PERANCANGAN PROSES KIMIA (CHEMICAL PROCESS DESIGN) ) Kode Mata Kuliah : TKK 345 (New Curriculum) Beban : 3 SKS

(1)

PERANCANGAN PROSES

KIMIA

(

CHEMICAL PROCESS DESIGN

)

(

)

Kode Mata Kuliah : TKK 345 (New Curriculum) Beban : 3 SKS

Section 2 oleh: Dr Istadi ST MT

Section 2 oleh: Dr. Istadi, ST, MT

(2)

Lit

t

Literatures:

y

Seider, W.D., J.D. Seider, Lewin, D.R., 2004,

Se de ,

. ., J. . Se de , e

, . ., 004,

Product &

oduc &

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

(3)

TIK

z

Mampu memahami prinsip dasar dan tahap‐tahap

perancangan proses kimia.

p

g

p

z

Mampu memahami dam menjelaskan struktur dan sintesis

proses pada flow diagram.

z

Mampu memahami dan menjelaskan rule of tumb sintesis

z

Mampu memahami dan menjelaskan rule of tumb sintesis

proses kimia

z

Mampu memilih system separator dan system reactor pada

proses kimia

z

Mampu menggunakan software/simulator untuk sintesis dan

simulasi proses kimia

z

Mampu memahami dan menjelaskan dasar‐dasar sintesis

z

Mampu memahami dan menjelaskan dasar‐dasar sintesis

jaringan pemanas, reaktor, dan separator.

z

Mampu mendesain jaringan pemanas, reaktor, dan separator

dengan efifiensi yang tinggi

dengan efifiensi yang tinggi.

3

(4)

SILABUS

y

Prinsip Dasar dan Tahap‐tahap Perancangan Proses Kimia

p

g

y

Struktur dan Sintesis Process Flow Diagram

y

Heuristic/Rule of Thumb Sintesis Proses

y

Pemilihan Sistem Separator

y

Pemilihan Sistem Reaktor

Si

l

/S f

k Si

i d

Si

l i P

y

Simulator/Software untuk Sintesis dan Simulasi Proses

y

Dasar‐dasar Sintesis Jaringan Pemanas

y

Desain Jaringan Reaktor Separator

y

Desain Jaringan Reaktor‐Separator

y

Konsep Integrasi Proses

y

Studi Kasus.

4

(5)

Rancangan Kuliah Section 2

1. Dasar‐dasar Penggunaan CHEMCAD/HYSYS

2. Perancangan Sistem/jaringan Reaktor

3. Tugas 1 dan Pembahasannya

Si

/j i

4. Perancangan Sistem/jaringan Pemanas

5. Perancangan Sistem/jaringan Separator & Recycle

6 Tugas 2 dan Pembahasannya

6. Tugas 2 dan Pembahasannya

7. Studi Kasus

8. Ujian Section 2

5

(6)

Simulasi

Simulasi Proses

Proses ??

??

Simulasi

Simulasi Proses

Proses ??

??

S

t

h

t k

l k k

b

• Suatu usaha untuk melakukan percobaan,

analisa, optimasi, dan karakterisasi

fenomena-fenomena dalam industri

fenomena fenomena dalam industri

proses tanpa melakukan langsung di

lapangan.

• Memindahkan proses yang berlangsung di

pabrik ke dalam perangkat lunak

komputer

(7)

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) 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) HYSIM (from Hyprotech)

CHEMCAD (from Chemstations Inc.)

(8)

SEJARAH SIMULATOR (C

)

SEJARAH SIMULATOR (Cont.)

y Awal 1990 Æ Advanced application (pinch analysis, conceptual design) ENPRO (for environmental process) MAX (from ASPENTECH) MAX (from ASPENTECH) PROvision (from SimSci)

y 1995 Æ Pengembangan ASPENPlus dan PRO/II HYSIM became HYSIS

V d d l i b k di ifik i

Vendor‐vendor mulai mengembangkan diversifikasi produk

y Akhir 1990‐an Æ Penggabungan perusahaan‐perusahaan software development

SimSci dibeli oleh InvenSys ‐ SimSci dibeli oleh InvenSys ‐ Hyprotech oleh AEATech

(9)

Apa yang dapat dilakukan dengan ChemCAD?

(cont’d)

y

PENDIDIKAN

‐

Memberikan gambaran nyata kepada mahasiswa mengenai

g

y

p

g

karakteristik sebuah proses dan unit operasi.

‐ Membantu pemahaman mahasiswa terhadap konsep dasar

suatu proses melalui simulasi.

b

k

b

k

d

h

h d

k

‐ Memberikan gambaran kepada mahasiswa terhadap aspek‐

aspek praktis industri kimia melalui

simulasi suatu industri.

Mengiring imajinasi mahasis a pada proses ang sebenarn a

‐ Mengiring imajinasi mahasiswa pada proses yang sebenarnya

terjadi.

‐ Menarik perhatian mahasiswa karena kecanggihan dan

modernitas simulator

modernitas simulator.

‐ Sebuah tools untuk melengkapi kompetensi lulusan teknik

kimia.

(10)

Contoh mata kuliah yang dapat menggunakan simulator

y

Azas Teknik Kimia (Neraca Massa dan

y

Azas Teknik Kimia (Neraca Massa dan

Energi)

y

Termodinamika

O

i T k ik Ki i (P

i h

y

Operasi Teknik Kimia (Pemisahan

Difusional, Mekanika Fluida)

y

Alat‐alat industri Kimia

Azas Teknik Kimia_{Operasi Teknik Kimia} 29%_31%

y

Perpindahan panas (HE)

y

Teknik Reaksi Kimia

y

Pengendalian Proses

Pemisahan Difusional 57% Mekanika Fluida 7% Termodinamika Teknik Kimia 36% Teknik Reaksi Kimia 18%

g

y

Tugas Akhir ‐‐> Prarancangan Pabrik

Pengendalian Proses 52%

Perpindahan Panas 13% Prarancangan Pabrik 94%

Dahm, et. al (2002) Dahm, et. al (2002)

(11)

APLIKASI CHEMCAD

y Distilasi/ekstraksi/absorpsi (Batch dan Kontinyu)

•

Perhitungan kesetimbangan fasa uap-cair (VLE)

(Batch dan Kontinyu)

y Reaksi (Batch dan Kontinyu)

y Proses‐proses elektrolitik

y Perhitungan sifat fisik dan termodinamika

fasa uap cair (VLE),

uap-cair-cair (VLLE), cair-cair (LLE).

•

Perhitungan ukuran peralatan (equipment sizing)

termodinamika _{(equipment sizing)}

•

Perhitungan perpindahan panas

• Piping system

• Heat exchanger networkHeat exchanger network

• Utility network • Safety analysis

•

Neraca massa dan energi

•

Plotting

•

Perkiraan harga peralatang p

•

Solid handling

(12)

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

B

k d t i t

k i

y

Bank data interaksi

fasa uap

(13)

ChemCAD 5 5 (chemicals)

ChemCAD 5.5 (chemicals)

y

2150 senyawa kimia

5 y

y

Organik, an‐organik, elektrolit, bahan kimia formulasi

(dengan merk dagang)

y

Fasa (gas, cair, padat)

y

Dapat ditambahkan senyawa lain (yang belum ada)

y

Dapat diedit

y

Dapat diedit

y

Metode searching Æ nama (kimia/dagang), rumus

molekul, nomor urut (ChemCAD library)

,

(

y)

(14)

METODE TERMODINAMIKA

l y K‐Value > Hidrokarbon : Peng‐Robinson, Soave‐Redlich‐ Kwong (SRK), K‐chart, API Soave, dll > Chemicals : NRTL, UNIFAC, Wilson, UNIQUAC, Margules, Van Laar, dllg > 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

(15)

Satuan Operasi

y

Reaktor

y

Reaktor stoikiometri

y

Reaktor kesetimbangan

y

General

y

General

y

Metanasi

y

Shift konversi

R k

Gibb

y

Reaktor Gibbs

y

Reaktor kinetik

y

CTSR

y

PFR

y

Reaktor batch

(16)

Gas/Vapor Liquid Separation

Gas/Vapor‐Liquid Separation

y

Distilasi

y

Distilasi

y

_Shortcut

y

_Rigorous

_g

y

_{Tower plus (side stream, multiple}

feed, pump around, intercooling)

y

_{Distilasi reaktif}

y

_{Distilasi reaktif}

y

_Absorpsi

y

Flash

y

Flash

y

Component separator

(17)

Perpindahan Panas

y

Heat Exchanger (one‐sided, two sided)

eat

c a ge (o e s ded, t o s ded)

y

Heat Exchanger (shell and tube, double pipe, air‐

colled, plate and frame)

y

Heat exchanger (sensible heat, latent heat,

condensation, evaporation)

(18)

SOLID HANDLING

y

Crystallizer

y

Centrifugal filter

y

Cyclone

y

Washer

y

Venturi Scrubber

y

Baghouse filter

y

Screen

H d

l

y

Hydrocyclone

y

Vaccum filter

y

Electrolitic Precipitator

y

Dryer

y

Dryer

y

Sedimentation separator

y

Crusher/grinder

(19)

Pengaliran Bahan

y

Pompa

o pa

y

Feed and Product

y

Kompresor/Ekspander

p

/

p

y

Pipe

y

Stream

y

_Valve

y

Mixer/divider

(20)

EQUIPMENT SIZING

y

Tray (sieve, valve, bubble cap)

y

Packing (random and stuctured)

y

Pipes

y

Pipes

y

Heat Exchanger (Shell and Tube, Air‐

cooled, Plate and Frame, double

i

)

pipe)

y

Pressure vessels

y

Orifices

y

Control valves

y

Relief valves

(21)

Plotting

y

TP‐xy diagram

y d ag a

y

Phase envelope

y

Residue curve

y

Binodal plot

y

Heat curve

y

_{Composite curve}

y

Distillation curve

y

Dynamic curve

(22)

DYNAMIC SIMULATION

y

Batch distillation

y

Batch reactors

y

Batch reactors

y

PID controller

y

_{Control valve}

y

_{Control valve}

y

Dynamic vessel

y

_{RAMP controller}

y

_{RAMP controller}

(23)

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

(24)

(25)

(26)

FORMALDEHYDE PRODUCTION FROM

METHANOL OXIDATION

(27)

DASAR‐DASAR PENGGUNAAN

CHEMCAD / HYSYS

(28)

Flash & Recycle

(29)

DISTILLATION COLUMN

(30)

Shortcut Column untuk Prediksi

J

l h St

d

F d St

Jumlah Stage dan Feed Stage

(31)

Shortcut Column Specification

(32)

Plate Column from Shortcut

Column

(33)

Plate Column Specification

(34)