LAPORAN AKHIR
PRAKTIKUM KOMPUTASI PROSES INDUSTRI KIMIA II
MODUL I
UNIT PENCAMPURAN
Nama : Annisa Rahmawita Npm : 2410017411038 Assisten : Syovinda Robinson
Instruktur : Ulung Muhammad Sutopo, ST, M.Eng, Ph.D
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS BUNG HATTA PADANG
2025
ii DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1 Latar Belakang ... 1
I.2 Tujuan ... 2
I.3 Kompetensi ... 2
I.4 Mata Kuliah Terkait ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 Unisim Design Hysys ... 3
2.2 SuperPro Design ... 4
2.3 Pencampuran ... 5
2.3.1 Tujuan Pencampuran ... 8
2.3.2 Macam-macam alat pencampur ... 8
2.3.3 Jenis-jenis Pencampuran ... 10
2.3.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Pencampuran ... 10
BAB III DESKRIPSI PROSES ... 11
3.1. Simulasi UniSim Design ... 11
3.2. Simulasi SuperPro Design ... 17
BAB IV PEMBAHASAN ... 24
4.1 Perbandingan Hasil Simulasi Unisim dan Teoritis ... 24
4.2 Perbandingan Hasil Simulasi SuperPro Design dan Teoritis ... 26
4.3 Perbandingan Hasil Simulasi Unisim Design Hysys dan SuperPro Design pada Unit Pencampuran ... 28
BAB V PENUTUP ... 30
5.1. Kesimpulan ... 30
5.2. Saran ... 30
LAMPIRAN A PERHITUNGAN TEORITIS ... 31
LAMPIRAN B HASIL SIMULASI ... 34
LAMPIRAN C REPORT ... 36
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Ikon Aplikasi Unisim Hysys ... 11
Gambar 3.2 Tampilan Awal Unisim Hysys ... 11
Gambar 3.3 Kotak Dialog Simulation Basis Manager ... 12
Gambar 3.4 Daftar Komponen pada Kotak Dialog ... 12
Gambar 3.5 Kotak Dialog Fluid Package ... 13
Gambar 3.6 Tampilan Awal Lembar Kerja Simulasi ... 13
Gambar 3.7 Penginputan Data Stream ... 14
Gambar 3.8 Ikon Alat Mixer pada Worksheet ... 14
Gambar 3.9 Kotak Dialog Unit Mixer ... 15
Gambar 3.10 Menampilkan Data Aliran Proses ... 15
Gambar 3.11 Kotak Dialog Select Data ... 16
Gambar 3.12 Hasil Report ... 16
Gambar 3.13 Ikon Aplikasi SuperPro Design ... 17
Gambar 3.14 Tampilan Awal SuperPro Design ... 17
Gambar 3.15 Kotak Dialog Process Operating ... 18
Gambar 3.16 Lembar Kerja SuperPro Design ... 18
Gambar 3.17 Kotak Dialog Pure Component ... 19
Gambar 3.18 Kotak Dialog Daftar Komponen ... 19
Gambar 3.19 Kotak Dialog Pemilihan Unit Process ... 20
Gambar 3.20 Ikon Unit Mixer ... 20
Gambar 3.21 Aliran Masuk dan Keluar Alat Mixing ... 21
Gambar 3.22 Penginputan Komposisi Aliran ... 21
Gambar 3.23 Menampilkan Alat Sudah Bisa Dijalankan ... 22
Gambar 3.24 Kotak Dialog Edit Content ... 22
Gambar 3.25 Tabel Data Neraca Massa Alat Mixing ... 23
Gambar 3.26 Hasil Report ... 24
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Hasil Simulasi Unisim Hysys dengan Teoritis Soal 1 ... 24
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Hasil Simulasi Unisim Hysys dengan Teoritis Soal 2 ... 25
iv
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Hasil SuperPro Design dengan Teoritis
Soal 1 ... 26
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Hasil SuperPro Design dengan Teoritis Soal 2 ... 27
Gambar 4.5 Hasil Simulasi Unisim Design Soal Mixer 1 ... 28
Gambar 4.6 Hasil Simulasi SuperPro Design Soal Mixer 1 ... 28
Gambar 4.7Hasil Simulasi Unisim Design Soal Mixer 2 ... 29
Gambar 4.8 Hasil Simulasi SuperPro Design Soal Mixer 2 ... 29
1 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang
Di dalam industri, berbagai macam bahan digunakan baik sebagai bahan bakumaupun produk yang dihasilkan, baik itu berupa gas, cairan maupun padatan.
Bahan-bahan tersebut perlu diangkut menggunakan sebuah mekanisme karena terkadang bahan tersebut merupakan bahan yang berat maupun berbahaya bagi manusia maupun untuk mempermudah pekerjaan dalam industri. Untuk itu diperlukan alat transportasi untuk mengangkut bahan-bahan tersebut mengingat keterbatasan kemampuan tenagamanusia baik itu berupa kapasitas bahan yang akan diangkut maupun keselamatan kerja dari karyawan.
Untuk memilih alat-alat yang akan dipergunakan untuk pengaliran atau pengangkutan bahan atau fluida perlu diperhatikan sifat-sifat fisis dan kondisi seperti tekanan kerja, temperatur, jenis fluida dan lain-lain. Apabila hal-hal tersebut tidak diperhatikan maka akan menimbulkan berbagai jenis masalah yang dapat menghambat efektivitas alat transportasi yang digunakan. Masalah yang timbul seperti timbulnya gaya geser, penurunan tekanan, hilangnya energi yang sifatnya menghambat proses dan menimbulkan kerugian terhadap biaya operasi industri.
Oleh karena itu, perancangan/desain alat perlu dilakukan terlebih dahulu sesuai dengan bahan/fluida yang akan dialirkan pada alat transportasi tersebut.
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan perancangan suatu unit proses atau multi unit proses dapat dirancang menggunakan program/software.
Program tersebut dapat digunakan untuk memudahkan kita dalam merancang/mendesain alat tanpa perlu melakukan perhitungan-perhitungan matematika yang cukup rumit dan memakan waktu yang lama. Contoh program yang sering digunakan dalam merancang alat dalam industri kimia sendiri adalah SuperPro Designer dan Unisim Design Hysys. Kedua software tersebut menggunakan pemodelan matematika yang diturunkan berdasarkan pada hukum kesetimbangan massa dan energi serta teori kontrol volume yang digunakan sebagai dasar simulasi sehingga mampu melakukan perancangan proses mendekati keadaan nyata. Begitu pula pada perancangan proses transportasi bahan padat, cair maupun
2
gasakan dapat dirancang oleh Unisim Design Hysys maupun SuperPro Designer.
Dengan melakukan simulasi terlebih dahulu maka masalah-masalah yang mungkin terjadi akan dapat terminimalisir, sehingga tidak akan terjadi bahaya terhadap keselamatan kerja maupun kerugian pada biaya operasi atau produksi. Maka industri akan berjalan ekonomis dengan efektivitas proses yang tinggi.
I.2 Tujuan
Adapun tujuan dari praktikum ini yaitu:
1. Dapat mengetahui hal-hal yang ada dalam aplikasi unisim dan superpro design.
2. Mampu mensimulasikan unit pencampuran pada unisim dan superpro design.
3. Mampu menyelesaikan sebuah study kasus dengan perbandingan teoritis dan simulasi unisim dan superpro design.
I.3 Kompetensi
Adapun kompentesi dalam praktikum ini adalah mahasiswa mampu memahami konsep dasar dalam penggunaan aplikasi secara umum unisim dan superpro design dalam sebuah study kasus dengan perbandingan teoritis dan simulasi.
I.4 Mata Kuliah Terkait
Adapun mata kuliah terkait pada praktikum ini yaitu:
1. Azas Teknik Kimia I 2. Mekanika Fluida 3. Termodinamika 4. Proses Industri Kimia
3 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Unisim Design Hysys
Unisim Design Hysys adalah suatu program yang dirancang untuk mensimulasikan unit proses atau multiunit proses pada suatu industri kimia. Dengan menggunakan program ini, perhitungan-perhitungan rumit serta membutuhkan waktu yang lama dalam pengerjaan manual yang dihitung untuk mendesain suatu unit/multiunit proses dapat dengan cepat dilakukan. Karena pada dasarnya perhitungan yang deprogram pada perangkat lunak ini dilengkapi oleh metode- metode matematik yang yang diturunkan berdasarkan pada hukum kesetimbangan massa dan energi serta teori kontrol volume yang digunakan sebagai dasar simulasi sehingga mampu melakukan perancangan proses mendekati keadaan nyata.
Unisim Design Hysys merupakan software process engineering untuk mensimulasikan suatu unit proses atau multi unit proses yang terintegrasi, intuitif, interatif, open dan extensible. Simulator ini bermanfaat untuk aplikasi di industry kimia seperti :
1. Perancangan suatu industri kimia
2. Memonitor kemampuan dari industri kimia yang telah exits 3. Melacak permasalahan proses yang terjadi di industri kimia
4. Memungkinkan peningkatan kapasitas produksi dari plant. Area penggunaan unisim design hysys adalah sebagai berikut :
1. Conceptual analysis 2. Project desain 3. Process design
4. Operability and safety 5. Automation
6. Asset utilization
Karena penggunaan aplikasi ini didasarkan pada pemodelan perhitungan matematika dan termodinamika (Fluid Package) maka dalam simulasinya harus dilakukan pemilihan fluid package yang cocok dengan komponen serta proses yang akan disimulasikan karena akan berhubungan dengan perubahan keadaan material
4
nantinya. Secara umum beberapa model fluid package yang dapat digunakan pada aplikasi Unisim Design Hysys adalah sebagai berikut:
1. Peng-Robinson ; dikembangkan untuk vapor liquid equiblirium calculations dan liquid density dari hidrokarbon. Model ini tidak untuk sistem yang sangat polar, sisitem yang tidak ideal seperti alkohol dan asam.
2. Soave Redlich Kwong (SRK) ; cukup mirip dengan Peng-Robinson namun pengplikaian terhadap alat yang digunakan untuk pemodelan ini lebih terbatas.
3. Sour Peng Robinson ; yaitu Peng-Robinson yang ditambahn dengan model Wilson API sour untuk acid sistem.
4. Kabadi-Danner ; merupakan alat modifikasi SRK untuk vapor-liquid-liquid equilibrium untuk sistem Air-Hidrokarbon.
5. Wilson ; untuk memproduksi sifat multi komponen dari data binary equiblirium. Model bukan untuk two liquid phases.
6. Margules ; menggunakan metode gibs excess energy. Cocok untuk quickbestimation dan interpolasi data tetapi tidak akuran.
7. Antoine ; untuk sistem dengan tekanan rendah sampai tekanan ideal.
2.2 SuperPro Design
SuperPro Designer merupakan salah satu aplikasi proses simulator yang dikeluarkan oleh Intelligen, Inc. yang memfasilitasi pemodelan, evaluasi, dan optimalisasi proses yang terintegrasi (Canizales et al., 2020). Ini dikembangkan secara khusus untuk simulasi unit operasi bioproses. Dengan demikian, ia dapat menangani sistem pemrosesan batch dan kontiniu. SuperPro Designer juga dapat digunakan di semua tahap pengembangan proses, mulai dari konsep-konsep dasar proses hingga pengoperasian dan pengoptimalan proses. Selain pemodelan proses, perangkat lunak ini memiliki banyak opsi tambahan yang dapat digunakan dalam perhitungan neraca massa dan energi disertai dengan database yang cukup besar, komponen senyawa dan campuran kimia serta unit operasi dan sumber daya, ukuran, dan biaya peralatan, perhitungan keekonomian proses secara keseluruhan, dan karakterisasi aliran limbah (Araque et al., 2020) (Nieto et al., 2020). Berkat pendekatannya yang sederhana dan mudah digunakan, SuperPro Designer adalah simulator proses yang sederhana untuk proses besar. Pendekatan
5
yang ramah pengguna ini memfasilitasi penggunaan oleh non-ahli (dalam hal ini para siswa dan mahasiswa), terutama selama fase pengembangan proses untuk memahami keberjalanan proses mulai dari perhitungan neraca massa dan energi, ukuran unit operasi, hingga perhitungan ekonomi proses tersebut.
Software superpro design adalah yang dirancang untuk mensimulasikan unit atau multiunit suatu proses yang terintegrasi dalam suatu pabrik penggunaan program supepro ini akan membantu secara cepat untuk menyelesaikan perhitungan dalam mendesign suatu proses yang rumis (karena melibatkan banyak persamaan matematik) dan memerlukan waktu yang lama bila dikerjakan manual. Adapun bagian dari desain awal dan evaluasi alternative proses adalah sebagai berikut :
1. Bahan dan energy proses terpadu 2. Peralatan seting
3. Penjadwalan dalam siklus analisa waktu proses batch 4. Analisa biaya dan evaluasi ekonomi
5. Analisa throughput dan debottlenkciking
Superpro melakukan kesetimbangan material dan energy, menghitung sifat alairan yang signifikan bagi lingkungan, Memperkirakan ukuran dan biaya peralatan dan melakukan evaluasi ekonomi dari proses terintegrasi. Menggunakan superpro, pelajar dan insyinyur dapat dengan mudah menganalisis pengaruh perubahan kondisi operasi terhadap dampak lingkungan dan keekonomian suatu proses.
2.3 Pencampuran
Pencampuran adalah proses yang menyebabkan tercampurnya suatu bahan ke bahan lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam fasa yang berbeda. Tujuan dari proses pencampuran yaitu mengurangi ketidaksamaan atau ketidakrataan dalam komposisi, temperatur atau sifat-sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan atau terjadinya homogenisasi, kebersamaan dalam setiap titik dalam pencampuran.
Dampak dari hasil pencampuran adalah terjadinya homogenitas, kebersamaan dalam setiap titik dalam pencampuran. Dampak dari hasil pencampuran adalah terjadinya keadaan serba sama, terjadinya reaksi kimia, terjadinya perpindahan
6
panas, dan perpindahan massa. Dan dampak tersebut merupakan tujuan akhir dari suatu proses pencampuran.
Mencampur 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 kuantitatif masih sulit dan kompleks tetapi secara empiris telah berkembang dan umumnya sederhana (Leniger, 1975 dalam Handoko, 1992).
Perangkat mesin diawali dengan alat pencampur atau mixer yang digunakan untuk mencampur bahan. Menurut Wirakartakusumah et al. (1992) dalam Kusdarini (1997), proses pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk uniform dari beberapa konstituen baik likuid-solid (pasta), atau solid- solid dan kadang-kadang likuid-gas.
Menurut Wirakartakusumah et al. (1992) dalam Kusdarini (1997), prinsip pencampuran didasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi dua atau lebih komponen yang mempunyai sifat yang berbeda. Derajat pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan, keadaan produk atau bahkan jumlah tenaga yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran.
Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horisontal ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai, dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia (Raymond dan Donald, 1962, dalam Handoko 1992).
Menurut Kusdarini (1997), tujuan pencampuran dengan menggunakan alat pencampur adonan (mixer) adalah untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan. Alat pencampur ini terdiri dari tempat untuk menampung bahan dan as stainless steel. As stainless steel yang bercabang tegak lurus berfungsi untuk mencampurkan bahan baku yang berputar akibat adanya puli penggerak. Batang-batang pengaduk tersebut akan
7
memecah dan mengaduk bahan dengan meningkatkan pengacakan dan distribusi bahan, sehingga terjadi pencampuran. Campuran tersebut akan membentuk adonan yang kompak dan uniform.
Secara fisik bahan-bahan yang ada di alam tersedia dalam berbagai bentuk fasa, maka secara teoritis banyak sekali variasi pencampuran bahan yang mungkin timbul. Karena adanya kesamaan dalam beberapa hal maka secara sederhana berbagai jenis pencampuran bahan itu dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu: pengadukan pada bahan cair termasuk suspensi bahan padat didalamnya, pencampuran bahan bersifat viskous dan pencampuran bahan partikel padat.
Menurut Raymond dan Donald (1962) dalam Handoko (1992), prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horisontal ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai, dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia. Pada proses pencampuran diharapkan tercapai suatu derajat keseragaman tertentu. Derajat keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan pencampuran yaitu keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih, keseragaman suhu, atau keseragaman fisik tepung. Pencampuran ini dapat terjadi antara bahan solid- solid, solid-likuid, solid-gas, likuid-likuid, likuid-gas, dan gas-gas (Handoko, 1992).
Beberapa contoh pencampuran antar suspensi ini misalnya pencampuran dua atau lebih dari bahan padat banyak dijumpai yang akan menghasilkan produk komersial industri kimia seperti pencampuran bahan pewarna dengan bahan pewarna lainnya atau dengan bahan penolong untuk menghasilkan nuansa warna tertentu atau warna yang cemerlang. Untuk pencampuran bahan cair dan gas misalnya pada proses kimia dan fisika tertentu gas harus dimasukkan ke dalam cairan, artinya cairan dicampur secara sempurna dengan bahan-bahan
8
berbentuk gas seperti proses hidrogenasi, khorinasi dan fosfogensi, oksidasi cairan oleh udara (fermentasi, memasukkan udara kedalam lumpur dalam instalasi penjernih biologis), meningkatkan kadar (melarutkan) gas dalam cairan (misalnya HCL dalam air, oksigen dalam cairan-cairan), dan membangkitkan basa (misalnya busa pemadam api). Menurut Clarke (1955) dalam Handoko (1992), alat pencampur ada dua macam yaitu (1) tipe alat pencampur dengan pengaduknya bergerak dan wadah diam, sedangkan (2) tipe alat pencampur dengan pengaduknya diam dan wadahnya bergerak. Raymond dan Donald (1962) dalam Handoko (1992) menambahkan bahwa ada satu tipe lagi yaitu gabungan antara kedua macam cara tersebut.
2.3.1 Tujuan Pencampuran
Tujuan dari proses pencampuran dapat meliputi:
a) Meningkatkan homogenitas campuran, sehingga kualitas produk konsisten.
b) Mempercepat reaksi kimia dengan meningkatkan kontak antar reaktan.
c) Memfasilitasi perpindahan massa dan panas, yang penting dalam reaktor kimia atau fermentor.
d) Meningkatkan efisiensi proses lanjutan, seperti filtrasi, ekstraksi, atau kristalisasi.
2.3.2 Macam-macam alat pencampur
Macam-macam alat pencampur antara lain:
a. Alat pencampur liquid
Untuk pencampuran liquid, propeller mixer adalah jenis yang paling umum dan memuaskan, alat ini terdiri dari tangki silinder yang dilengkapi dengan propeller atau blender beserta motor pemutar, bentuk propeller, impeller, blender dibesain sedemikian rupa untuk efektivitas pencampuran dan disesuaikan dengan viskositas fluida. Pada jenis alat pencampur ini, diusahakan untuk menghindari tipe aliran monoton yang berputar melingkari dinding yang sangat kecil konstribusinya terhadap pengaruh pencampuran.
b. Alat pencampur granula
Dalam pencampuran ini dapat digunakan ribbon blender dan double cone mix. Double cone blender adalah alat pencampur yang terdiri dari dua kerucut yang
9
berputar pada porosnya, jika kerucut berputar maka tepung granula berada di dalam granula yang berada di dalam volume kerucut akan teragritasi dan tercampur.
Pencampuran tipe ini memerlukan energi yang dikonsumsi diubah menjadi panas yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dari produk. Untuk menentukan jenis dari alat pencampur tergantung pada jenis bahan yang akan dicampurkan (cair, padat, gas), kecepatan alat yang diinginkan serta kekentalan dari suatu bahan tersebut. Alat pencampur ini dikelompokkan menurut kekentalan yaitu:
a) Alat pencampur untuk bahan cair yang memiliki viskositas rendah-sedang b) Alat pencampur untuk bahan cair yang memiliki viskositas tinggi-pasta c) Alat pencampur untuk tepung kering atau padatan.
c. Alat pencampur untuk tepung yang kering atau padatan
Dalam melakukan pencampuran dibutuhkan kecepatan dari suatu alat pencampur. Kecepatan komponen-komponen cairan yang dicampurkan disebabkan oleh pengadukan dan kecepatan pengadukan terdiri dari:
a) Kecepatan radial yang berfungsi sebagai arah ke pengaduk b) Kecepatan longitudinal, pararel dari pengaduk
c) Kecepatan rotasional tangensial ke pengaduk
Prinsip percobaan pencampuran adalah berdasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi dua atau lebih kompnen mempunyai sifat yang berbeda.
Derajat pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran. Derajat keragaman pencampuran diukur dari sampel yang diambil selama pencampuran jika komponen yang dicampur telah terdistribusi melalui komponen lain secara random, maka dikatakan pencampuran telah berlangsung dengan baik. Derajat pencampuran yang dicapai tergantung pada:
a) Efisiensi alat pencampur untuk komponen yang dicampur b) Kecerendungan komponen untuk membentuk agregat
c) Kadar air, sifat permukaan dan aliran dari masing-masing komponen.
Proses pencampuran dibagi menjadi dua, yaitu emulsifikasi dan homogenisasi. Emulsifikasi adalah proses pembentukan suatu campuran yang berasal dari dua fase yang berbeda.
10 2.3.3 Jenis-jenis Pencampuran
Berdasarkan fase bahan yang dicampur, pencampuran dibagi menjadi:
a. Pencampuran Cairan dengan Cairan (Liquid-Liquid Mixing)
Digunakan untuk menyatukan dua atau lebih cairan. Proses ini sering digunakan dalam produksi emulsi, pelarutan zat, dan homogenisasi larutan.
Efektivitas pencampuran dipengaruhi oleh viskositas, densitas, dan laju aliran.
b. Pencampuran Padatan (Solid-Solid Mixing)
Dilakukan pada bahan berbentuk serbuk atau granul. Contohnya dalam industri farmasi untuk mencampurkan bahan aktif dan eksipien, atau dalam industri pangan untuk mencampur bahan kering seperti tepung, gula, dan bumbu.
c. Pencampuran Gas dengan Cair (Gas-Liquid Mixing)
Proses ini bertujuan untuk melarutkan gas ke dalam cairan, seperti dalam proses aerasi, karbonasi minuman, atau fermentasi. Biasanya dilakukan dalam reaktor yang dilengkapi dengan pengaduk dan sparger gas.
d. Pencampuran Padat dengan Cair (Solid-Liquid Mixing)
Umumnya dilakukan dalam proses pelarutan padatan ke dalam cairan atau dalam pembuatan suspensi. Tantangan utama adalah mencegah pengendapan partikel padat
2.3.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Pencampuran
Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi pencampuran antara lain:
a) Kecepatan pengaduk: Meningkatkan kecepatan akan meningkatkan turbulensi dan pencampuran, tetapi juga bisa meningkatkan konsumsi energi.
b) Desain impeller dan baffle: Penggunaan baffle dapat mencegah vortex dan meningkatkan distribusi aliran.
c) Sifat fisik fluida: Viskositas, densitas, dan perbedaan massa jenis memengaruhi keseragaman pencampuran.
d) Waktu pencampuran: Waktu optimal diperlukan untuk mencapai homogenitas tanpa menyebabkan degradasi bahan.
11 BAB III
DESKRIPSI PROSES 3.1. Simulasi UniSim Design
3.1.1 Memulai Proses Simulasi Unisim Hysys
Langkah pertama yang dapat dilakukan untuk memulai simulasi menggunakan Unisim Hysys yaitu dengan membuka aplikasi Unisim Hysys yang terdapat pada layer desktop, seperti pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Ikon Aplikasi Unisim Hysys
Setelah itu tunggu sampai jendela utama hysys terbuka sehingga tampilan awalnya akan muncul seperti pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Tampilan Awal Unisim Hysys
Untuk dapat memulai simulasi, buat lembar kerja baru dengan cara klik “new case” dengan ikon kertas yang berada di pokok kiri atas menu.
Lalu akan muncul kotak dialog “simulation basis manager” seperti pada Gambar 3.3.
12
Gambar 3.3 Kotak Dialog Simulation Basis Manager
Kotak dialog simulation basis manager adalah tempat untuk menginput data yang diperlukan seperti komponen dan metode yang akan digunakan.
3.1.2 Penginputan Komponen
Penginputan komponen dapat dilakukan dengan cara klik add pada kotak dialog yang berisi daftar-daftar komponen, lalu klik jenis komponen yang digunakan dalam simulasi unit pencampuran pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Daftar Komponen pada Kotak Dialog 3.1.3 Pemilihan Metode
Pemilihan metode dapat dilakukan dengan cara mengklik “Fluid Package” pada bagian bawah kotak dialog simulation basis manager, lalu klik “Add” maka akan muncul kotak dialog fluid package yang berisi
13
berbagai pilihan metode perhitungan yang ingin dilakukan. Dalam simulasi ini metoda yang digunakan adalah Peng-Robinson, seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Kotak Dialog Fluid Package
Setelah memilih metode perhitungan Peng-Robinson, maka lembar kerja simulasi siap digunakan, yang ditandai dengan berubahnya warna menjadi hijau dengan klik “enter simulation environtment” pada kotak dialog, maka akan muncul tampilan seperti pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Tampilan Awal Lembar Kerja Simulasi 3.1.4 Penginputan Data Stream
Penginputan data stream dapat dilakukan dengen mengklik ikon material stream (panah biru) pada pojok kanan atas agar muncul di lembar kerja. Setelah itu klik dua kali ikon material stream tersebut untuk menginput data stream seperti Gambar 3.7.
14
Gambar 3.7 Penginputan Data Stream
Pada worksheet ini terdapat beberapa variable yang perlu diinput seperti suhu, tekanan, dan mass flow. kemudian isikan data mol fraksi pada worksheet condition agar simulasi aktif dan berubah warna dari kuning ke hijau.
3.1.5 Memilih Unit Proses
Setelah dilakukan penginputan data stream, selanjutnya pilih unit proses dengan klik ikon mixer pada pojok kanan, lalu akan muncul data mixer di worksheet seperti Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Ikon Alat Mixer pada Worksheet
Setelah itu klik dua kali pada ikon alat mixer di worksheet, maka akan muncul kotak dialog unit mixer dan input data-data yang dibutuhkan pada menu connection seperti pada Gambar 3.9.
15
Gambar 3.9 Kotak Dialog Unit Mixer
3.1.6 Menampilkan Data Aliran Proses
Setelah terbentuknya aliran masuk dan keluar, maka untuk menampilkan data atau variable-variabel yang telah diinput pada proses simulasi unit pencampuran dapat dilakukan dengan klik aliran yang diinginkan, lalu pilih “show table”. Kemudian data aliran proses akan keluar seperti pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Menampilkan Data Aliran Proses
3.1.7 Membuat Report
Setelah simulasi unit pencampuran terselesaikan, maka dilakukan tahap akhir yaitu pembuatan laporan yang berisi semua data dan variabel
16
mengenai simulasi yang telah dilakukan. Pembuatan laporan hasil simulasi dapat dilakukan dengan cara mengklik “tools” pada menu bar, lalu klik
“report”. Selanjutnya akan muncul kotak dialog select data bloks, setelah itu pilih “select all”, lalu “add” seperti pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Kotak Dialog Select Data
Setelah itu akan muncul kotak dialog report bulder yang sudah berisi data simulasi yang telah dilakukan. Selanjutnya klik “preview” dan akan muncul hasil report seperti pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Hasil Report
17 3.2. Simulasi SuperPro Design
3.2.1. Memulai Aplikasi Super Pro Design
Langkah pertama untuk memulai simulasi menggunakan superpro design yaitu membuka aplikasi SuperPro Design yang ada pada layer desktop seperti pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Ikon Aplikasi SuperPro Design Setelah itu tunggu hingga jendela utama terbuka, sehingga tampilan awalnya akan muncul seperti pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Tampilan Awal SuperPro Design
18 3.2.2. Menentukan Mode Operasi
Untuk memulai simulasi harus membuat lembar kerja dengan cara klik “Star a new process file” pada menu, lalu klik OK. Maka akan muncul kotak dialog process operating seperti pada Gambar 3.15
Gambar 3.15 Kotak Dialog Process Operating
Pada kotak dialog process operating, dilakukan untuk memilih mode operasi proses yang akan digunakan. Pada simulasi unit pencampuran ini operasi proses yang digunakan adalah “batch”. Kemudian klik OK untuk membuka lembar kerja baru seperti pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Lembar Kerja SuperPro Design
19 3.2.3. Penginputan Komponen
Penginputan komponen dapat dilakukan dengan cara klik “Tools” pada lembar kerja, lalu pilih “pure component” dan klik “Reguler edit/view properties”
seperti pada gambar 3.17.
Gambar 3.17 Kotak Dialog Pure Component
Setelah itu muncul kotak dialog yang berisi daftar komponen murni kemudian pilih komponen yang akan digunakan dalam simulasi seperti pada Gambar 3.18.
Gambar 3.18 Kotak Dialog Daftar Komponen 3.2.4. Pemilihan Unit Proses
Pemilihan metode dilakukan dengan klik “unit procedur” pada bagian atas samping kiri menu Tasks. Selanjutnya klik “Mixing”, lalu klik “Bulk Flow” dan pilih “3 stream” seperti pada Gambar 3.19.
20
Gambar 3.19 Kotak Dialog Pemilihan Unit Process
Setelah unit yang digunakan dipilih, selanjutnya klik pada worksheet untuk menampilkannya seperti pada gambar 3.20.
Gambar 3.20 Ikon Unit Mixer 3.2.5. Menentukan Aliran Masuk dan Aliran Keluar Pada Mixing
Untuk menginput data stream pada mixer seperti aliran masuk dan keluar dengan klik connect mode pada main toolbar. Pada simulasi unit pencampuran terdapat 2 aliran masuk dan 1 aliran keluar seperti pada Gambar 3.21.
21
Gambar 3.21 Aliran Masuk dan Keluar Alat Mixing 3.2.6. Penginputan Komposisi Pada Aliran Proses
Pada penginputan komposisi pada aliran masuk, dapat dilakukan dengan cara klik dua kali pada S-101, maka akan muncul kotak dialog Stream S-101. Adapun data yang diinput yaitu mass comp (%), temperature (°C), pressure (atm), dan mass flow (kg/batch), lalu klik [ok]. Lakukan hal yang sama untuk penginputan komposisi pada aliran masuk S-102 seperti pada Gambar 3.22.
Gambar 3.22 Penginputan Komposisi Aliran 3.2.7. Hasil Laju Aliran
Setelah semua aliran masuk terisi, selanjutnya klik ikon “solve ME balance”
pada menu bar. Jika terdapat tulisan “Perform M&E balances ended successfully”
pada pojok kiri bawah, maka alat sudah bisa dijalankan seperti pada Gambar 3.23.
22
Gambar 3.23 Menampilkan Alat Sudah Bisa Dijalankan 3.2.8. Menampilkan Tabel Neraca Massa
Untuk menampilkan table neraca massa dapat dilakukan dengan caa klik ikon view lalu pilih “toogle the stream summary table” pada menu bar. Selanjutnya klik bagian bawah pada kotak summary, lalu klik kanan pada mouse, pilih “edit content”, maka akan muncul seperti pada Gambar 3.24.
Gambar 3.24 Kotak Dialog Edit Content
Kemudian klik “add all”, lalu klik OK. Maka akan muncul tabel neraca massa unit pencampuran di pojok kiri bawah seperti pada Gambar 3.25.
23
Gambar 3.25 Tabel Data Neraca Massa Alat Mixing 3.2.9. Menampilkan Report
Setelah simulasi unit pencampuran terselesaikan maka dilakukan tahap akir yaitu pembuatan laporan (report) yang berisi semua data dan variable mengenai simulasi yang telah dilakukan. Untuk mendapatkan hasil Report maka save terlebih dahulu hasil simulasi dengan klik File, Save As, lalu save pada folder yang diinginkan. Kemudian klik “Report” pada menu bar, lalu pilih “material & stream”, maka akan muncul kotak dialog report material dan stream seperti pada Gambar 3.26.
Gambar 3.26 Hasil Report
24 BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Perbandingan Hasil Simulasi Unisim dan Teoritis 4.1.1 Perbandingan Hasil Simulasi Soal 1
Unit pencampuran yang disimulasikan pada aplikasi Unisim ini adalah Mixer.
Alat ini digunakan untuk mencampurkan ethanol, benzene dan air dengan laju alir massa (F1) sebesar 3010 kg/jam, komposisi Ethanol 95% dan air 5%. Kemudian aliran masuk kedua dengan laju alir massa (F2) sebesar 490 kg/jam dengan komposisi benzene 100%. Kondisi operasi pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm untuk kedua laju alir. Berikut perbandingan hasil simulasi Unisim Hysys dengan teoritis untuk soal 1 dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Hasil Simulasi Unisim Hysys dengan Teoritis Soal 1.
Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa, simulasi menggunakan Unisim menunjukkan nilai yang sama dengan hasil perhitungan teoritis, dimana mass flow F1 yaitu 3010 kg/jam, mass flow F2 yaitu 490 kg/jam, dan mass flow F3 yaitu 3500 kg/jam. Kesesuaian ini mengindikasikan bahwa model simulasi yang digunakan telah divalidasi dengan baik, serta asumsi dan parameter yang dimasukkan ke dalam perangkat lunak sudah tepat dan sesuai dengan kondisi teoritis. Hal ini juga menunjukkan bahwa Unisim mampu merepresentasikan sistem proses dengan akurat, sehingga dapat diandalkan untuk keperluan analisis lebih lanjut. Selain itu, kesesuaian hasil ini mengonfirmasi bahwa perhitungan teoritis yang dilakukan secara manual sudah benar. Oleh karena itu, simulasi Unisim dapat
25
digunakan sebagai alat bantu yang efektif dalam mendukung proses pengambilan keputusan teknik maupun evaluasi performa sistem secara keseluruhan.
4.1.2 Perbandingan Hasil Simulasi Soal 2
Dengan langkah yang sama dengan Mixer soal 1 dimana alat ini digunakan untuk mencampurkan sulfur dioksida, nitrogen, dan oksigen dengan laju alir massa (F1) sebesar 547 kg/jam, komposisi Sulfur Dioksida 15%, Nitrogen 80% dan Oksigen 5%. Kemudian aliran masuk kedua dengan laju alir massa (F2) yang sama dengan F1 yaitu 547 kg/jam dengan Sulfur Dioksida 51%, Nitrogen 42% dan Oksigen 7%. Kondisi operasi pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm untuk kedua laju alir. Berikut perbandingan hasil simulasi Unisim Hysys dengan teoritis untuk soal 2 dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Hasil Simulasi Unisim Hysys dengan Teoritis Soal 2.
Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa, simulasi menggunakan Unisim menunjukkan nilai yang sama dengan hasil perhitungan teoritis, dimana mass flow F1 dan F2 sama yaitu 547 kg/jam dan mass flow F3 yaitu 1094 kg/jam.
Kesesuaian ini mengindikasikan bahwa model simulasi yang digunakan telah divalidasi dengan baik, serta asumsi dan parameter yang dimasukkan ke dalam perangkat lunak sudah tepat dan sesuai dengan kondisi teoritis. Hal ini juga menunjukkan bahwa Unisim mampu merepresentasikan sistem proses dengan akurat, sehingga dapat diandalkan untuk keperluan analisis lebih lanjut. Selain itu,
0 200 400 600 800 1000 1200
F1 F2 F3
Laju Lair (kg/jam)
Perbandingan Hasil Unisim dan Teoritis Soal 2
Unisim Teoritis
26
kesesuaian hasil ini mengonfirmasi bahwa perhitungan teoritis yang dilakukan secara manual sudah benar. Oleh karena itu, simulasi Unisim dapat digunakan sebagai alat bantu yang efektif dalam mendukung proses pengambilan keputusan teknik maupun evaluasi performa sistem secara keseluruhan.
4.2 Perbandingan Hasil Simulasi SuperPro Design dan Teoritis 4.2.1 Perbandingan Hasil Simulasi Soal 1
Adapun perbandingan hasil simulasi SuperPro Design dengan teoritis pada soal 1 dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Hasil SuperPro Design dengan Teoritis Soal 1
Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa, simulasi menggunakan SuperPro Design menunjukkan nilai yang sama dengan hasil perhitungan teoritis, dimana jumlah komposisi yang masuk sama dengan jumlah komposisi yang keluar.
Dari hasil simulasi dan perhitungan diperoleh mass flow F1 yaitu 3010 kg/jam, mass flow F2 490 kg/jam, dan mass flow F3 yaitu 3500 kg/jam.
Hasil simulasi menggunakan SuperPro Designer menunjukkan kesesuaian dengan perhitungan teoritis, yang mengindikasikan bahwa model proses, asumsi, dan parameter input telah diterapkan dengan benar. Kesesuaian ini menunjukkan bahwa SuperPro Designer mampu merepresentasikan proses dengan akurat dan dapat diandalkan untuk analisis lanjutan, seperti evaluasi kinerja proses, estimasi biaya, dan perencanaan produksi.
27 4.2.2 Perbandingan Hasil Simulasi Soal 2
Adapun perbandingan hasil simulasi SuperPro Design dengan teoritis pada soal 1 dapat dilihat pada Gambar 4.4
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Hasil SuperPro Design dengan Teoritis Soal 2
Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa, simulasi menggunakan SuperPro Design menunjukkan nilai yang sama dengan hasil perhitungan teoritis, dimana jumlah komposisi yang masuk sama dengan jumlah komposisi yang keluar.
Dari hasil simulasi dan perhitungan diperoleh mass flow F1 dan F2 yang sama yaitu 547 kg/jam, dan mass flow F3 yaitu 1094 kg/jam.
Hasil simulasi menggunakan SuperPro Designer menunjukkan kesesuaian dengan perhitungan teoritis, yang mengindikasikan bahwa model proses, asumsi, dan parameter input telah diterapkan dengan benar. Kesesuaian ini menunjukkan bahwa SuperPro Designer mampu merepresentasikan proses dengan akurat dan dapat diandalkan untuk analisis lanjutan, seperti evaluasi kinerja proses, estimasi biaya, dan perencanaan produksi.
0 200 400 600 800 1000 1200
F1 F2 F3
Laju Lair (kg/jam)
Perbandingan Hasil SuperPro dan Teoritis Soal 2
SuperPro Teoritis
28
4.3 Perbandingan Hasil Simulasi Unisim Design Hysys dan SuperPro Design pada Unit Pencampuran
Adapun perbandingan hasil Unisim Design dengan SuperPro Design dapat dilihat pada Gambar 4.5 dan 4.6 untuk soal 1 serta Gambar 4.7 dan 4.8 untuk soal 2
Gambar 4.5. Hasil Simulasi Unisim Design Soal Mixer 1
Gambar 4.6. Hasil Simulasi SuperPro Design Soal Mixer 1
29
Gambar 4.7. Hasil Simulasi Unisim Design Soal Mixer 2
Gambar 4.8. Hasil Simulasi SuperPro Design Soal Mixer 2
Berdasarkan hasil simulasi unit pencampuran dengan Unisim Design dan SuperPro Design yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa simulasi menggunakan kedua aplikasi tersebut sama-sama efektif karena menghasilkan hasil simulasi yang akurat dan sama dengan teoritis. Hal tersebut dapat dilihat dari komposisi massa masuk sama dengan massa yang keluar.
30 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan
Adapun kesimpulan pada praktikum ini sebagai berikut:
1. Pada soal pertama, perbandingan hasil laju alir massa pada perhitungan teoritis, unisim hysys, dan superpro design diperoleh hasil yang sama dengan F1, F2 dan F3 secara berututan sebesar 3010 kg/jam, 490 kg/jam, dan 3500 kg/jam. Hal ini menujukkan bahwa simulasi menggunakan kedua aplikasi tersebut sama-sama efektif karena menghasilkan hasil simulasi yang akurat dan sama dengan teoritis.
2. Pada soal kedua, perbandingan hasil laju alir massa pada perhitungan teoritis, unisim hysys, dan superpro design diperoleh hasil yang sama dengan F1, F2 dan F3 secara berututan sebesar 547 kg/jam, 547 kg/jam, dan 1094 kg/jam.
Hal ini menujukkan bahwa simulasi menggunakan kedua aplikasi tersebut sama-sama efektif karena menghasilkan hasil simulasi yang akurat dan sama dengan teoritis.
5.2. Saran
Adapun saran pada praktikum ini yaitu praktikkan harus teliti menginput data ke aplikasinya agar menghasilkan perhitungan yang sama antara aplikasi dan teoritisnya.
31 LAMPIRAN A
PERHITUNGAN TEORITIS
LA-1 Perhitungan Neraca Massa Soal 1
Neraca Massa Total
F1 + F2 = F3 ………(1)
F1 = F3 – F2 = 3500 – F2 …(2) Neraca Massa Komponen
- Benzene
%BenzeneF1 x F1 + %BenzeneF2 x F2 = %BenzeneF3 x F3
0 x F1 + 100% x F2 = 14% x 3500
F2 = 490 kg/jam Sehingga : F1 = F3 – F2 = 3500 – 490 = 3010 kg/jam
Tabel LA.1 Neraca Massa Soal 1
Komponen Masuk Keluar
F1 F2 F3
Ethanol 2859,5 0 2800
Benzene 0 490 490
Water 150,5 0 210
Sub total 3010 490 3500
Total 3500 3500
Mixing
F2 =?
Benzene 100%
F1 =?
Ethanol 95%
Water 5%
F3 = 3450 + (5x10) F3 = 3500
Ethanol 80%
Benzene 14%
Water 6%
32 LA-1 Perhitungan Neraca Massa Soal 2 Perhitungan Neraca Massa Soal 2
Neraca Massa Total : F1 + F2 = F3
F1 = 1094 kg/jam – F2 … Pers (1)
Neraca Massa Komponen : - Oxygen (O2)
(%O2 x F1) + (%O2 x F2) = (%O2 x F3)
0,05 F1 + 0,07 F2 = 0,06 x 1094 kg/jam
0,05 F1 + 0,07 F2 = 65,64 kg/jam … Pers (2) Substitusi Pers (1) ke Pers (2) :
0,05 F1 + 0,07 F2 = 65,64 kg/jam 0,05 (1094 kg/jam – F2) + 0,07 F2 = 65,64 kg/jam 54,7 kg/jam – 0,05 F2 + 0,07 F2 = 65,64 kg/jam
0,02 F2 = 65,64 kg/jam – 54,7 kg/jam F2 = 547 kg/jam
Substitusi Nilai F2 ke Pers (1) : F1 = 1094 kg/jam – 547 kg/jam
= 547 kg/jam - Sulfur Dioxide
(%SO2 x F1) + (%SO2 x F2) = (%SO2 x F3)
0,15 (547) + 0,51 (547) = %SO2 x 1094 kg/jam
%SO2 = 361,02 / 1094
%SO2 = 0,33 SO2 = 33%
Mixing
F1 = ….?
Sulfur Dioxide = 15%
Nitrogen = 80%
Oxygen = 5%
F3 = 1044 + (5x10)
= 1094 kg/jam Sulfur Dioxide = …. ?%
Nitrogen = …. ?%
Oxygen = 6%
F2 = ….?
Sulfur Dioxide = 51%
Nitrogen = 42%
Oxygen = 7%
33 - Nitrogen
(%N2 x F1) + (%N2 x F2) = (%N2 x F3)
0,8 (547) + 0,42 (547) = %SO2 x 1094 kg/jam
%SO2 = 667,34 / 1094
%SO2 = 0,61 SO2 = 61%
Laju Alir Massa:
- Oxygen (O2)
F1 : 0,05 x 547 kg/jam = 27,35 kg/jam F2 : 0,07 x 547 kg/jam = 38,29 kg/jam F3 : 0,06 x 1094 kg/jam = 65,64 kg/jam - Sulfur Dioxide (SO2)
F1 : 0,15 x 547 kg/jam = 82,05 kg/jam F2 : 0,51 x 547 kg/jam = 278,97 kg/jam F3 : 0,33 x 1094 kg/jam = 361,02 kg/jam - Nitrogen (N2)
F1 : 0,8 x 547 kg/jam = 437,6 kg/jam F2 : 0,42 x 547 kg/jam = 229,74 kg/jam F3 : 0,61 x 1094 kg/jam = 667,34 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa Soal 2
Komponen Masuk Keluar
F1 F2 F3
Oxygen 27,35 38,29 65,64 Sulfur
Dioxide 82,05 278,97 361,02 Nitrogen 437,6 229,74 667,34
Sub total 547 547 1094
Total 1094 1094
34 LAMPIRAN B HASIL SIMULASI
LB-1 Soal 1 Menggunakan Unisim Design
Gambar LB-1. Hasil Simulasi Unisim Design untuk Soal 1 LB -2 Soal 1 Menggunakan SuperPro Design
Gambar LB-2. Hasil Simulasi SuperPro Design untuk Soal 1
35 LB-3 Soal 2 Menggunakan Unisim Design
Gambar LB-3. Hasil Simulasi Unisim Design untuk Soal 2
LB -4 Soal 2 Menggunakan SuperPro Design
Gambar LB-4. Hasil Simulasi Unisim Design untuk Soal 2
36 LAMPIRAN C
REPORT
LC-1 Report Unisim Design Soal 1
Gambar LC-1 Report Unisim Design pada Soal 1
LC-2 Report SuperPro Design Soal 1
37
38
Gambar LC-2 Report SuperPro Design pada Soal 1
LC-3 Report Unisim Design Soal 2
Gambar LC-3 Report Unisim Design pada Soal 2
39 LC-4 Report SuperPro Design Soal 2
40
Gambar LC-4 Report SuperPro Design pada Soal 2
