PERANCANGAN PROSES KIMIA (CHEMICAL PROCESS DESIGN) ) KODE MATA KULIAH : TKK 345 (NEW CURRICULUM) BEBAN : 3 SKS
PERANCANGAN PROSES KIMIA (CHEMICAL PROCESS DESIGN) Kode Mata Kuliah : TKK 345 (New Curriculum) Beban : 3 SKS Section 2 oleh: Dr Dr. Istadi Istadi, ST ST, MT 1 Lit t Literatures: de,.., J.. Se de, e,.., 004, oduc & y Se Seider, W.D., J.D. Seider, Lewin, D.R., 2004, Product & Process Design Principles: Synthesis, Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, Inc., New York y Turton, R., Bailie, R.C., Whiting, W.B., Shaeiwit, J.A., 2003, Analysis, Synthesis and Design of Chemical Process Prentice Hall PTR New Jersey Process, Prentice Hall PTR, New Jersey 2 TIK Mampu memahami prinsip dasar dan tahap tahap p g p perancangan proses kimia. Mampu memahami dam menjelaskan struktur dan sintesis proses pada flow diagram. Mampu memahami dan menjelaskan rule of tumb sintesis proses kimia Mampu memilih system separator dan system reactor pada proses kimia Mampu menggunakan software/simulator untuk sintesis dan simulasi proses kimia Mampu memahami dan menjelaskan dasar dasar sintesis jaringan pemanas, reaktor, dan separator. Mampu mendesain jaringan pemanas, reaktor, dan separator dengan efifiensi yang tinggi. dengan efifiensi yang tinggi 3 SILABUS p p p g y Prinsip Dasar dan Tahap tahap Perancangan Proses Kimia y Struktur dan Sintesis Process Flow Diagram y Heuristic/Rule of Thumb Sintesis Proses y Pemilihan Sistem Separator y Pemilihan Sistem Reaktor y Simulator/Software untuk Sintesis dan Simulasi Proses Si l /S f k Si i d Si l i P y Dasardasar Sintesis Jaringan Pemanas y Desain Jaringan Reaktor Separator Desain Jaringan Reaktor Separator y Konsep Integrasi Proses y Studi Kasus. 4 Rancangan Kuliah Section 2 Rancangan Kuliah Section 2 1. Dasardasar Penggunaan CHEMCAD/HYSYS 2. Perancangan Sistem/jaringan Reaktor 3. Tugas 1 dan Pembahasannya 4. Perancangan Sistem/jaringan Pemanas Si /j i 5. Perancangan Sistem/jaringan Separator & Recycle 6 Tugas 2 dan Pembahasannya 6. 7. Studi Kasus 8. Ujian Section 2
5 Simulasi Proses?? Suatu S t usaha h untuk t k melakukan l k k percobaan, b analisa, optimasi, dan karakterisasi fenomena-fenomena fenomena fenomena dalam industri proses tanpa melakukan langsung di lapangan. Memindahkan proses yang berlangsung di pabrik ke dalam perangkat lunak komputer. komputer SEJARAH SIMULATOR y Ca 1960 Æ Research Simulators (PACER from Purdue University) y 1965 Æ Industry in house program (CHEOPS from Chevron) y 1970 Æ FLOWTRAN (from Monsanto) DESIGN/2000 (from Chemshare) FLOWPACK, CAPES. y 1975 Æ PROCESS (from Simulation Sciences/SimSci) y 1980 Æ ASPEN (from MIT and DOE) Æ ASPENTECH y 1981 Æ PRO/II (from Simulation Sciences) SPEED UP for dynamic simulation QUASILIN ADVENT (from England) HYSIM (from Hyprotech) CHEMCAD (from Chemstations Inc.) SEJARAH SIMULATOR (C ) SEJARAH SIMULATOR (Cont.) y Awal 1990 Æ Advanced application (pinch analysis, conceptual design) ENPRO (for environmental process) MAX (from ASPENTECH) PROvision (from SimSci) y 1995 Æ Pengembangan ASPENPlus dan PRO/II HYSIM became HYSIS Vendor vendor mulai V d d l i mengembangkan b k diversifikasi di ifik i produk y Akhir 1990 an Æ Penggabungan perusahaan perusahaan software development SimSci dibeli oleh InvenSys Hyprotech oleh AEATech dan akhirnya diakuisisi oleh ASPENTECH Apa yang dapat dilakukan dengan ChemCAD? (cont d) y PENDIDIKAN Memberikan g gambaran y p g nyata kepada mahasiswa mengenai karakteristik sebuah proses dan unit operasi. Membantu pemahaman mahasiswa terhadap konsep dasar suatu proses melalui simulasi. Memberikan b k gambaran b k d mahasiswa kepada h terhadap h d aspek k aspek praktis industri kimia melalui simulasi suatu industri. Mengiring imajinasi mahasiswa mahasis a pada proses yang sebenarnya ang sebenarn a terjadi. Menarik perhatian mahasiswa karena kecanggihan dan modernitas simulator. simulator Sebuah tools untuk melengkapi kompetensi lulusan teknik kimia. Contoh mata kuliah yang dapat menggunakan simulator y Aas Teknik Kimia (Neraca Massa dan y y y y y y y Energi) Termodinamika O Operasi Teknik Kimia (Pemisahan i T k ik Ki i (P i h Difusional, Mekanika Fluida) Alat alat industri Kimia Perpindahan panas (HE) Teknik Reaksi Kimia
Pengendalian Proses g Tugas Akhir > Prarancangan Pabrik Aas Teknik Kimia Operasi Teknik Kimia Pemisahan Difusional Mekanika Fluida Termodinamika Teknik Kimia Teknik Reaksi Kimia Pengendalian Proses Perpindahan Panas Prarancangan Pabrik Dahm, et. al (2002) 29% 31% 57% 7% 36% 18% 52% 13% 94% APLIKASI CHEMCAD APLIKASI CHEMCAD y Distilasi/ekstraksi/absorpsi (Batch dan Kontinyu) y Reaksi (Batch dan Kontinyu) y Proses proses elektrolitik y Perhitungan sifat fisik dan termodinamika Perhitungan kesetimbangan Piping system Heat exchanger network Utility network Safety analysis Neraca massa dan energi Plotting Perkiraan harga g peralatan p Solid handling fasa uap cair (VLE), uap-cair (VLE) uap-cair-cair (VLLE), cair-cair (LLE). Perhitungan ukuran peralatan (equipment siing) Perhitungan perpindahan panas DATA DATA ENGINEERING DATA DATA ENGINEERING y Bank data untuk sifat fisik dan termodinamika (lebih dari 2000 bahan kimia dan elektrolit) y Bank data BIP s untuk persamaan koefisien aktivitas y Bank data elektrolit y Bank data interaksi B k d t i t k i fasa uap ChemCAD 5.5 (chemicals) 5 5 (chemicals) 5 y y 2150 senyawa kimia y Organik, anorganik, elektrolit, bahan kimia formulasi y y y y (dengan merk dagang) Fasa (gas, cair, padat) Dapat ditambahkan senyawa lain (yang belum ada) Dapat diedit Metode searching Æ nama (kimia/dagang), rumus molekul, nomor urut (ChemCAD library), ( y) METODE TERMODINAMIKA y K Value l > Hidrokarbon : Peng Robinson, Soave Redlich Kwong (SRK), K chart, API Soave, dll > Chemicals : NRTL, UNIFAC, Wilson, UNIQUAC, g Margules, Van Laar, dll > Polymers : UNIFAC for polymers, Florry Huggins > Sistem khusus/spesial : Amines, sour water, dll > Lain lain : Henry,s gas law, vapor pressure, K tables y Entalphi > Hydrocarbon dan petrokimia : BWRS, Peng Robinson, Soave Redlich Kwong (SRK), Lee Kessler, dll > Chemicals : Latent heat, integral heat of solution > Water : steam tables > Lain lain : amines, polynomial, H tables. Satuan Operasi y Reaktor y Reaktor stoikiometri y Reaktor kesetimbangan General y Metanasi y Shift konversi y Reaktor Gibbs R k Gibb y Reaktor kinetik y CTSR y PFR y Reaktor batch y
Gas/Vapor Liquid Separation Gas/Vapor Liquid Separation y Distilasi y Shortcut y Rigorous g y Tower plus (side stream, multiple feed, pump around, intercooling) y Distilasi reaktif y Absorpsi y Flash y Component separator Perpindahan Panas eat c a ge (o e s ded, t o s ded) y Heat Exchanger (one sided, two sided) y Heat Exchanger (shell and tube, double pipe, aircolled, plate and frame) y Heat exchanger (sensible heat, latent heat, condensation, evaporation) y Furnace SOLID HANDLING SOLID HANDLING y y y y y y y y y y y y y y Crystallier Centrifugal filter Cyclone Washer Venturi Scrubber Baghouse filter Screen H d Hydrocyclone l Vaccum filter Electrolitic Precipitator Dryer Sedimentation separator Crusher/grinder Pengaliran Bahan o pa y Pompa y Feed and Product y Kompresor/Ekspander p / p y Pipe y Stream y Valve y Mixer/divider EQUIPMENT SIZING EQUIPMENT SIZING y y y y y y y y Tray (sieve, valve, bubble cap) Packing (random and stuctured) Pipes Heat Exchanger (Shell and Tube, Air cooled, Plate and Frame, double pipe) i ) Pressure vessels Orifices Control valves Relief valves Plotting y d ag a y TP xy diagram y Phase envelope y Residue curve y Binodal plot y Heat curve y Composite curve y Distillation curve y Dynamic curve DYNAMIC SIMULATION y Batch distillation y Batch reactors y PID controller y Control valve y Dynamic vessel y RAMP controller SOFTWARE??? Just TOOLS It s useless to operate without It s useless to operate without. Chemical Engineer s mind and Sense of engineering Good process knowledge and experiences METHANOL CO-PRODUCTION IN AMMONIA PLANT CARBONDIOXIDE REMOVAL WITH LEAN BENFIELD FORMALDEHYDE PRODUCTION FROM METHANOL OXIDATION DASAR DASAR PENGGUNAAN CHEMCAD / HYSYS CHEMCAD / HYSYS 27 Flash & Recycle Flash & Recycle
28 DISTILLATION COLUMN DISTILLATION COLUMN 29 Shortcut Column untuk Prediksi J l h St d F d St Jumlah Stage dan Feed Stage 30 Shortcut Column Specification Shortcut Column Specification 31 Plate Column from Shortcut Column 32 Plate Column Specification Plate Column Specification 33 34