01 PENDAHULUAN Instrumentasi dan Pengendalian Proses - 121171673 salah satu ilmu terapan dalam teknik kimia dengan tujuan utama memberikan dasar pengetahuan tentang: a) dasar-dasar instrumentasi proses b) Sifat dinamis dan pengendalian sistem terhadap perubahan variabel proses (gangguan) MKA Pendukung: Dinamika Proses, Kalkulus 3, Numerik, Reaktor, dan Perancangan Proses. 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 1
Tujuan Umum: Mahasiswa mampu merancang sistem pengendalian proses pada pabrik kimia Tujuan Khusus: Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip dasar instrumentasi proses, dan mampu menganalisis serta merancang sistem pengendalian untuk unit proses dan pabrik secara keseluruhan (plant-wide) 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 2
Instrumentasi Proses untuk mendapatkan informasi penting yang berkaitan dengan kelangsungan proses Pengukuran variabel proses: P, T, V, F, C Mendukung keberhasilan sistem pengendalian proses otomatis Sebelum suatu kondisi dapat dikendalikan, maka ia harus terlebih dahulu diukur Jika suatu kondisi dapat dikendalikan secara MANUAL, maka semestinya kondisi tersebut juga dapat dikendalikan secara OTOMATIS INSTRUMENTASI 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 3
Ilustrasi Dinamik Liquid Level Dynamic in A Stirred Tank Heater From the upstream unit V-01 V-02 From the upstream unit danger danger h sp liquid s level set-point to the next unit V-03 Steam Condensate 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 4
Pabrik Kimia Susunan beberapa unit proses (reaktor, heat exchanger, menara distilasi, absorber, evaporator, tangki, pompa, dll) yang terintegrasi secara sistematis dan rasional untuk mengubah bahan baku menjadi produk yang diinginkan (mempunyai nilai lebih) menggunakan sumber energi yang tersedia dengan cara seekonomis mungkin (Stephanopoulos, G., 1984) 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 5
Sistem Pengendalian Proses Mengapa proses-proses industri memerlukan sistem pengendali otomatis? Proses-proses industri tidak statis tetapi sangat dinamis; artinya, kondisi proses berubah dengan adanya perubahan beban gangguan (F, T, P, C) yang masuk ke proses. Pengendali Otomatis 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 6
Typical Heat Exchanger Steam The outlet temperature of process stream varies with the disturbance load changes Purpose : maintain T at its desired value (set point) T i (t), f(t) Process stream T(t) Heated stream Manual? Or Automatic? Condensate 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 7
Tiga kelemahan pengendalian manual oleh operator (manusia): Operator sering melihat suhu HE Operator yang berbeda menghasilkan keputusan yang berbeda, tentang bagaimana memindahkan katub steam Di sebagian besar pabrik, terdapat banyak variabel yang harus dijaga pada kondisi tertentu, sehingga memerlukan tenaga operator yang banyak Pengendalian Proses Otomatis Perlu Diterapkan 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 8
Sistem Pengendalian Feedback untuk Proses Heat Exchanger TT : Temperature Transmitter (Sensor) thermocouple TC : Temperature Controller Steam SP TC 01 3 komponen dasar: Sensor/Transmitter Pengendali (Controller) TT 01 Elemen Pengendali akhir (Final Control Element) T i (t), f(t) T(t) 3 Basic Operations: Process stream Heated stream Measurement (M) Decision (D) Action (A) Condensate Tujuan utama pengedalian otomatis pada HE adalah menjaga suhu arus proses keluar HE pada nilai yang diinginkan (set-point) dengan memanipulasi (mengubah) laju alir steam, walaupun terjadi perubahan gangguan. 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 9
Sistem Pengendalian Feedforward untuk Proses Heat Exchanger SP Feedforward controller FT 11 TT 11 Steam TT 10 T(t) T i (t), f(t) Process stream Heated stream TT : Temperature Transmitter (Sensor) thermocouple FT : Flow Transmitter Condensate Tujuan pengedali feedforward pada HE adalah mengukur gangguan dan membuat kompensasi sebelum variabel terkendali (suhu arus proses keluar HE) menyimpang dari nilai yang diinginkan (set-point). 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 10
air dingin (suhu bervariasi) air dingin (suhu bervariasi) air hangat air hangat T C (t) T C (t) T H air panas (suhu tetap) T H air panas (suhu tetap) Keterangan: tangan kiri ayah merasakan suhu air hangat, dan tangan kanan ayah mengoperasikan valve air panas. (A) Keterangan: tangan kanan ayah merasakan suhu air dingin, dan tangan kiri ayah mengoperasikan valve air panas. (B) 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 11
Kombinasi Sistem Pengendalian Feedforward dengan kompensasi Feedback untuk Proses Heat Exchanger Steam Feedforward controller FT 11 TT 11 SP TC 10 TT 10 T(t) T i (t), f(t) Process stream Heated stream TT : Temperature Transmitter (Sensor) thermocouple FT : Flow Transmitter Condensate Pengendali Feedforward menanggulangi gangguan utama, sedangkan pengendali Feedback menanggulangi gangguan yang lain... Apa Maksudnya?? 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 12
Typical Chemical Plant Recycle Stream Fresh feed Heat Exchanger Reactor Separator Mixer Product 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 13
Typical Chemical Plant with Energy Integration Recycle Stream Separator Fresh feed Heat Exchanger Reactor Mixer Product 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 14
A Complex Energy Integrated HDA Process Gas recycle Compressor Purge H 2 feed Cooler Furnace Toluene feed FEHE-1 FEHE-2 FEHE-3 Fuel PFR Quench Separator Toluene recycle CR Methane Recycle Benzene Column Product Column R3 R2 R1 Stabilizer Column Diphenyl Sumber: Terrill, D. L. and Douglas, J. M. (1987), A T-H Method for Heat Exchanger Network Synthesis. Ind. Eng. Chem. Res. 26, 175-179 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 15
Motivasi Pengendalian Proses Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi selama pabrik beroperasi: 1. Keselamatan (Safety) P, T, C, harus berada pada batas yang diijinkan Perlu DALPRO untuk menjaga kondisi operasi pada nilai yang diinginkan (set-point). 2. Spesifikasi Produksi produk pabrik (kuantitas dan kualitas) sesuai dengan permintaan pasar 3. Peraturan-Peraturan Lingkungan Kondisi operasi (Flow, T, C) berada pada batas yang ditentukan, misal: [SO 2 ]max, kualitas air yang dibuang ke sungai. 4. Batasan-Batasan Operasional Tangki: tidak boleh kering atau meluap Suhu reaktor berkatalis tidak boleh melebihi batas atas yang ditentukan 5. Ekonomi Operasi pabrik harus sepakat dengan kondisi pasar (ketersediaan bb harus seimbang dengan produk) 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 16
Pengendalian Proses diperlukan untuk: Menekan pengaruh gangguan luar (variasi T, P, F, C) Menjamin kestabilan proses kimia Mengoptimalkan kinerja proses kimia 1 PENDAHULUAN DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 17