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., Shaeiwitz, J.A., 2003, Analysis, Synthesis and Design of Chemical Process Prentice Hall PTR New Jersey Process, Prentice Hall PTR, New Jersey
2
TIK z
z
z
z
z
z
z
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 Dasar‐dasar 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. Dasar‐dasar 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 Azas 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
Azas 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 sizing) 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, an‐organik, 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, air‐
colled, 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 Crystallizer 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
