Tugas Besar Komputasi Fix

PEMBUAT

PEMBUATAN ETHAN ETHYL CHLORIDE YANYL CHLORIDE YANG MG MELIBATKAN PROSES ELIBATKAN PROSES RECYCLERECYCLE DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI HYSYS

DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI HYSYS “M. Rifa`i siregar, Muhammad Zaki Salfinur, Ramdhani Asywal” “M. Rifa`i siregar, Muhammad Zaki Salfinur, Ramdhani Asywal”

 Abstrak   Abstrak 

HYSYS adalah program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam HYSYS adalah program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam suatu pabr

suatu pabrik. Adaik. Adapun kasus yang akan disimupun kasus yang akan disimulasikan di artikelasikan di artikel ini l ini adalaadalah h pembupembuatanatan Ethyl Chlori

Ethyl Chlorida yang melibatkan prosesda yang melibatkan proses recyclerecycle. Komponen alat yang digunakan dalam. Komponen alat yang digunakan dalam kasus ini adalah

kasus ini adalah mixer, reaktor konersi, s!littermixer, reaktor konersi, s!litter dandan tee.tee. Tahap awal dalam simulasi iniTahap awal dalam simulasi ini yaitu menginputkan komponen-komponen reaksi stoikiometri dan kon!ersi. yang ada yaitu menginputkan komponen-komponen reaksi stoikiometri dan kon!ersi. yang ada dik

dikasuasus. s. SelSelan"an"utnutnya ya menmenginginputputkan kan komkomponponen en alaalat t besbeserterta a datdata a yanyang g dipdiperlerlukaukann kemudian buka

kemudian buka work"ookwork"ook untuk memasukkan nilai-nilai didalamnya untuk semua kondisiuntuk memasukkan nilai-nilai didalamnya untuk semua kondisi operasi. Hasil dari simulasi HYSYS ini berupa gra#ik untuk dianalisa. $ari hasil analisa operasi. Hasil dari simulasi HYSYS ini berupa gra#ik untuk dianalisa. $ari hasil analisa diper

diperoleh bahwa oleh bahwa pengipenginputanputan n nilainilai low "ound, high "ound low "ound, high "ound   dan  dan ste!  ste! si#esi#e di mendi menuu casecase  studies

 studies memmempenpengargaruhi bentuhi bentuk gra#iuk gra#ik.k.  $ow  $ow "ound, "ound, high high "ound "ound   d  daann  ste!  ste! si#esi#e  yang  yang diinputkkan masing-masing % &' dan %. (ika nilai low bound high bound dan

diinputkkan masing-masing % &' dan %. (ika nilai low bound high bound dan  ste!  ste! si#esi#e diubah maka akan memp

diubah maka akan mempengaruhi batas awal gra#ik engaruhi batas awal gra#ik dan akhir gra#ik dan akhir gra#ik serta "arak antar titik serta "arak antar titik   pada gra#ik.

 pada gra#ik. Kata kunci

Kata kunci :: _{Recycle, mixer Recycle, mixer, s!litter, s!litter, low "ound, high "ound , low "ound, high "ound} 

1

1.. PPeennddaauu!!uuaann 1

1..11 LLaattaa" " BBee!!aakkaann##

)erkembangan industi kimia di *ndonesia yang berbasiskan pada peman#aatan )erkembangan industi kimia di *ndonesia yang berbasiskan pada peman#aatan sumber daya alam minyak dan gas bumi semakin pesat. Hal ini menyebabkan kebutuhan sumber daya alam minyak dan gas bumi semakin pesat. Hal ini menyebabkan kebutuhan terhadap perhitungan neraca massa dan energi instrumentasi dan pendukungnya yang terhadap perhitungan neraca massa dan energi instrumentasi dan pendukungnya yang dilakukan oleh proses engineer akan semakin penting. )erhitungan ini diperlukan tidak  dilakukan oleh proses engineer akan semakin penting. )erhitungan ini diperlukan tidak  han

hanya ya saasaat t perperancancangangan an awaawal l pabpabrik rik tettetapi api "ug"uga a padpada a saasaat t pabpabrik rik teltelah ah berberopoperaerasi.si. )erhitungan neraca massa dan energi instrumentasi dan pendukungnya harus memiliki )erhitungan neraca massa dan energi instrumentasi dan pendukungnya harus memiliki h

haarruus s mmeemmiilliikki i ttiinnggkkaat t aakkuurraassi i ddaan n !!aalliiddiittaas s yyaanng g ttiinnggggi i ddaan n ddaappaatt diper

dipertanggtanggung"aung"awabkawabkan. n. )esatny)esatnya a perkperkembangembangan an teknoteknologi logi sangasangat t membamembantu ntu dalamdalam men

menyelyelesaesaikaikan n proprobleblema ma diadiatas tas terterbukbukti ti dendengan gan berberkemkembanbangnygnyaa  software%softwar software%softwaree  perancangan sebagai bantu perh

 perancangan sebagai bantu perhitungan bagi insinyur kimia.itungan bagi insinyur kimia.

HYSYS adalah program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam HYSYS adalah program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam su

suatatu u papabrbrikik. . $e$engngan an memengnggugunanakakan n prprogograram m inini i akakan an memembmbanantu tu peperhrhititunungagann -pe

-perhirhituntungan gan untuntuk uk menmendesdesain ain suasuatu tu prproses oses yanyang g rumrumit it +ka+karenrena a melmelibaibatkatkan n banbanyak yak  rumu

rumus, s, dan membutuhdan membutuhkan waktu lama kan waktu lama "ika diker"ak"ika diker"akan dengan perhitugan dengan perhitugan manualan manual &"y&"y hand'

hand' dapat dengan cepat dilakukandapat dengan cepat dilakukan. . SimulSimulasi asi proseproses s artinartinya ya membumembuat suatu at suatu proseprosess  produksi

 produksi suatu suatu bahan bahan ke ke alur alur sebuah sebuah proses proses ++ !rocess  !rocess flow flow diagramdiagram, dan menghitung, dan menghitung neraca massa serta neraca energi pada masing-masing peralatan yang digunakan. HYSYS neraca massa serta neraca energi pada masing-masing peralatan yang digunakan. HYSYS memili

memiliki ki kelebkelebihan ihan daripdaripada ada progprogram-pram-prograrogram m simulasimulasi si proseproses s lainnylainnya. a. )rogr)rogram am iniini  bersi#at

 bersi#at interakti# interakti# karena karena langsung langsung memberitahukan memberitahukan input input apa apa yang yang kurang kurang pada pada saatsaat  penggunaannya mendesain

 penggunaannya mendesain suatu suatu proses proses dan dan "uga "uga langsung langsung memberitahukan apabila memberitahukan apabila adaada kesalahan yang ter"adi.

kesalahan yang ter"adi.

% %

leh karena itu dengan keunggulan yang dimiliki oleh HYSYS kami mencoba untuk menyelesaikan kasus pada proses kimia yaitu pembuatan Ethyl Chlorida yang melibatkan proses recycle dengan menggunakan simulasi HYSYS.

1.$ Tin%auan Pu&taka (. )til *lorida

Etil klorida +ethyl chloride, "uga dikenal sebagai chloroethane dan monochloroethane adalah senyawa kimia yang digunakan sebagai re#rigeran agen  penghasil busa aditi# anti-ketukan untuk bensin bertimbal dan obat bius.

Etil klorida diklasi#ikasikan sebagai hidrokarbon terhalogenasi yang berarti mengandung karbon dan atom hidrogen dengan satu atau lebih atom hidrogen digantikan oleh agen halogen dalam hal ini klorida.

Etil klorida diproduksi baik sebagai gas tidak berwarna atau cairan dalam serangkaian reaksi menggunakan aluminium klorida sebagai katalis. Senyawa ini "uga merupakan produk sampingan dari pebuatan  !olyinyl chloride.

)enggunaan etil klorida saat ini amat terbatas akibat masalah lingkungan yang ditimbulkannya. Etil klorida terutama digunakan dalam produksi kosmetik dan cat di mana senyawa ini digunakan untuk meningkatkan si#at mengikat selulosa. Etil klorida  "uga masih digunakan sebagai pendingin kulit dan anestesi serta diman#aatkan sebagai  penghilang rasa sakit dan nyeri otot.

+. Mixer  

 Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua "enis mixer  yang  berdasarkan "umlah !ro!eler -nya +turbin, yaitu mixer  dengan satu  !ro!eller   dan mixer 

dengan dua !roeiller . Mixer  dengan satu !ro!eller  adalah mixer  yang biasanya digunakan untuk cairan dengan !iskositas rendah. Sedangkan mixer  dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan !iskositas tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak  mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur +emulsi, selain itu ketinggi emulsi ber!ariasi dari waktu ke waktu.

encampur adalah suatu proses operasi yang menggabungkan dua macam atau lebih komponen bahan yang berbeda hingga tercapai suatu keseragaman. Teori tentang  pencampuran bahan yang sistematik dan kuantitati# masih sulit dan kompleks tetapi

secara empiris telah berkembang dan umumnya sederhana

)erangkat mesin diawali dengan alat pencampur atau mi/er yang digunakan untuk mencampur bahan. )roses pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk  uni#orm dari beberapa konstituen baik likuid-solid +pasta, atau solid-solid dan kadang-kadang li0uid-gas.

)rinsip pencampuran didasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi dua atau lebih komponen yang mempunyai si#at yang berbeda. $era"at pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan keadaan produk atau bahkan "umlah tenaga yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran.

)rinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika #luida dan  perpindahan bahan karena pencampuran bahan akan ada bila ter"adi gerakan atau  perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horisontal ataupun !ertikal. Ada dua  "enis pencampuran yaitu +%, pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan "adi yang siap pakai dan +&, pencampuran merupakan proses

 pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan pendinginan atau reaksi kimia.

. Reaktor *onersi

$alam teknik kimia  reaktor kimia adalah suatu  be"ana tempat berlangsungnya reaksi kimia. 1ancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak !ariable yang dapat dipela"ari di teknik kimia. 1eaktor kon!ersi bisa dide#inisikan sebagai reaktor semi batch dan reaktor continuous. )erancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan e#isiensi kiner"a reaktor sehingga didapatkan hasil  produk  dibandingkan masukan +input, yang  besar dengan biaya yang minimum baik itu biaya modal maupun operasi. Tentu sa"a #aktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. 2iaya operasi biasanya termasuk   besarnya energi yang akan diberikan atau diambil harga bahan baku upah operator dll. )erubahan energi dalam suatu reaktor kimia bias karena adanya suatu  pemanasan  atau  pendinginan penambahan atau pengurangan tekanan gaya gesekan + pengaduk  dan

cairan, dll. -. S!litter  

erupakan alat untuk memisahkan salah satu komponen yang dipisahkan tidak   berbeda dari komposisi "adi intinya cuma dipecah sa"a alirannya.

$. De&k"i'&i Pen(e!e&aian 1. Start HYSYS

$. Klik menu )i!e pilih Ne* kemudian Ca&e.

+. Simulation asis Manager akan terbuka. Klik Add. )ilih komponen +ethylene hydrogen3chloride ethyl3chloride and nitrogen,. Kemudian keluar window dengan klik /.

,. Klik tab )!uid Pk#& pilih Pen# R-in&-n sebagai 2ase )roperty )ackage.

/. Selan"utnya klik tab Reacti-n& kemuadian Add R0n dan pilih con!ersion lalu klik add reaction

. )ada tab St-ici-2et"( add component +Ethylene HCl dan ClC&, dan stoich coe##  di isi -% pada ethylene dan HCl dan % pada ClC&.

3. )ada tab Ba&i& con!ersi C' di isi 6'

4. Klik Ente" Si2u!ati-n En5i"-n2ent dibagian bawah Simulation asis Manager . 6. Klik material stream dalam /"0ect 1alette, dan isi temperature &7'_{C tekanan % atm}

dan molar #low %'' kg mol8h

17. )ada bagian composition isikan Ethylene '59 HCl '7' dan :& ''&

11. Selan"utnya pilih mi/er pada bagian inlet isikan #eed dan 1; sedangkan bagian outlet isikan S&

1$. )ilih reactor  con!ersi pada abgian inlets isikan S& !apor outlet S4 dan =i0uid inlet isikan =i0uid

1+. )ada tab reaction pilih >lobal 1/n set pada reaction set

1,. Selan"utnya plih splitter dan pada bagian inlets isikan S4 o!erhead outlet S5 dan 2ottom utlet ).

1/. )ada bagian splits S5 isikan ' untuk ClC& dan % untuk komponen lainnya dan  pada ) isikan % untuk ClC& dan ' untuk komponen lainnya.

1. Selan"utnya pilih TEE dan isikan S5 untuk inlets dan untuk outlet isikan @ dan 1 

13. Kemudian pilih 1ecycle dan isikan 1 pada inlets dan 1; untuk ulet

14. 2uka 2ork"ook . Cek satuan apakah dalam S*. (ika tidak ubah dengan klik  Tools8)re#erences8ariables.

16. asukan nilai-nilai dalam 2ork"ook untuk semua kondisi operasi

(i). Bmpan temperature +&7DC, pressure +% atm, dan molar #low +%'' kmol8hr,. $ouble klik %'' +molar #low rate, dan isi komposisi kemudian tutup window.

(ii). Aliran recycle& dengan #low rate nol kondisi operasi dan komposisi sama dengan #eed sehingga HYSYS sudah melakukan proses perhitungan.

(iii). *si temperature &7 DC % atm untuk aliran split atas and split bawah. +i!,. 2eri nilai molar #low rate aliran @ men"adi %' kmol8hr.

$7. Sekarang kita bisa membuka @orksheet untuk melihat hasil perhitungan seperti  berikut.

$1. 3ase Study di 4ata"ook bisa digunakan untuk mengin!estigasi pengaruh #low rate purge terhadap #low rate recycle komposisi umpan reactor dan se"umlah reaktan yang tidak bereaksi di aliran @.

$$. 2uka tampilan Data--k dan pastikan bahwa !ariabel-!ariabel di atas sudah terdapat dalam bagian A5ai!a!e Data Ent"ie& di menu 8a"ia!e&. (ika belum masukkan !ariabel tersebut dengan mengklik tombol In&e"t.

$+. 2uka menu Ca&e Studie&. Klik tombol Add pada bagian A5ai!a!e Ca&e Studie&. 2eri nama )ffect of 2 on R and S+ flow rates pada bagian Cu""ent Ca&e Stud(.

$,. Selan"utnya klik 5ie* dan isikan nilai low "ound, high "ound, dan ste! si#e masing-masing % &' dan % kemudian klik &ta"t

$/. Klik tombol Re&u!t untuk menampilkan hasil.

$. =angkah berikutnya 2uka menu Ca&e Studie&. Klik tombol Add  pada bagian A5ai!a!e Ca&e Studie&. 2eri nama )ffect on accumulation of 5itrogen 6as  pada  bagian Cu""ent Ca&e Stud(.

$3. Selan"utnya klik 5ie* dan isikan nilai low "ound, high "ound, dan ste! si#e masing-masing % %7 dan % kemudian klik &ta"t

$4. Klik tombol Re&u!t untuk menampilkan hasil.

+. Ana!i&a Ha&i! dan Pe2aa&an +.1 Ha&i! P"-duk  

1umus olekul  C&H7Cl

C&H7Cl  666?

HCl  ''%

H& ''&

2erat olekul  <57& kg8kgmol Titik didih  %&4o_C

Titik beku  -%4<&7o_C

Tekanan kritis  7&<6 2ar   )anas penguapan  &5?7 +k"8mol, $ensitasF&7o_{C  '96 g8ml}

Gase gas

+Kirk  thmer !ol < %664, +.$ Tin%auan P"-&e& 9Pe2aa&an:

Ethyl chloride will be produced by the gas-phase reaction o# HC= with ethylene o!er a copper chloride catalyst suppprted on silica as

C&H5 I HC= C&H7Cl

The #eed stream is copmpossed o# 7' mol  HC= 59 mol  C&H5and & mol 

 :&at %'' kmol8hr &7'C and % atm. Since the reaction achie!es only 6' mol 

con!ersion the ethyl chloride product is separated #rom the uncreated reagents and the latter is recycled. The separation is achie!able. The process is operated at atmospheric pressure and pressure drops are ignored. To pre!ent the accumulation o# innerts in the system %' kmol8hr is with drawn in a purge stream @. S-* te e;;ect -; te ;!-*"ate -; te 'u"#e &t"ea2 < -n te "ec(c!e R and -n te c-2'-&iti-n -; te "eact-" ;eed.

)ertama #eed masuk ke mi/er dengan kondisi operasi

T J&7o_C

) J%atm

olar Glow J %'' kgmol8hr  

$engan komposisi ethylene 59 mol  HCl 7' mol  :&& mol 

Selan"utnya produk dari mi/er +S&, akan diumpankan menu"u reaktor. 1eaktor  yang digunakan ialah reaktor kon!ersi. 1eaktor kon!ersi bisa dide#inisikan sebagai reaktor semi batch dan reaktor continuous. $alam hal ini reaksi yang  berlangsung ialah reaksi eksoterm karena entalpi  ' atau benilai negati#. $ireaktor kon!ersi diberi energi 1-duty guna sebagai energi masuk untuk rekator  tersebut. Hasil keluaran reaktor kon!ersi berupa S4 dibagian atas dan li0uid pada  bagian bottom. Selan"utnya aliran keluar +S4, dari rekator kon!ersi masuk 

kedalam splitter. Splitter ber#ungsi sebagai pemecah aliran splitter "uga diberi enrgi masukan berupa S-duty. Hasil keluaran splitter berupa S5 dan )roduk   bawah. Kemudian aliran keluar S5 dari splitter masuk menu"u tee yang ber#ungsi

sebagai pemecah aliran yang produknya berupa @ dan 1 dalam hal ini 1 berupa recycle yang selan"utnya masuk menu"u recycle yang kemudian hasilnya dikembalikan ke mi/er untuk selan"utnya diproses kemnbali.

,. Da;ta" Pu&taka

A*Che (ournal !ol 59 no.&. Cambridge  Aspen Technology *nc

2rownell =.E. and Young E.H. %676 )rocess E0uipment $esign %stedition

(ohn @iley and Sons.*nc. :ew York.

Chen Chau-Chyun and )aul . athias. &''&. Applied Thermodynamics #or )rocess odeling.