pada bagian bawah dengan warna kuning Kemudian klik bagian composition untuk mengisi komposisi umpan yaitu n- Pentana dengan n-hexana dengan Bila diisi lengkap maka keluar perintah OK dengan warna hijau dibagian bawah dari kondisi Feed 4. Pilih unit operation dari flash distilation yaitu separator dengan memilih pada jendelah unit operation atau tekan F11 dengan keluar unit-unit operation. Pilih bagian vessel kemudian separator. Maka akan keluar jendela sebagai berikut

35 Kemudian isilah bagian inlets dengan aliran feed yang telah didefinisikan sebelumnya dan berapa hilang tekan atau tekanan yang dikondisikan didalam unit flash distilation dengan mengisikan pada bagian parameters dengan isian (5-1) bar = 4 bar setelah itu Hysys meminta data nama aliran keluar baik vapour dan liquid. Isilah aliran vapour outlet dengan product vapour dan liquid outlet dengan product liquid.

36 Setelah diisi lengkah di bagian unit flash distilation maka muncul tanda hijau bagian bawah menunjukan kalau perhitungan telah selesai dan hasil yang didapatkan dapat dilihat pada baigan worksheet.

37 II: Unit Distilasi Distilasi adalah proses pemisahan komponen-komponen dari umpan berdasarkan titik didih komponen tersebut. Komponen yang mempunyai titik didih rendah akan dihasilkan sebagian besar di distilate dan komponen dengan temperatur tinggi akan dihasilkan pada bagian bawah (bottom).

38 Neraca massa total dan komponen untuk proses di distilasi adalah NM-Total NM-Komponen F = D + B F.zfi = Dxdi + Bxbi Bagaimana kondisi distilate dan bottom sangat dipengaruhi oleh kondisi umpan (T,P, fraksi uap), kondisi operasi dari kolom distilasi serta jumlah tahap pemisahan untuk kolom tray. Hysys menyediakan fasilitas untuk perhitungan kondisi produk baik komposisi, temperatur maupun tekanan yang dihasilkan untuk didistilate, bottom serta tiap tahap. Contoh pemisahan antara ethanol dan air didalam kolom distilasi Kondisi Umpan : Komposisi Ethanol = 60 % dan Air = 40 % P = kpa, T = 80oC F = 1000 kmole/jam Kondisi Distilasi P = 1 atm Jumlah Tahap = 100 tahap Posisi Umpan pada tahap 15 Hilang Tekan 0 kpa di Kolom Disitlasi, Reboiler, maupun Kondenser Tahapan Penyelesaian adalah Set Unit yang dipergunakan dalam units SI Open new case dengan memasukkan komponen-komponene (Ethanol dan Air) Pilih fluid package Wilson Ideal (Merupakan campuran liquid-liquid) Buat aliran massa untuk umpan, distilate dan bottom serta aliran energi di condenser dan reboiler 5. Gunakan unit operation distillation pada bagian unit operations 6. Isi aliran umpan, distilate, bottom energi condenser dan reboiler 7. Masukkan kondisi tekanan di kondensor dan reboiler ( 1 atm) 8. Massukan harga pressure drop di kondensor dan reboiler (0 atm) 9. Berapa laju alir dan refluks ratio sebagai parameters yang active (750 kmol/jam dan 1.2 untuk refluks ratio) 10. Kemudian lakukan run pada windows distillation 11. Bila didapatkan harga konvergen maka hasil dapat dilihat dengan mengplot untuk beberapa variable pada bagian performance dan wsorksheet

39

40

41