MAKALAH
PENGENDALAIN PROSES
PADA INDUSTRI ETILEN OKSIDA
Disusun oleh:
Muhammad Rizki Alfi 12.14.013
Rina Eka M. 12.14.016
Dio Alif Tricahyo 12.14.021
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
KATA PENGANTAR
Segala Puji syukur kepada Allah SWT atas Rahmat dan hidayah-Nya, sehingga kami masih diberi kesehatan dan kesempatan untuk menyusun makalah tentang pengendalian proses pada industri etilen oksida. Makalah ini dibuat untuk memahami pengedalian proses dan aplikasinya pada suatu industri. Makalah ini membahas tentang pegertian pengendalaian proses, peranan pengendalian proses, macam-macam pengendalian proses, instrument pada pengendalian proses dan contoh aplikasi pengendalian proses pada industri etilen oksida . Semoga makalah ini bermanfaat bagi yang membacanya.
Sesuai pepatah yang mengatakan “tak ada gading yang tak retak”, kami pun menyadari bahwa makalah yang kami buat ini masih banyak kesalahan dan kekurangan, karena kami maih dalam tahap pembelajaran, maka dari itu kami mengharapkan kritik dan saran bagi pembaca demi kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini.
DAFTAR ISI
Kata Pengantar...1
Daftar isi...2
BAB I Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Masalah...3
1.2. Tujuan Penulisan...3
1.3. Manfaat Penulisan...3
BAB II Pembahasan 2.1. Pendahuluan...4
2.2. Pengertian pengendalian proses ...4
2.3. Peranan pengendalian proses...5
2.4. Macam-macam pengendalian proses...7
2.5.Instrument Pada Pengendalian Proses...8
2.6. Contoh pengendalain proses pada industri etilen oksida...9
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penulisan
Dalam industri proses modern terdapat peralatan proses yang bekerja pada suhu dan tekanan ekstrem. Rangkaian peralatan sudah sedemikian kompleks. Sementara kondisi proses bersifat dinamik. Inilah yang menjadi alasan mengapa diperlukan suatu sistem pengendalian. Dengan kontrol proses kita dapat menentukan berapa jumlah dan konsentrasi yang dihasilkan dari produk akhir. Tanpa adanya kontrol proses maka produk yang dihasilkan tidak akan sesuai dengan keinginan kita dan membuang banyak biaya. Pengendalian proses diterapkan pada reaktor, penukar panas (heat exchanger), kolom pemisahan (misalnya distilasi, absorpsi, ekstraksi), tangki penampung cairan, aliran fluida, dan masih banyak lagi.
1.2. Tujuan Penulisan
Adapun yang menjadi tujuan penulisan makalah ini diantaranya:
1. Menjelaskan pengertian pengendalian proses, peranan dan macam-macam pengendalian proses.
2. Menjelaskan Contoh aplikasi pengendalian proses pada industri etilen oksida. 3. Menjelaskan pengontrolan suhu dan tekanan pada kolom destilasi, pengotrolan
level pada flash drum, pengontrolan flow rate aliran dan pengontrolan proses pada reaktor.
1.3. Manfaat Penulisan
Penulis berharap penulisan makalah ini akan memberikan manfaat berupa:
4. Pengetahuan pembaca tentang pengendalian proses, peranan dan macam-macam pengendalian proses.
5. Pengetahuan pembaca tentang aplikasi pengendalian proses pada industri etilen oksida.
6. Pemahaman tentang pengontrolan suhu dan tekanan pada kolom destilasi, pengotrolan level pada flash drum, pengontrolan flow rate aliran dan pengontrolan proses pada reaktor.
PEMBAHASAN
2.1. Pendahuluan
Dalam industri proses modern terdapat peralatan proses yang bekerja pada suhu dan tekanan ekstrem. Rangkaian peralatan sudah sedemikian kompleks. Sementara kondisi proses bersifat dinamik. Dari waktu ke waktu dapat berubah-ubah. Perubahan sedikit pada kondisi proses bisa berakibat fatal. Inilah yang menjadi alasan mengapa diperlukan suatu sistem pengendalian. Dengan kontrol proses kita dapat mempredikasi suatu kondisi dari suatu proses sehingga sesuai dengan kehendak kita.
Dengan kontrol proses kita dapat menentukan berapa jumlah dan konsentrasi yang dihasilkan dari produk akhir. Tanpa adanya kontrol proses maka produk yang dihasilkan tidak akan sesuai dengan keinginan kita dan membuang banyak biaya. Kontrol proses dalam suatu flow diagram memgindikasikan dimana letak variabel-variabel yang perlu untuk dikontrol. Letak sistem kontrol di beberapa area yang dianggap penting untuk menghindari: reaksi tiba-tiba, reaksi yang tidak diinginkan dan perubahan konsentrasi yang tidak diinginkan.
2.2. Pengertian Pengendalian Proses
Sistem pengendalian atau sistem kontrol adalah susunan beberapa komponen yang terangkai membentuk aksi pengendalian. Sistem pengendalian yang diterapkan dalam teknologi proses disebut sistem pengendalian proses. Pengendalian proses adalah disiplin rekayasa yang melibatkan mekanisme dan algoritma untuk mengendalikan keluaran dari suatu proses dengan hasil yang diinginkan. Dalam bidang ini, pengendalian proses diterapkan pada reaktor, penukar panas (heat exchanger), kolom pemisahan (misalnya distilasi, absorpsi, ekstraksi), tangki penampung cairan, aliran fluida, dan masih banyak lagi.
Pengendalian proses mengutamakan otomasi sehingga hanya diperlukan sedikit personel untuk mengoperasikan proses yang kompleks. Sistem pengendali diterapkan untuk memenuhi 3 kelompok kebutuhan, yaitu:
- menekan pengaruh gangguan eksternal - memastikan kestabilan suatu proses kimiawi - optimasi kinerja suatu proses kimiawi.
karena konsentrasi bersifat dependent dimana di pengaruhi oleh variabel-variabel lain (temperatur, tekanan, Level dan Flow rate). Variabel ini juga diklasifikasikan dalam 2 kategori, yaitu: kimiaterhadap lingkungan yang diklasifikasikan dalam 2 kelompok, yaitu:
1) measured output variables yaitu jika variabel dapat diketahui dengan pengukuran langsung.
2) unmeasured output variables yaitu jika variabel tidak dapat diketahui dengan pengukuran langsung.
2.3. Peranan Pengendalian Proses
Peranan pengendalian proses dalam pabrik kimia mecakup tiga kelompok yaitu keamanan (safety), kehandalan operasi (operability), dan keuntungan eknomi (profitability).
a. Keamanan (safety)
Dalam kelompok ini, keamanan meliputi: keselamatan manusia, perlindungan peralatan, dan perlindungan lingkungan.
(a) Keselamatan Manusia
Sistem pengendalian bertugas menjaga keselamatan kerja. Beberapa sistem proses di pabrik memiliki kondisi operasi yang berbahaya bagi keselamatan manusia. Kondisi operasi pada suhu dan tekanan tinggi dengan bahan kimia berbahaya sangat berpotensi menimbulkan kecelakaan. Perlengkapan sistem alarm dan safety valve dapat memperkecil kemungkinan kecelakaan akibat kondisi ekstrem terlampaui.
(b) Perlindungan Peralatan
(c) Perlindungan Lingkungan
Sistem pengendalian bertugas mempertahankan batas aman pencemaran. Proses industri dapat menghasilkan bahan berbahaya bagi lingkungan. Kebocoran gas, cairan, atau padatan beracun dan yang merusak lingkungan perlu dihindari. Gas-gas yang berbahaya dan mudah terbakar disalurkan ke menara pembakar (flare). Jika menara pembakar tidak mampu menangani, gas terpaksa dibuang ke atmosfer melalui pressure safety valve untuk menghindari kondisi ekstrem yang membahayakan peralatan dan manusia. b. Kehandalan Operasi (operability)
Kehandalan operasi meliputi ketahanan terhadap gangguan produktivitas dan kualitas produk. Sistem pengendalian proses harus mampu menekan pengaruh gangguan sehingga dapat mempertahankan kondisi operasi yang mantap (steady operation) dalam batas operasional (operational constraint). Dengan perkataan lain, pengendalian proses mampu memperkecil keragaman kualitas dan produktivitas. Kualitas dan produktivitas sesuai spesifikasi dengan tingkat keragaman (variability) sekecil mungkin.
c. Keuntungan Ekonomi (profitability)
Keuntungan ekonomi menjadi tujuan akhir dari prosesproduksi. Proses yang tidak aman dengan kondisi operasi tidak optimal, akan memperkecil keuntungan. Oleh sebab itu sistem pengendalian bertujuan menghasilkan kondisi operasi optimum. Ini mengandung arti kuantitas dan kualitas produk utama (yield) maksimum dengan biaya produksi minimum.
2.4. Macam – Macam Sistem Pengendalian: - Pengendalian Manual
Merupakan pengendalian dengan sensor yang dipunyai manusia. - Pengendalian Otomatis
Adalah pengendalian dengan menggunakan kontroler. Peranan manusia hanya sebatas memberikan nilai set.
a. Variasi Rangkaian Pengendali
- Rangkaian Pengendali Umpan Balik Kerugian sistem Pengendalian Umpan Balik.
setelah ada penyimpangan pada proses barulah sistem kontrol mengambil aksi perbaikan.
Karena aksi perbaikan datang setelah penyimpangan maka terdapat
keterlambatan pengontrolan pada rangkaian. Semakin banyak elemen digunakan maka semakin besar keterlambatan.
Spesifikasi produk dari proses yang dikendalikan menjadi lebih konstan
Pemakaian energi menjadi lebih efisien
Biaya produksi menjadi lebih rendah
- Rangkaian Pengendali Cascade
Rangkaian pengendali cascade merupakan gabungan dari kedua metoda sistem pengendali diatas yaitu (pengendali umpan balik dan pengendali umpan maju), dimana yang satu berfungsi sebagai master control dan yang satu berfungsi sebagai slave control.
2.5. Instrumen pada Pengendalian Proses
Instrumen atau piranti utama dalam pengendalian proses adalah: sensor, transmiter, pengendali, transduser/konverter (bila diperlukan), dan katup kendali. Pada pengendali pneumatik, seluruh sinyal pengendalian memakai tekanan udara. Sehingga insteumen pengendalian hanya terdiri atas tiga macam. Sensor/transmiiter, pengendali, dan katup kendali pneumatik. Berbeda dengan sistem pengendalian pneumatik, pada pengendali elektronik, sinyal pengendalian memakai arus listrik. Oleh karena katup kendali biasanya jenis pneumatik, maka diperlukan konverter atau transduser I/P (arus ke pneumatik). Sehingga instrumen yang diperlukan adalah: sensor/transmiiter, pengendali, transduser I/P, dan katup kendali pneumatik.
Unit pengukuran berfungsi mengubah informasi besaran fisik terukur (variabel proses) menjadi sinyal standar. Unit ini terdiri atas dua bagian besar yaitu sensor dan transmiter.
a) Sensor (elemen perasa atau pengindera) adalah piranti yangmerespon rangsangan fisik. Sensor berhubungan langsung atau paling dekat berhubungan dengan variabel proses. Disebut dengan detecting element(elemen pendeteksi) atau elemen primer.
b) Transmiter yaitu piranti yang berfungsi mengubah energi atau informasi yang datang dari sensor menjadi sinyal standar. Dua macam sinyal standar yang sering dapat dipakai yaitu sinyal listrik dan pneumatik.
2. Unit Kendali Akhir
Unit kendali akhir bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan koreksi melalui pengaturan variabel pengendali atau variabel termanipulasi. Unit ini terdiriatas dua bagian besar, yaitu actuator dan elemen regulasi. Actuator atau penggerak adalah piranti yang mampu melakukan aksi fisik. Fungsinya mengubah sinyal kendali menjadi pengaturan fisik untuk pengendalian variabel proses. Jenis penggerak yang penting dalam industri proses adalah pneumatik, elektrik, dan hidrolik. Katup kendali (control valve) merupakan unit kendali akhir yang paling banyak dipakai di industri kimia.
3. Unit Pengendali
Elemen pengendali adalah perangkat keras yang memiliki intelegensi. Perangkat ini menerima informasi dari alat ukur dan memutuskan tindakan yang harus dilakukan. Hasil evaluasi berupa sinyal kendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran.
4. Transducers
Beberapa hasil pengukuran tidak dapat digunakan untik tujuan pengendalian sebelum dikonversikan menjadi besaran fisik yang dapat dengan mudah ditransmisikan seperti tegangan listrik. Transducer merupakan alat yang digunakan untuk mengonversi hasil pengukuran menjadi besaran yang ditransmisikan.
5. Jalur transmisi dan amplifier
6. Elemen pencatat
Elemen pencatat merupakan bagian dari sistem pengendali yang mencatat semua variabel sehingga kelakukan proses yang sedang berlangsung dapat didemonstrasikan secara visual.
2.6. Contoh Sistem Kontrol Pada Pabrik etilen oksida
Gambar 1. Flow Diagram Produksi Etilen Okdida
A. Kontrol Temperatur pada Kolom Destilasi
Gambar 2. Pengendalian Temperatur pada Kolom Destilasi
konsisten). Oleh karena itu maka dipasang alat kontrol temperatur berupa TIC pada aliran dari HE menuju feed destilasi dan aliran pada media pendingin.
Apabila terjadi perubahan suhu (T) pada aliran feed destilasi diluar range yang diperbolehkan maka akan ada sinyal yang dikirim ke TIC dan TIC akan mengontrol bukaan valve dari aliran HE (Heat Exchanger) dimana dari aliran HE (Heat Exchanger) akan mempengaruhi suhu aliran pada feed destilasi. Flow rate Freon pada HE (Heat Exchanger) akan dialirkan apabila temperatur (T) aliran feed terlalu tinggi. Dan Flow rate Freon pada HE (Heat Exchanger) akan menurun apabila temperatur (T) terlalu rendah. Alat kontrol valve harus diletakkan pada suatu aliran yang bersifat independent (mempengaruhi). Jika Suhu yang diinginkan telah tercapai maka aliran freon pada kolom destilasi ditutup.
Adalah berarti menggunakan pneumatic actuator (tekanan udara) untuk membuka dan menutup valve.
Adalah berarti sinyal mengukur dan mentransfer sinyal dari sebuah liquida.
Adalah berarti bahwa temperatur akan dibaca dan ditransmisikan dengan sinyal elektrik.
B. Kontrol Tekanan pada Kolom Destilasi
Gambar 3. Pengendalian Tekanan pada Kolom Destilasi
feed dapat dikontrol dengan memasang PIC (Pressure Indicator Control) pada pompa dam aliran feed yang akan diumpankan pada kolom destilasi. Aliran pada feed akan diukur tekanannya dan dikirim sinyalnya pada PIC, apabila tekanan berada di luar range yang dikehendaki maka PIC akan melakukan kontrol terhadap kerja atau power pada pompa untuk menghasilkan tekanan yang sesuai dengan range. Untuk itu pompa dapat di design dengan suatu power supply dimana power supply ini bersifat independent yang dapat mengontrol tekanan (P) dari aliran inlet feed destilasi agar proses pemisahan dalam kolom destilasi sesuai dengan yang diinginkan.
C. Level Kontrol pada Flash Drum
Level dari liquida adalah suatu variabel yang penting untuk dikontrol dalam suatu unit operasi seperti flash, tower/kolom dan vessel. Kurangnya level kontrol menyebabkan terjadinya over flow, aliran proses terkontaminasi dan flow rate tidak dapat diprediksi. Sebagai contoh level control adalah pada flash kolom (V-101). Flash merupakan suatu unit operasi dimana terjadi proses pemisahan antara uap dan liquida, Uap akan naik keatas dan liquida turun ke bawah dimana volume maksimum dari liquida harus diperhitungkan sehingga perlu adanya LIC (Level Indicator Control).
Gambar 4. Beberapa peralatan yang memerlukan Kontrol Level
Gambar 5. Kontrol Level pada Flash Drum saat valve dibuka
Gambar 6. Kontrol Level pada Flash Drum saat valve ditutup
Gambar 6. Kontrol Level pada kolom destilasi
Pada kolom destilasi ketinggian liquida pada bottom produk dijaga agar ketingiannya 5-10 ft untuk itu dipasang LIC (Level Control Indicator). LIC dihubungkan pada badan kolom destilasi dengan valve dari aliran keluaran kolom destilasi. Apabila level ketinggian pada daerah bottom kolom destialsi melebihi batas maksimumnya maka akan ada sinyal yang dikirim ke LIC kemudian LIC akan melakukan kontrol dengan membuka valve keluaran produk sehingga liquida didaerah bottom akan dialirkan keluar kolom destilasi.
D. Kontrol Flow Rate
Gambar 6. Kontol Flow rate pada aliran yang tidak tepat
Sehingga solusinya yaitu mengukur dan mengkontrol flow rate inlet sebelum masuk kompresor dengan meletakkan FIC diantara aliran inlet menuju kompresor sehingga FIC dapat memberi sinyal langsung pada strorage tank. Hal ini akan menjadi salah satu cara dalam memprediksi flow rate dari produk yang dihasilkan.
Untuk penambahan loop pada aliran recyle tidak bersifat efektif karena memiliki komposisi yang sama tidak akan berpengaruh, untuk itu tidak perlu ditambahakan loop, cukup melihat pada flow rate dari aliran recyle, jika aliran floe rate terlalu tinggi maka perlu menurunkan flow rate maka perlu menurunkan flow rate dari aliran bahan baku dan sebaliknya. Hindari mengontrol aliran pada dari suatu proses pada pertengahan proses karen akan merubah flow rate dan konsentrasi dari produk akhir menjadi tidak konsisten. Valve flow control harus diletakkan pada aliran yang datang dari beberapa
indepensent supply. E. Kontol pada Reaktor
Reaktor adalah salah satu equipment yang perlu diperhatikan dengan benar dalam kontrol prosesnya, karena jika terjadi kesalahan dalam kontrol prosesnya maka proses untuk equipment selanjutnya tidak sesuai dengan hasil yang diharapkan. Contoh pada reaktor R-101 adalah suatu reaktor isotermal dengan P tinggi jika tekanan dan temperatur diluar dari range yang dikehendaki maka proses yang terjadi menjadi tidak efektif bahkan mungkin akan menimbulkan produk yang dihasilkan tidak sesuai. Sehingga salah satu solusinya yaitu:
- Memasang control temperatur dengan cara memberi TIC pada aliran inlet reaktor dan aliran media pemanas sehingga suhu feed masuk kedalam reaktor sesuai dengan kondisi yang diharapkan.
- Memasang control temperatur dengan cara memberi TIC pada badan reaktor untuk mengontrol suhu didalam reaktor sehingga suhu didalam reaktor dapat dipertahankan pada kondisi operasi yang isotermal dan tidak mengalami kenaikan maupun penurunan suhu. Jika reaksi bersifat eksotermis (mengeluarkan panas) maka TIC akan dihubungkan dengan cool water untuk mendinginkan atau meneurunkan suhu sehingga tidak mengalami kenaikan suhu yang ekstrim. Sedangkan jika reaksi bersifat endotermis (membuuhkan panas) maka TIC akan dihubungkan dengan media pemanas seperti steam agar suhu didalam reaktor konsisten tetap tejaga.
Gambar 8. Kontol Proses pada Reaktor
Pertanyaan Penyanggah
1. jelaskan mengapa pada pengontrolan level (ketinggian) liquida pada LIC diletakkan pada aliran keluar dari flash drum?
Jawab:
Level control perlu dipasang pada badan alat proses untuk mengetahui ketinggian dari liquida yang terdapat didalam badan alat proses. LIC kemudian dihubungkan pada valve aliran keluar dari alat proses dimana jika liquida melebihi dari level yang dianjurkan maka valve aliran keluar akan terbuka dan mengeluarkan liquida jika liquida dibawah batas minimum dari ketinggian maka valve akan menutup. Dibawah ini mekanisme kerja alat PIC pada flash drum:
Kontrol Level pada Flash Drum saat valve ditutup
2. Kenapa pada contoh pengontrolan tekanan pada kolom destilasi seperti pada gambar dibawah ini alat kontrol PIC yang digunakan dihibungakan dengan pompa bukan dihubungkan dengan kompresor?
(oleh: Desi Lidia Sandi NIM 1214036) Jawaban:
Tekanan dapat dikontrol pada alat-alat seperti pompa, kompresor dan valve.
