Tujuan Pembelajaran Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat melakukan hal-hal berikut. Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas 2
Kerangka Kuliah Kerangka Kuliah Tujuh (7) Obyektif Pengendalian Ukuran variabilitas Dampak ekonomi dari variabilitas Workshop 3
CONTOH PROSES: FLASH SEPARATION Mari kita diskusikan proses ini T6 P1 Vapor Feed Methane Ethane (LK) Propane Butane Pentane T1 F1 T2 T4 T5 T3 L1 P 1000 kpa T 298 K F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 4
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 5
Tujuh Obyektif Pengendalian Tekanan tinggi di dalam drum adalah bahaya T6 PC Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 6
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 7
Tujuh Obyektif Pengendalian To flare Tidak pernah melepas hidrokarbon ke atmosfir T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 8
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 9
Tujuh Obyektif Pengendalian Tidak ada aliran yang dapat merusak pompa T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 LC F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 10
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contohnya T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 11
Tujuh Obyektif Pengendalian Selalu menjaga kelancaran laju produksi T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed FC T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 12
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 13
Tujuh Obyektif Pengendalian Mencapai L.Key dengan menyesuaikan pemanasan T6 P1 Vapor Feed T1 F1 T2 T4 T5 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam AC L. Key Liquid 14
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 15
Tujuh Obyektif Pengendalian Gunakan pemanasan semurah mungkin T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam AC L. Key Liquid 16
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 17
Tujuh Obyektif Pengendalian Hitung dan plot parameter kunci, misal, UA. T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid UA waktu 18
Tujuh Obyektif Pengendalian Ketujuh-tujuhnya harus dicapai. Gagal untuk melakukan yang demikian akan berakibat operasi yang tidak menguntungkan atau lebih buruk lagi, tidak selamat. T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 19
Sistem Pemanasan Rumah Identifikasi fitur-fitur yang seharusnya dimasukkan dalam sistem pengendalian untuk mencapai ketujuh obyektif pengendalian: a. Safety b. Environmental Protection c. Equipment Protection d. Smooth Operation e. Product Quality f. Profit g. Monitoring 20
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Ada beberapa aspek yang akan dibutuhkan untuk memastikan operai yang aman: Furnace akan memerlukan flame detector, yang akan mematikan gas bila nyalanya berlebihan. Sistem air akan memiliki sebuah flow meter untuk menjamin sirkulasi air dingin; kalau tidak ada, furnace bisa overheat. Ruangan seharusnya memiliki detektor asap dan karbon dioksida jika terjadi salah fungsi 21
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Untuk melindungi lingkungan, furnace bisa dioperasikan pada kondisi yang pas sehingga menghindari produksi NO x (suhu nyala rendah). Juga, penggunanaan fuel bisa diminimisasi, sehingga mereduksi produksi GHG 22
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Untuk melindungi peralatan, sistem memerlukan: Sebuah flow meter untuk menjamin sirkulasi air. Jika aliran ini berhenti, pembakaran akan berhenti untuk melindungi furnace dari overheating 23
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Sebuah daerah mati (dead band) akan diterapkan untuk membantu operasi yang lancar. Dead band ini memerlukan perubahan suhu yang cukup sebelum status furnace berubah (on/off). Ini akan mencegah terlalu seringnya switch disebabkan oleh perubahan suhu yang sangat kecil dalam ruangan 24
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Sasaran sistem pemanasan rumah adalah menjaga suhu ruang dalam daerah suhu yang menyenangkan. Suhu rata-rata seharusnya berada pada suhu yang diinginkan dan dead band seharusnya cukup kecil sedemikian rupa sehingga berada pada daerah suhu yang menyenangkan 25
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Agar bisa memaksimalkan profit (dalam kasus ini, meminimisasi pengeluaran), konsumsi fuel perlu diminimisasi pada set point suhu yang diberikan. Untuk mencapai ini, peralatan untuk mengatur udara berlebih perlu dipasang, karena pemanasan dengan udara ekstra (tidak digunakan untuk pembakaran) cenderung ineffisiensi. Hati-hati, terlalu sedikit udara bisa berbahaya! 26
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah Untuk memonitor kinerja sistem, sangat berguna untuk membandingkan konsumsi fuel per derajat hari. Beberapa peralatan ukur akan dibutuhkan untuk mengumpulkan data yang diperlukan. Kenaikan yang signifikan pada harga ini akan mengindikasikan kehilangan efisiensi. Kita akan menggabungkan data untuk menentukan akar penyebabnya 27
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik Daerah operasi yang mungkin harus didefinisikan Prinsip fisika: semua konsentrasi 0 Keselamatan, proteksi lingkungan dan peralatan Kapasitas peralatan: aliran maksimum Kualitas produk Operating window (feasible operating region): daerah yang memuaskan semua batasan (operasi) Soft constraint: pelanggaran sedikit batasan kualitas produk rendah mengurangi umur peralatan diijinkan tapi dihindari Hard constraint: pelanggaran batas kritis bisa merusak peralatan tidak diijinkan dalam kondisi apapun 28
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik Suhu dioperasikan sangat dekat (tanpa melebihi) batasan maksimum Suhu reaktor: minimum: tidak ada reaksi maksimum: kerusakan logam, banyak sekali reaksi samping 29
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik Rasio bahan bakar dan udara sedikit sekali udara: sedikit bahan bakar yang dibakar -- DIBUANG udara berlebihan: mengurangi suhu nyala -- mengurangi PERPINDAHAN PANAS Penting sekali untuk mengendalikan udara berlebih. Defisiensi oksigen akan berakibat kondisi yang berbahaya. Bahan bakar yang tidak bereaksi berada di ruang bakar, kalau bertemu udara lain akibatnya bisa meledak. 30
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik Memperluas analisis lebih dari satu dimensi, misal: suhu dan aliran produk Operasi terbaik: maksimum suhu dan aliran (bagian pojok kanan atas) Secara pasti ini tidak bisa dicapai, karena??? Lingkaran kecil menunjukkan variasi yang kecil pada kedua variabel: GANGGUAN OPERASI TERBAIK 31
Manfaat Pengendalian Proses Saat kita mengendalikan sebuah proses, kita mengurangi variabilitas dari variabel-variabel kunci untuk mencapai tujuh obyektifnya. 6 Tanpa feedback control Komposisi (% H. Key) 5 outlet concentration 4 3 2 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 time (min) 51 50.5 Reflux valve valve position (% open) 50 49.5 49 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 time (min) 32
Manfaat Pengendalian Proses Saat kita mengendalikan sebuah proses, kita mengurangi variabilitas dari variabel-variabel kunci untuk mencapai tujuh obyektifnya. Dengan feedback control 3.5 Komposisi (% H. Key) outlet concentration 3 2.5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 time (min) valve position (% open) 100 80 60 40 Reflux valve 20 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 time (min) Variabilitas dipindahkan dari controlled variable ke manipulated variable! 33
Manfaat Pengendalian Proses Saat kita mengendalikan sebuah proses, kita mengurangi variabilitas dari variabel-variabel kunci untuk mencapai tujuh obyektifnya. Statistik apa yang dapat kita hitung dari data ini? Bagaimana kita menghubungkan variabilitas dengan kinerja proses? 34
Manfaat Pengendalian Proses Kinerja proses = efisiensi, yield, laju produksi, dsb. Itu mengukur kinerja untuk mencapai obyektif pengendalian. Hitung kinerja proses menggunakan distribusi, bukan harga rata-rata dari variabel kunci! 35
Contoh Manfaat mengurangi variabilitas pada reaktor kimia A Sasaran: Memakasimalkan konversi etana umpan tapi tidak melebihi 864 o C Mana operasi, A or B, yang lebih baik dan jelaskan kenapa. B 36
Contoh Manfaat mengurangi variabilitas pada reaktor kimia A Sasaran: Memakasimalkan konversi etana umpan tapi tidak melebihi 864 o C Mana operasi, A or B, yang lebih baik dan jelaskan kenapa. B 37
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT - WORKSHOP 1 Menentukan satu contoh untuk setiap bagian dari tujuh kategori obyektif pengendalian PIC 1 AT 1 Flue gas PI 4 Umpan mengalir melalui pipa dan dipanaskan dengan pembakaran bahan bakar FT 1 TI 1 PI 5 feed TI 2 TI 5 TI 3 TI 4 PT 1 TI 6 TI 7 TI 9 TI 10 udara FT 2 PI 2 PI 3 TI 8 FI 3 PI 6 TI 11 fuel 38
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT - WORKSHOP 2 Dua contoh proses menunjukkan manfaat mengurangi variabilitas, fired heater reactor dand boiler. Diskusikan beda antara dua contoh itu. Dapatkah anda memikirkan contoh lain yang menunjukkan setiap prinsip tersebut? Squeeze down the variability 0.4 frequency of occurrence 0.3 0.2 0.1 0-3 -2-1 0 1 2 3 deviation from mean 39
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT - WORKSHOP 3 Pada dua contoh flash drum dan fired heater, pengukuran suhu sangat penting. Gambarkan beberapa metode untuk mengukur suhu dan rekomendasikan yang sangat cocok untuk contoh flash drum. How hot is it? T6 P1 Vapor T1 T2 T5 Feed F1 T4 T3 L1 F2 Process fluid F3 Steam A1 L. Key Liquid 40
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT PENGENDALIAN Saat saya menyelesaikan bab ini, saya ingin dapat melakukan hal-hal berikut. Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas Banyak perbaikan, tapi kita perlu beberapa studi lagi! Baca textbook Tinjau catatannya, khususnya tujuan pembelajaran dan workshop Uji coba nasihat-nasihat belajar mandiri Alaminya, kita seharusnya punya tugas (assignment)! 41
BAB 2: SUMBER PEMBELAJARAN Home page - Instrumentation Notes - Interactive Learning Module (Bab 2) - Tutorials (Bab 1/2) 42
BAB 2: NASIHAT UNTUK BELAJAR MANDIRI 1. Diskusikan pentingnya konsistensi kualitas dalam keputusan anda untuk memesan makanan, pakaian, dsb. 2. Gambar P&I dari proses distilasi diberikan di buku Woods, D. Process Design and Engineering Practice, Prentice-Hall, 1995 (page 2-65). Tentukan sedikitnya satu contoh setiap obyektif untuk proses ini. Evaluasi disain kontrol yang diberikan, apa itu mencapai obyektif anda? 3. Tenukan contoh-contoh proses dalan buku ajar sebelumnya dan tentukan keuntungan untuk masing-masing variabilitas yang dikurangi. Dapatkah anda menyediakan harga kuantitatif untuk manfaat ekonominya? 43