III. PERANCANGAN KONDISI PROSES
III.1 Kondisi Proses
Yang diartikan dengan kondisi proses adalah kondisi operasi yang diperlukan sehingga perancangan yang dilakukan itu dapat memenuhi design itention, inherently safer. Cara menentukan kondisi proses, tidak semata berdasarkan pada the safety of the equipment saja, tetapi juga didasarkan pada tingkat achievable dari proses yang terjadi dalam vessel itu. Tingkat achievable proses, dapat mengacu pada " the nature of the process " . Sebagai contoh process yang mengalami kestimbangan phase, maka tingkat achievable dari keseimbangan itu tidak mungkin akan sempurna, karena untuk sempurna waktu yang dibutuhkan sangat lama -> inefficient!!!. Untuk menentukan kondisi proses yang benar, designer harur familiar dulu dengan " free variable " ataupun dikenal dengan "degree of free variables" dari proses / penomena yang ada dalam vessel Free variable (Nf): merupakan jumlah variabel bebas (yang bebas dipilih oleh designer untuk memesukaa harga variabel itu), perlu dihitung dulu
Nf =Nv-Nc Dengan
• Nv: jumlah keseluruhan variable yang terkait dengan alat / proses yang dirancang
• Jika berbicara variabel, boleh jadi variabel itu terbawa oleh system / arus bahan, ataupun variabel dalam bentuk transferable dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. Sebagai contoh transfer panas -> Q, transfer energy poros -> Ws merupakan jenis variabel yg dapat ditranferkan
• Variabel yang terbawa oleh sistem (flowing fluid) dapat digambarkan sebagai variabel yang ada pada masing =- masing arus bahan kimia
• Meliputi:
jumlah bahan yg mengalir (m) suhu fluida mengalir (T) tekanan fluida yg mengalir (P)
komposisi komponen yg ada di aliran fluida, jika komponen yg ada = c komponen. maka variabel yg berasal dari komposisi = c-1
Sehingga setiap ada aliran bahan kimia yang terdiri dari c komponen bahan kimia , maka variabel yg ada = c+2
Jika pada vessel yang dirancang itu ada aliran bahan kimia sebanyak 3 arus bahan (2 input, 1 output bahan kimia ), maka jumiah variabel yang berasal dari aliran bahan = 3 x (c+2)
-> jika pada vessel yang dirancang itu ada aliran variabel panas ( pendinginan / pemanasan / panas bocor ) -> variabel Q ada
-> jika pada alat yang dirancang itu mencakup aliran energi poros, maka variabel Ws ada -
-> ada kalanya designer harus meilih jenis alat yang afcan dirancang (jika ada beberapa altematif jenis alat) -> ada variabel yg berasal dari alat (jumlahnya 1 pilihan} Sehingga Nv =3 x (C + 2) + 1 + 1 + 1 = 3C + 9 variabel
Nc : secara matematika merupakan jumlah persamaan matematika yang menghubung variabel - variabel yg ditengarai satu dengan yang lain. Untuk Nc ini designer harus familiar dengan "chemical engineering tool" -> jumlah tool yg diterpakan, yang relevan dengan the state of the proses.
Jika the state of the process , terjadi kesetimbangan (phase / chemical equilibrium), maka harus ada variabel yang harganya sama pada phase - phase yang equilibrium. Ini antara lain variabel suhu dan tekanan. Diartikan bahwa selama equilibrium berlangsung, maka suhu caiaran sama dengan suhu uap yg
Sistem Sistem C+2 Q loss C+2 C+2 -WS
Jika dalam sistem terjadi kesetimbangan phasa, maka chemical engineering tool ( kesetimbangan phase) menyebutkan hams ada korelasi distribusi fcomponen yg setimbang dalam phase cair dan uap -> c persamaan (-> dari Yc = K x Xc)
Nf =Nv-Nc
= { 3 x (c+2)+ 2+ 1 + 1 } – {1+C+C} = C+9
Dari contoh diatas Nf = c + 9, artinya bahwa designer diberikan kebebasan untuk menetapkan sejumlah variabel sebanyak C+ 9 . Jadi designer harus meilih / menspesiflkasikan variabel - variabel mana yang harganya akan ditetapkan Sebagai contoh umpan masuk ke sistem ditetapkan -> c + 2 sudah ditetapkan Suhu / tekanan ditetapkan (1), jenis alat (1), aliran panas diasumsi nol (1), rasio uap/liquid ditetapkan (1) -> variabel yg lain ????
Jumlah variabel yang masih susah ditetapkan oleh designer, boleh jadi sebagai design variabel ataupun dimungkinkan estimasi jumiah variabel yg over estimate
Jika alat yang dirancang itu merupakan gabungan dari unit - munit kecil yg dihubungkan dengan arus bahan, maka jumiah Nc dihitung berdasarkanjumlah variabel pada interstream yang ada
III.3 Kondisi Puncak Menara
Kondisi puncak menara yang dilengkapi dengan kondesor total , ditandai oleh kondisi embunan yang keiuar dari kondensor total ->pada suhu didihnya ( jenuh) kondisi puncak +++ -> suhu didih embunan keiuar
suhu didih sangat tergantung pada komposisi embunan yg keluar , tekanan uap keluar dari menara
designer yang sudah pengalaman akan menetapkaa komposisi embuanan sebagai " variabel fixed by designer" , sehingga kondisi atas tinggal dua free variabel saja ( dimana satu yang haras ditetapkan oleh designer -> karena terjadi kesetimabangan phasa)
Mana yang dipilih tergantung pada cooling medium yang tersedia , ataupun parameter harga menara ( tekanan yg tinggi -> tebal plat besar -> harga mahal)
Jika sebagai penetapan perancangan dibakukan dengan menggunakan cooling water ( dari water pond ) , dipakai sebagai cooling medium untk kondensor total , maka designer menetapkan suhu puncak -> TTOP
Jika kasus ini , maka T cooling medium masuk = suhu lingkungan pabrik ( = 35 oC) TTOP = Tcooling med. + ∆Tapprooach
∆Tapprooach = tergantung pada tingkat perancangan , yang optimal terkait dengan konservasi panas , maka diambil 10 oC
Jika puncak menara dilengkapin dengan kondensor parsial :
Pada system ini hasil atas/ kondisi atas menara ditandai oleh kondisi hasil atas / kondisi atas menara ditandai oleh kondisi hasil atas yang berupa uap jenuh, sehingga kondisi nys ditandai pada suhu embun campuran uap hasil atas menara ( uap ini setimbang dengan embunan refluk -> suhu refluk = suhu uap hasil atas menara
-> KONDISI PUNCAK = ( Suhu embun, tekanan menara)
Seperti pada kondensor total suhu embun sangat tergantung pada cooling medium yg available untuk pabrik / menara, jika suhu ditetapkan, maka tekanan menyesuaikan ( dihitung deagan kesetimbangan termodinamika). Atau sebaliknya tekanan diteiapkan, suhu mengikuti.
Cooling medium available
Dipabrik ada berbagai cooling medium yang bisa dipakai: cooling water, process fluid ataupun refrigerant ffuid. Medium mana yang dipilih sangat tergantung pada kebijafcan perancangan pada tataran basic design atau final design. Bisaanya pemilihan ini juga terkait dengan inherently safer design -> attenuation process design Suhu tinggi -> tekanan tinggi -> more hazardous condition
Kondisi bagian bawah menara (Bottom condition)
Kondisi bagian bawah menara ditandai oleh kondisi operasi cairan hasil bawah menara
-> pada suhu didihnya
-> KONDISI BAWAH = SUHU DIDffl CAMPURAN HASIL BAWAH MENARA = ( SUHU, TEKANAN, KOMPOSISI HASIL BAWAH) Sebagai seorang designer, komposisi hasil bawah tidak perlu ditetapkan, karena merupakan computed variabel ( dari neraca massa), tekanan bagian bawah menara diambil sama dengan tekanan bagian atas menara -> sehingga kondisi bagian bawah sudah fixed by top condition
Tekanan = tekanan puncak menara
Komposisi hasil bawah -> dihitung dng neraca massa
Suhu bagian bwah = suhu didih pada tekanan bawah dan komposisi terhitung.
Yang perta dicermati oleh designer adalah memilih heating medium yang dipakai Heating medium yg paling murah adalah steam yang dihasilkan oleh steam boiler. Penggunaan steam jenuh dibastasi oleh kemampuan pembangki steam yang dipakai oleh industri -> boiler rating ???
bakar langsung, yaitu menggunakan fiirnace reboiler. Dengan furnace reboiler, tidak ada batasan suhu bawah menara (lihat laporan kerja praktek di UP IV Cilacap)
