2

Struktur Dasar Sistem Proses Kimia

Sistem Reaktor Sistem Separasi

Sistem Energi

Sistem kontrol dan safety

Feedback/Recycling/Recovery

Output sistem

Input sistem

3

Skema Tugas Analisis dan Sintesis

x y=?

Analisis

?x y

Sintesis

Diberikan : input dan sistemDiinginkan : cara model berfungsi dan outputTugas : - Dekomposisi

- Pemodelan - Simulasi

Diberikan : input dan outputDiinginkan : disain sistemTugas : - Sintesis

- Evaluasi - Optimasi - Kontrol

4

Sistem

Apa itu sistem?

SISTEM adalah sejumlah elemen yang relatif terbatas dan saling berhubungan satu sama lainnya.

Semua elemen yang tidak tercakup di dalam sistem disebut lingkungan sistem.

Sistem menggambarkan unit tertentu di dalam lingkungannya. Setiap sistem merupakan sebuah elemen dari sebuah sistem

superordinat Setiap elemen adalah juga sistem itu sendiri, hanya saja tingkat

hirarkinya lebih rendah Elemen adalah modul dari sebuah sistem yang dianggap tidak bisa

diuraikan lagi

5

Struktur dan Fungsi

Struktur sistem: seluruh keterkaitan antar elemen-elemen dari sebuah sistem

Setiap sistem dikarakterisasi oleh fungsi tertentu Fungsi dari sebuah sistem proses adalah sifat

khususnya untuk mengubah parameter input ke parameter output dengan sebuah transformasi

6

Intrikasi dan Kompleksitas

Keruwetan (intricacy) dari sebuah sistem ditentukan oleh jumlah elemen-elemennya

Kompleksitas dari sebuah sistem ditentukan oleh jumlah dan jenis interkoneksi antar-elemen dan berlipatgandanya elemen yang berbeda-beda.

7

Analisis Sistem

Apa itu ANALISIS SISTEM?Investigasi struktur dan elemen-elemen sistem, interkoneksi dan jenis-jenis fungsinya

Contoh: Sebuah pabrik untuk konversi kimia dan pemrosesan: perlengkapan, mesin, perpipaan, fitting, unit instrumentasi proses dan teknik kontrol, dan subsistem tambahan

8

Konsep Sistem dari sistem proses

S

Sistem Sx y x y

x y

x Y

Decomposition Aggregation/Integration

Analisis Sintesis

Analisis dan sintesis mempunyai keterdekatan hubungan metode dalam mencari solusi suatu masalah.

Setiap sintesis harus diikuti oleh analisis yang tidak hanya diteliti dari cara berfungsinya saja melainkan juga berisi sebuah evaluasi yang menjadi basis dari tahapan sistem berikutnya (evolusi), mengarah ke sistem yang optimum

9

Hirarki Obyek Teknologi Kimia

1. Proses Elementer

2. Elemen Volume (Mikroproses)

3. Subproses

4. Unit/Kelompok Proses (Makroproses)

5. Tahapan Proses (Kelompok Proses)

6. Proses

7. Pabrik Kimia

8. Sistem Industri Kimia dan Yang Terkait

10

1. Proses Elementer Mencakup proses elementer yang diisolasi Tidak diperrumit oleh efek surut (reaksi kimia pada kondisi ideal) Mekanismenya diisolasi secara individual:

perpindahan massa dan energi perpindahan impulsa proses termodinamika proses elementer lainnya

Umumnya berisi investigasi di dalam ilmu pengetahuan alam Efek fisika-kimia yang dihasilkan dari proses elementer sering

diistilahkan driving principle atau fenomena

11

2. Elemen Volume (Mikroproses)

Jika batasan ruang dari obyek teknik kimia yang sedang diinvestigasi diperluas ke dimensi yang sangat kecil tapi terbatas, tingkatan yang dihasilkan adalah elemen volume (volume elementer)

Elemen volume inkremental ini dapat memiliki batasan alamiah (butiran katalis, gelembung gas) atau dapat dipisahkan dari volume yang lebih besar

Proses fisika-kimia yang terjadi dalam elemen volume kebanyakan beroperasi dalam kombinasi (gabungan perpindahan massa dan energi, contohnya)

Gradien dari parameter proses yang berbeda, juga, dapat terjadi dalam elemen volume (gradien suhu, gradien konsentrasi, dsb)

12

3. Subproses

Elemen volume yang identik atau berbeda dihubungkan dalam unit kimia (kadang ini bisa terjadi pada elemen volume dari fasa yang berbeda) dipertimbangkan bersama dalam satu obyek investigasi yang kebanyakan dicirikan oleh batasan yang mempunyai definisi geometri yang pasti

Contoh yang mungkin: single stage dari kolom tray bagian terbatas dari kolom unggun unggun katalis dari reaktor berunggun-tetap

Pertimbangan utama: aksi gabungan dari mekanisme yang berbeda-beda dan proses perpindahan pada batasan subproses

13

4. Unit/Kelompok Proses (Makroproses)

Agregasi proses parsial atau subproses yang identik atau berbeda digabungkan dalam kerangka hasil proses rekayasa dalam sebuah unit proses kimia

Batasannya serupa dengan batasan peralatan, yakni peralatan tempat terjadinya proses

Sistem: dihasilkan dari agregasi beberapa tray dari sebuah kolom atau

beberapa stage dari kompresor, dsb ditandai sebagai sebuah kelompok proses

Unit proses dicirikan dengan fungsi khusus dalam jaringan perubahan kimia

14

5. Tahapan Proses (Kelompok Proses)

Tahapan proses: agregasi unit proses yang melakukan sebuah tugas parsial tertentu dalam proses teknologi

Kelompok proses: agregasi unit proses yang identik dan saling berdekatan (koheren)

15

6. Proses

Gabungan dari tahapan proses atau unit proses

Dicirikan dengan produksi bahan kimia yang dapat dipasarkan

16

7. Pabrik Kimia

Beberapa proses dapat digabungkan dalam satu rentetan proses (process train)

Rentetan proses dicirikan oleh :pemrosesan sempurna dari feedstock awal, ataupemrosesan lebih lanjut dari produk yang

dihasilkan dalam sistem tersebutIndustri kimia kebanyakan menyatukan

beberapa rentetan proses atau dicirikan dengan satu rentetan proses saja

17

8. Sistem Industri Kimia dan Yang Terkait

Agregasi yang lebih tinggi, sebagai sistem terintegrasi

Contohnya jumlah perusahaan kimia atau keseluruhan cabang industri pemrosesan dan kimia dalam daerah atau negara tertentu, dsb

18

Tingkatan Hirarki dari Proses dan Sistem pada Teknik Proses

Tingkatan Hirarki Contoh yang KhasSistem Kimia dan industri terkait

Pabrik Kimia/ Plant

Proses/ Plant

Proses

Tahapan Proses/ Grup Proses

Unit Proses/ Proses Makro Karakteristik Proses Parsial

Elemen Volume/ Mikro proses

Proses ELementer/ Efek Dasar

Total dari semua proses minyak danperusahaan petrokimia dari negaraatau kawasan

Penghubung dari semua stage padaproses minyak dan petrokimia dalamsatu produk akhir khusus. (contohpolietilena)

Distilasi minyak mentah dan SintesisAmonia

Sistem Pemanas buangan reaktor darisintesis amonia/ Stirred tank reactorcascade.

Kolom distilasi / Reaktor Permukaan Katalis/ Tray dari Kolom

Distilasi Butiran Katalis/ tetesan/ gelembung

gas Reaksi Kimia/ Konduksi/ Konveksi

dari massa dan energi.

19

Kemungkinan Informasi yang Dipertimbangkan dalam Agregasi

Berhubungan denganWaktu

Berhubungan dengantempat

Berhubungan denganaliran

Perilaku kuasistatik Pengabaian koordinat Merata-ratakan sifat-sifataliran

Kesetimbangan Pengabaian gradien tempat Penggunaan fungsi distribusirata-rata sistem dispersi

Irreversibilitas Penggunaan koefisientransportasi yang efektif

Pengabaian fase (kuasihomogenitas)

Idealisasi proses ataukombinasinya

Pengumpulan aliran

20

Permasalahan Sintesis dan Analisis

Seleksi bahan baku yang sangat baik Seleksi jalur dan kondisi reaksi untuk konversi kimia Seleksi sistem reaktor yang tepat Seleksi sistem separasi yang tepat Seleksi subsistem yang relevan lainnya (untuk kompresi,

ekspansi, transportasi, dsb) Seleksi sistem perpindahan kalor yang tepat Spesifikasi ukuran kualitatif untuk menaikkan kehandalan

sistem

21

Pohon Target dalam Disain Sistem

RS7RS6RS5RS4RS3RS2

RS1

AP1 AP2

SS3SS2SS1

HES4

HES3

HES2

HES1

RS1

ReaksiAktivasi mode/hubungan fase

Sistem Reaktor

Sistem pemisahan

Sistem Penukar Panas

22

Langkah-Langkah Utama Layout Sistem dan Analisis Sistem

Sintesis (desain sistem)

Evaluasi Dan Optimisasi (multiobyektif)

Analisis/permodelan dan simulasi

Apakah system memiliki sifat-sifat yang diinginkan ?

TujuanSpesifikasi permintaan

Sistem yang diberikan

Ya

Tdk

23

Rujukan

Diktat Kuliah (diambil dari buku Analysis and Synthesis of Chemical Process Systems – Klaus Hartman dan Klaus Kaplick)Modul 1Modul 2

24

Evaluasi

Absensi : 10%Quiz : 25%Presentasi 1 : 30%Presentasi 2 : 35%

Analisis Sistem Proses

Contoh Simulasi Proses

Gravity-Flow Tank

F0

F

h

Model

p

T

p

cF

vAF

FFAdt

dh

vAgKh

Lg

dtdv

)(1 0

2

Merubah Model ke ithink

Level/StockRate/Flow masuk

Rate/Flow keluar

Auxiliary/Converterp

T

p

cF

vAF

FFAdt

dh

vAgKh

Lg

dtdv

)(1 0

2

Model ithink: Model Utama

v

h

v rate in v rate out

h rate in h rate out

Model Lengkapv

h

v rate in v rate out

h rate in h rate out

g L KF gc rhoAp

FAT

F0

Persamaan Gravity TankKecepatan(t) = Kecepatan(t - dt) + (kenaikan_kecepatan - penurunan_kecepatan) * dtINIT Kecepatan = 2.5

INFLOWS:kenaikan_kecepatan = Ketinggian*gravitasi/panjang_pipa

OUTFLOWS:penurunan_kecepatan = koefisien*gc*Kecepatan^2/(luas_pipa*berat_jenis)

Ketinggian(t) = Ketinggian(t - dt) + (laju_ketinggian - laju_surut) * dtINIT Ketinggian = 1.2

INFLOWS:laju_ketinggian = Laju_alir_masuk/luas_tangki

OUTFLOWS:laju_surut = laju_alir_keluar/luas_tangkiberat_jenis = 62gc = 32gravitasi = 32koefisien = 2.81e-2laju_alir_keluar = Kecepatan*luas_pipaLaju_alir_masuk = 35.1luas_pipa = 7.06luas_tangki = 113panjang_pipa = 3000

Buatlah grafik:1.Ketinggian dan kecepatan2.Ketinggian VS Kecepatan

F0

Fh

h vs v

9:38 AM Fri, Apr 02, 2004h

1.00 4.50 8.002.00

4.00

6.00

1: h v. v

Graph 2 (Untitled)