Computer Simulation in Process Engineering

SIMULASI PROSES KIMIA

Dr.rer.nat. Ir. Yuswan Muharam, M.T.Department of Chemical Engineering

Faculty of Engineering

University of Indonesia

SIMULASI

Proses simulasi Merancang model operasi sebuah sistem Melakukan eksperimen dengan menggunakan model

tersebut Tujuan simulasi

Memahami perilaku sistem Mengevaluasi strategi alternatif dalam rangka

mengembangkan atau mengoperasikan sistem. Peran simulasi

Mereproduksi aspek-aspek perilaku sistem yang dimodelkan sampai tingkat akurasi yang diharapkan.

SIMULASI

Tahap simulasi Pemodelan, Validasi (pengaturan model terhadap data

eksperimen) Yang diperlukan pada simulasi

Deskripsi sifat-fisik komponen murni atau campuran,

Model berbagai reaktor dan unit operation, Metode numerik.

SIMULASI Aktivitas utama simulasi rekayasa proses adalah

flowsheeting. Flowsheeting

Penggunaan komputer untuk melakukan perhitungan neraca massa dan neraca panas keadaan tunak, sizing dan biaya untuk sebuah proses kimia (Westerberg dkk., 1979).

Keterlibatan flowsheeting (Dimian, 1994): Desain proses baru, Pengembangan teknologi secara berkelanjutan, melalui

revamp dan debottlenecking, Mengatur operasi dan kendali proses, Penelitian dan pengembangan.

FLOWSHEETING

Definisi: Deskripsi aliran materi

dan energi secara sistematis pada sebuah proses dengan menggunakan simulasi komputer dengan tujuan mendesain pabrik baru atau memperbaiki kinerja pabrik eksisting.

Peran Sebagai alat untuk

melakukan strategi pengendalian seluruh pabrik, serta mengatur operasi pabrik.

TUJUAN FLOWSHEETING

Dalam desain: Mendapatkan alternatif yang

dapat dikembangkan untuk problem desain tertentu.

Gabungan flowsheeting tunak dan dinamis dapat membantu memahami dinamika proses.

Pemahaman konstrain pemodelan di dalam flowsheeting membantu menghasilkan proyek yang handal meskipun data kurang atau jadwal padat.

Dalam operasi: Sebagai cermin perilaku

pabrik eksisting terhadap berbagai gangguan. Data pabrik harus konsisten dengan model matematik yang ada di dalam simulator.

Memantau kinerja unit, maintenance, revamping,

Mengendalikan proses.

JENIS FLOWSHEETING

Flowsheeting tunak Aktivitas sehari-hari di

perusahaan EPC dan departemen pengembangan.

Flowsheeting dinamis Aktivitas rekayasa Misal

Desain sistem pengendalian proses,

Optimisasi real time dan manufakturing secara terintegrasi.

APLIKASI SIMULASI KOMPUTER

Simulasi terlibat di semua tahap pada daur hidup proses Gagasan Eksperimen di laboratorium, Scale-up pada berbagai tingkat, Desain proses Operasi pabrik


Materi penyatu adalah ilmu pengetahuan yang tertanam di dalam model (termodinamika, kinetika kimia, peristiwa perpindahan, dll), dan metode komputasi.

APLIKASI SIMULASI KOMPUTER Penelitian dan Pengembangan

Memandu dan meminimisasi ekeperimen. Computer-aided scale-up: menggunakan pemodelan dan simulasi. Inovasi proses: dimulai pada skala laboratorium:

Computer-aided experimental research. Kalibrasi (validasi) model dengan data eksperimen.

Persamaan model Tidak berubah dari skala laboratorium ke skala pabrik, Berubah (dimodifikasi).

Kelebihan simulasi: Menguak solusi inovatif yang sulit dilakukan secara eksperimen. Misal, integrasi simulasi proses dengan Computer Fluid Dynamics

menggantikan prototipe yang mahal.


Desain Proses Pengembangan teknologi baru secara

berkelanjutan untuk meminimisasi konsumsi energi dan materi, serta rendah limbah dan polutan.

Operasi aman melalui integrasi pada tahap desain konsep.

Perbaikan teknologi yang ada melalui revamping, retrofitting, dan debottlenecking.


Operasi Proses Aplikasi langsung simulasi pada proses

manufakturing. Model-based process control, Preventive maintenance, Integrasi manufakturing dengan rantai suplai.

SIMULASI PABRIK KOMPLEKS

Plant Simulation Model (PSM): Computerised tool untuk simulasi pabrik proses

yang kompleks. Struktur pabrik dibagi menjadi beberapa

subflowsheet (A, B dan C) yang dianalisis secara terpisah.

Model simulasi subflowsheet disetel secara terpisah, dan selanjutnya digabung menjadi model global.

SIMULASI PABRIK KOMPLEKS Tujuan:

Laporan aliran bahan dan energi secara komprehensif. Perhitungan hubungan antara sistem reaksi dan separasi. Perhitungan pembentukan dan pemisahan produk samping dan

pengotor. Perhitungan preventive maintenance. Studi mengeliminasi limbah dan mencegah polusi lingkungan. Evaluasi fleksibilitas pabrik terhadap perubahan kualitas bahan

baku atau produk. Validasi instrumentasi dan proses dan perbaikan keselamatan

dan kendali proses. Update dokumentasi proses dan persiapan investasi di masa

datang. Optimisasi kinerja keekonomian pabrik.


Perlu data pabrik untuk kalibrasi PSM. Stream report:

Membantu memahami problem utama dalam operasi

Memberi dasar komunikasi kuantitatif di antara anggota tim, terutama antara anggota teknis dengan manajemen

Memberi nilai diagnostik.

LANGKAH-LANGKAH SIMULASI

Mengubah PFD menjadi process simulation diagram (PSD), yaitu skema yang kompatibel dengan kemampuan software dan tujuan simulasi. Bila perlu, bagi flowsheet menjadi beberapa sub-flowsheet.

Menganalisis model simulasi setiap unit flowsheeting.

Menentukan komponen (database, user defined, atau fraksi petroleum).

Menganalisis model termodinamika flowsheet global, subflowsheet,dan unit penting.

Menganalisis mode spesifikasi (derajat kebebasan) unit yang kompleks.

LANGKAH-LANGKAH

DEFINISI

MENGGAMBAR FLOWSHEET

Menggambar flowsheet. Memilih komponen (database atau user defined). Spesifikasikan aliran input. Spesifikasikan unit (analisis derajat kebebasan). Memilih model termodinamika. Memilih strategi perhitungan:

Sequential-Modular. Equation-Oriented. Simultaneous-Modular.

EKSEKUSI

Melakukan perhitungan dengan simulasi. Simulasi selesai jika kriteria konvergensi

tercapai (level flowsheet dan unit). Tahap-tahap riwayat konvergensi:

Periksa algoritma dan parameter konvergensi; ubah jika diperlukan.

Periksa error konvergensi batas variabel. Lanjutkan riwayat konvergensi.

HASIL

Laporan aliran (neraca massa dan energi), konvergensi flowsheet.

Laporan unit (neraca massa dan energi), konvergensi unit.

Kinerja rating unit. Tabel dan grafik sifat fisik. Dll.

ANALISIS Analisis sensivitas:

Variasi 'sampled variable' sebagai fungsi dari 'manipulated variable‘.

Interpretasi hasil: Trend Korelasi Preoptimisasi.

Studi kasus: mempelajari skenario (gabungan) beberapa variabel flowsheet.

Optimisasi multi-variabel: mendapatkan variabel obyektif yang optimum.

Controllability analysis. Plantwide control strategy.

ARSITEKTUR FLOWSHEETING

SOFTWARE

STRATEGI KOMPUTASI

Arsitektur flowsheeting software tergantung strategi perhitungan.

Arsitektur flowsheeting: Sequential-Modular. Equation-Oriented. Simultaneous-Modular.

Sequential-Modular (SM)

Flowsheeting keadaan tunak, Aspen Plus, ChemCad, Hysys, ProII, Prosim,

Winsim. Flowsheeting keadaan dinamis.

Aspen Plus, Hysys. Perhitungan unit-per-unit sesuai urutan

perhitungan (model unit oprasi). Menggunakan persamaan kekalan massa,

energi dan momentum.


Membentuk sistem persamaan aljabar tak-linear:

u = variabel penghubung: input dan input; x = variabel internal (keadaan): temperatur,

tekanan, konsentrasi; d = parameter geometri: volume, luas

perpindahan panas, dll; p = sifat fisik: entalpi spesifik, faktor-K, dll.

Layout Model Unit Operasi

Jumlah total variabel – jumlah persamaan independen = derajat kebebasan (spesifikasi).

Variabel output = fungsi (variabel input, variabel unit, parameter unit).

Arsitektor Software Model SM

Executive Program: mengatur perhitungan dan pertukaran data; Database parameter fisik komponen murni dan campuran; Librarian untuk menghitung sifat fisik komponen murni dan campuran; Librarian untuk menghitung kesetimbangan fisika dan kimia; Librarian untuk unit operasi dan reaktor; Librarian untuk Solver matematik; Graphical User Interface (GUI).


Proses dengan recycle Dipecah menjadi satu atau beberapa urutan

perhitungan. Perhitungan dimulai di tempat dimana aliran

masuk diketahui Input Diinisiasi sebagai aliran sobek

Sequential-Modular (SM) Kelebihan:

Pengembangan kemampuannya secara modular Pemograman dan pemeliharaannya mudah Kontrol konvergensinya mudah, baik level unit maupun

flowsheet. Kelemahan:

Perlu analisis topologi dan inisiasi aliran sobek Sulit digunakan jika urutan perhitungan rumit Sulit digunakan untuk mengolah spesifikasi yang terkait

dengan variabel unit (blok) internal Arah perhitungan kaku (output from input) Tidak bisa digunakan untuk simulasi dinamis sistem

dengan recycle.

Equation-Oriented (EO)

Arsitektur software mengikuti solver sistem persamaan.

Non-linear Algebraic Equations (NAE) untuk simulasi keadaan tunak,

Differential Algebraic Equations (DAE) untuk simulasi dinamis.

Solusi dengan menyelesaikan semua persamaan secara serentak.

Equation-Oriented (EO)

Kelebihan: Lingkungan spesifikasi fleksibel (input, output,

atau variabel unit (blok) internal). Perlakuan recycle lebih baik, tidak perlu aliran

sobek. Kekurangan:

Upaya pemograman lebih banyak. Sulit mengatasi sistem DAE yang besar. Sulit melanjutkan konvergensi dan debugging.

Simultaneous-Modular

Kombinasi Sequential-Modular dan Equation-Oriented.

Rigorous model pada level unit diselesakan secara berurutan.

Linear model pada level flowsheet diselesaikan secara global.

Linear model diupdate berdasarkan hasil rigorous model.

Software komersial untuk desain dan simulasi proses

FLOWSHEETING KEADAAN TUNAK

Dr.rer.nat. Ir. Yuswan Muharam, M.T.Department of Chemical Engineering

Faculty of Engineering

University of Indonesia

DASAR-DASAR FLOWSHEETING KEADAAN TUNAK


Proses HAD (hidrodealkilasi alkil-benzena (toluena) dan alkilnaftalena menjadi cincin aromatik, seperti benzena atau naftalena).

Deskripsi proses:

Eksotermis, reaktor alir sumbat adiabatis, P = 25 - 35 bar, T = 620 dan 720, rasio molar H2/alkil-benzena = 5:1, konversi 60-80%.

Analisis Masalah

Aliran input/output, Sistem reaktor, Sistem reaktor-separasi-recycle, Sistem separasi, Kontrol spesifikasi flowsheet, Transformasi real unit dalam simulation unit, Analisis derajat kebebasan, Pemilihan model termodinamika, Aliran sobek dan urutan perhitungan.

Aliran input/output Aliran input:

Toluena 100% Hidrogen (5% CH4).

Aliran output: Benzena, Light gas dari kolom stabilisasi, Heavy dari kolom distilasi.

Aliran recycle: Toluena produk samping kolom distilasi, Hidrogen dari flash.

Aliran purge: Metana.

Aliran input/output

Analisis reaktor Transformasi reaktan menjadi produk, produk samping dan pengotor. Model reaktor:

Kesetimbangan Konstanta kesetimbangan Energi bebas Gibbs Entropi standar

Stoikiometri: Konversi reaksi utama Selektivitas reaksi kedua.

Kinetika: Data kinetika Interaksi antara sistem reaksi dan sistem lain.

Kombinasi model stoikiometri dan kinetika Kinetika menghitung produk utama Stoikiometri menghitung produk samping dan pengotor.

Tiper reaktor: CSTR PFR Reaktor industri (unggun tetap, kolom gelembung dll).

Sistem reaktor-separasi-recycle

Identifikasi struktur dasar (sistem reaktor-separasi-recycle).

Sistem reaktor-separasi-recycle Mix (mixer): mencampur umpan reaktan segar dan

recycle. HX1 (gabungan sisi dingin heat exchanger dan

furnace). HX2 (gabungan sisi panas heat exchanger, steam

generator dan cooler). Flash (model kesetimbangan uap/cair): pemisahan

fasa gas dan cair. Split (stream splitter): menghitung purge. Comp (kompresor): merecycle gas. Separation (separator): black-box unit gabungan

semua unit pemisahan.

Sistem pemisahan

Kolom distilasi (model distilasi rigorous): Stab: pemisahan gas terlarut. Dist: pemisahan benzena, toluena dan heavy.

Kontrol spesifikasi flowsheet Variabel flowsheet yang dikontrol dengan

menggunakan variabel manipulasi. Contoh:

Rasio molar H2/toluena = 5:1 Variabel manipulasi: Recycle gas dengan mengatur split-ratio gas purge.

Transformasi unit nyata menjadi unit flowsheet

Hubungan langsung unit nyata dengan blok: flash, kolom distilasi, heat exchanger.

Hubungan tak langsung: unit kompleks (reaktor, separator). Dekomposisi (kolom distilasi azeotrop dibagi menjadi

kolom stripping dengan reboiler, heat exchanger, separator flash tiga fasa dan refux splitter).

Agregasi (heat exchanger dan flash vessel digabung menjadi sebuah blok flash).

Black box unit (membran, dryer). Add-on user unit (ada akses untuk pemrograman).

Transformasi unit nyata menjadi unit flowsheet

Furnace heater. Cross heat exchanger

Two-side heat exchanger, Single-side heater dan cooler yang dirangkai oleh beban

panas.

Steam generator, cooler dan flash satu flash dengan beban panas.

Dua heat exchanger satu cooler. Vessel pemisahan adiabatic flash. Reaktor kimia PFR kinetika + reaktor stoikiometri.

Analisis derajat kebebasan

Jumlah variabel yang nilainya harus diset agar sistem persamaan dapat diselesaikan.

Yang harus diketahui user: Tipe persamaan Algoritma Kriteria konvergensi.

Pemilihan model termodinamika

Model valid Model sama seluruh flowsheet Model berbeda pada unit Komponen non-library

Estimasi sifat fisik Identifikasi parameter termodinamika dari data

eksperimen.

Urutan perhitungan

Tanpa recycle loop sederhana Dengan recycle loop dan/atau spesifikasi

desain flowsheet dipecah ke dalam urutan perhitungan Aliran sobek untuk menginisiasi perhitungan Urutan perhitungan dan aliran sobek dilakukan

otomatis oleh software.

Urutan perhitungan

Tiga recycle loop: Integrasi panas di sekitar reaktor recycle hidrogen recycle toluena

Aliran sobek: Aliran keluar mixer atau aliran masuk flash (recycle hidrogen dan

toluena) Aliran keluar reaktor (integrasi panas)

Prosedur Simulasi Menggambar flowsheet

Mendefinisikan aliran input dan output Memilih unit operasi dari software library Menghubungkan unit-unit oleh aliran (material, energi atau

informasi) Membagi flowsheet menjadi beberapa sub-flowsheet.

Menginput komponen Memanggil database sifat fisik

Komponen tersedia Komponen dalam fraksi petroleum User-defined component

Memilih model termodinamika

Prosedur Simulasi

Menganalisis recycle dan mengidentifikasi aliran sobek Pemilihan aliran sobek sebelum unit kunci (reaktor dan

separator) mencegah kegagalan dan mempercepat konvergensi.

Memasukkan data untuk aliran input dan aliran sobek Inisiasi aliran sobek yang akurat mempercepat konvergensi

Memasukkan spesifikasi untuk unit (blok) simulasi Analisis derajat kebebasan dan pilihan spesifikasi

dilakukan oleh software

Prosedur Simulasi

Menjalankan dan mengupayakan simulasi berlangsung konvergen

Menganalisis hasil Laporan aliran Kinerja masing-masing unit (komposisi, profil

variabel internal)

Unit Operasi Mixer, splitter dan separator (black box). Flash Heat exchanger Distilasi shortcut Pemisahan multistage Ekstraksi cair-cair Reaktor kimia Perubahan tekanan: pompa, kompresor, valve Pipa dan pressure drop unit. Unit pemisahan khusus: unit membran, crystalliser, dryer, dll Controller User added unit

Mixer dan splitter

Mixer Mencampur beberapa aliran masuk secara adiabatik

menjadi satu aliran keluar Aliran material terpisah dari aliran panas (kerja)

Splitter Membagi aliran masuk menjadi beberapa aliran keluar

dengan komposisi dan keadaan yang sama

Mixer dan splitter

Separator black box Untuk perhitungan awal neraca material dan energi Jenis

General black-box separator m input dan n output Pemisahan berupa rekoveri komponen dan/atau laju alir massa

atau volume Two-product separation column

Untuk kolom distilasi dan absorpsi sederhana.

Flash unit

Simulasi berdasarkan kesetimbangan fasa Menghitung pemisahan pada alat kesetimbangan

sederhana (evaporator, decanter, crystalliser). Memeriksa model termodinamika. Membuat tabel dan diagram sifat (entalpi-temperatur).

Dua model standar Flash uap/cair. Flash uap/cair (1)/cair (2).

Heat exchanger

Modifikasi energi (heater/cooler sederhana) Menukar variabel keadaan suatu aliran (temperatur, tekanan). Tidak untuk desain termal.

Shell-and-tubes heat exchanger Simulasi two-side heat exchanger (counter current atau co-

current). Perhitungan desain termal sederhana (beban dan luas

pertukaran) perlu koefisien perpindahan panas keseluruhan. Perhitungan tipe rating perlu geometri.

Heat exchanger

Multiple-stream heat exchanger Menukar panas antara sejumlah aliran panas

atau dingin Contoh: plate-type HE, spiral wounded HE

Membentuk multiple interconnected heater secara otomatis

Distilasi shortcut

Simulasi awal jumlah tahap pemisahan. Berdasarkan metode Fenske-Gilliland-

Underwood.

Distilasi rigorous

Unit paling canggih pada flowsheeting. Dua kategori:

Equilibrium stage based model Solusi persamaan MESH (neraca Mass, Equilibrium,

Summation, dan Enthalpy ) secara rigorous. Tahap aktual menggunakan efisiensi tahap

(Murphree). Rate-based model

Keakuratan tinggi. Perlu banyak data parameter.

Distilasi rigorous

All-purpose separation column

Distilasi rigorous All-purpose separation column (lanjutan)

Untuk semua jenis pemisahan: distilasi, absorpsi, stripping, ekstraksi.

Cascade tahap kesetimbangan counter-current. Kemampuan:

Campuran ideal, non-ideal, azeotrop. Distilasi tiga fasa, distilasi elektrolit. Reaksi kimia pada pelat (kesetimbangan atau kinetik). Spesifikasi produk (laju alir, rekoveri, kemurnian, rasio

komponen), dan spesifikasi variabel internal (aliran, temperatur, sifat fisik).

Jenis kontaktor (tray: sieve atau valve; paking: dumped atau structured).

Distilasi rigorous

Inter-linked column Simulasi kombinasi kolom distilasi:

heat-integrated column, air separation system, absorber/stripper devices, extractive distillation dengan solvent recycle, fractionator/quench tower, dll.

Distilasi rigorous

Petroleum refining column Simulasi proses fraksionasi kilang minyak. Konfigurasi: kolom utama, pompa, stripper.

Distilasi rigorous

Distilasi batch Menghitung persamaan MESH transien dalam operasi

batch (reflux bervariasi, tekanan kolom bervariasi, pengumpulan fraksi dikontrol waktu).

Distilasi rigorous

Ekstraksi Simulasi alat ekstraksi counter-current yang terdiri

dari sejumlah tahap kesetimbangan.

Reaktor

Model harus akurat. Flowsheeting dasar:

Plug flow reactor (PFR) Continuous stirred tank reactor (CSTR).

Kombinasi Reaktor alir menghitung pengaruh recycle pada konversi, Reaktor stoikiometri menghitung pengotor (selektivitas).

Reaktor

Reaktor stoikiometri Menggunakan persamaan stoikiometri dengan

konversi atau extent of reaction sebagai variabel (neraca atom).

Model reaktor yield: Simulasi distribusi produk dengan persamaan aljabar. Neraca massa keseluruhan konsisten, neraca atom

(komponen) tidak konsisten.

Reaktor

Reaktor kesetimbangan Menggunakan kesetimbangan kimia. Model reaksi kesetimbangan

Reaksi kimia. Konstanta kesetimbangan.

Model minimisasi energi bebas Gibbs Tidak perlu spesifikasi stoikiometri. Perlu spesies yang terlibat dalam reaksi.

Reaktor

Reaktor kinetika Ekspresi laju reaksi:

Power law function Langmuit-Hinselwood-Hougen-Watson (LHHW) User kinetic.

CSTR atau PFR, dengan model rating (volume reaksi konstan) atau model desain (konversi dispesifikasikan).

Reaktor

Model batch Stand-alone. Dirangkai dengan proses kontinyu. Spesifikasi:

Operasi siklus. Reaksi (fasa tunggal atau jamak).

Perubahan tekanan Simulasi perubahan variabel keadaan dan fungsi termodinamika

akibat perubahan tekanan fluida. Pompa

Simulasi transportasi cairan, turbin hidrolik, fasa jamak dan dekantasi air.

Kompresor/ekspander Kompresor multistage umum: kompresor politropik dan isentropik,

kompresor positive displacement , inter-cooler antar tahap, turbin isentropik, satu fasa, dua fasa, tiga fasa.

Valve Simulasi perubahan keadaan fluida akibat penurunan tekanan pada kondisi adiabatik. Perhitungan flash. Safety relief valve menghitung dinamika

situasi emergensi.

Modul pressure drop

Simulasi operasi hidrolik (pressure drop). Adiabatik atau perpindahan panas.

Termodinamika

Sumber informasi sifat termofisika: Design Institute of Physical Property Research

(DIPPR)/AIChE-USA Physical Property Database System

(PPDS2)/NEL-UK Thermodynamics Research Centre

(TRC)/Houston-USA.

Termodinamika

Struktur Kontrol Feedback controller

Mengubah-ubah variabel upstream y untuk mencapai set point downstream x dalam batas toleransi tertentu.

Menjaga konstan beberapa variabel aliran atau unit dengan memanipulasi variabel lain Contoh: mengubah-ubah flash duty untuk mendapatkan rekoveri

produk yang diinginkan. Memanipulasi aliran make-up (pelarut, larutan asam/basa atau

katalis) Contoh: mengontrol pH di dalam tangki presipitasi.

Mengontrol emisi di dalam purge fasa gas Contoh: mengontrol konsentrasi komponen inert di dalam recycle

loop dengan memanipulasi aliran purge.

Struktur Kontrol

Feedforward controller Mengangkut informasi dari satu tempat ke tempat lain di

dalam flowsheet. Controller menset variabel sampel downstream y pada nilai

tertentu berdasarkan variabel hitung upstream x. Contoh: transmisi informasi antar unit, ekspresi persamaan

laju reaksi kompleks, persiapan data untuk presentasi.

ANALISIS DERAJAT KEBEBASAN

ANALISIS DERAJAT KEBEBASAN

Menentukan variable yang dispesifikasikan

DOF = derajat kebebasan, Nv = jumlah variabel,

Neq = jumlah persamaan independen

Contoh variabel: temperatur, tekanan, aliran parsial, entalpi spesifik, fugasitas atau potensial kimia, beban panas dan kerja mekanis, rasio recycle dan fraksi split.

Aliran

Aliran satu fasa tanpa reaksi Variabel = Nc+2

Laju alir massa parsial komposisi = (Nc-I) komponen

Laju alir total P T.

Kondisi fasa dihitung dengan perhitungan flash.

Aliran

Aliran fasa jamak

Mencampur/membagi aliran dengan keadaan dan komposisi yang sama.

Mixer Variabel = (n + 1)(Nc + 2)+ 1.

DOF =n(Nc +2)+2. Contoh spesifikasi: n aliran inlet dan dua spesifikasi (P, T)

atau (P, Q).

Splitter DOF = (Nc + 2) + (n - 1).

Mixer/Splitter

Operasi Flash

Heat Exchanger

Shell and tube Derajat kebebasan = (Nc,shell + Nc,tube + 7). Spesifikasi:

Laju alir kedua sisi = (Nc,shell + Nc,tube) variabel, Tekanan inlet dan tekanan outlet atau pressure drop (4

variabel), Temperatur inlet/outlet satu sisi, plus satu temperatur sisi

lain, atau beban dan satu temperatur pada sisi shell dan tube (3 variabel).

Heat Exchanger

Shell and tube (lanjutan)

Reaktor

Reaktor kesetimbangan Persamaan stoikiometri:

Nc = jumlah komponen

Nr = jumlah reaksi kesetimbangan.

Jumlah mol sebuah komponen di dalam campuran

Kesetimbangan kimia:

Reaktor

Reaktor kesetimbangan (lanjutan) DOF = (Nc + 2) Spesifikasi:

Komposisi awal di dalam campuran T P

Reaktor

Reaktor stoikiometri Menggunakan extent of reactioni untuk semua reaksi

independen Nr. Spesifikasi:

Komposisi awal Laju alir.

Jika neraca energi dipertimbangkan, spesifikasi tambahan: Temperatur awal Tekanan awal Tekanan akhir atau pressure drop Beban panas reaktor.

Reaktor

Reaktor kinetik (CSTR)

Pemisahan Tahap Kesetimbangan Tahap kesetimbangan adiabatis

DOF = 2Nc + 5 Spesifikasi:

Aliran inlet cair dan uap, Tekanan tahap.

Pemisahan Tahap Kesetimbangan

Tahap kesetimbangan dengan heater/cooler, aliran umpan dan samping. DOF = 3Nc + 9.

Pemisahan Tahap Kesetimbangan

Kondenser dan reboiler DOF = (Nc + 4). Spesifikasi:

Aliran input = (Nc + 2) variabel Tekanan outlet Fraksi cair atau uap,

Beban panas Q dihitung atau spesifikasi. Tipe kondenser:

Partial, total, atau cairan sub-cooled. Tipe reboiler:

Kettle atau thermosyphon.

Kolom Distilasi Satu Umpan, Dua Produk

Kolom Distilasi Satu Umpan, Dua Produk

Spesifikasi: Umpan kolom = Nc +2 Tekanan tahap = Ns

Tekanan kondenser = 1 Tekanan reboiler = 1 Tekanan pompa refluks = 1 Tipe kondenser (partial, total, cairan sub-cooled liquid) = 1

Tekanan pompa refluks > tekanan tahap I. Laju alir satu produk, distilat (D) atau bottom (B), atau rasio

terhadap umpan, D/F atau B/F Laju alir refluks R atau rasio refluks R/D.

Flowsheet

di = derajat kebebasan unit k = jumlah aliran penghubung, masing-masing

dengan (Nc + 2 ) spesifikasi.

Flowsheet

Computer Simulation in Process Engineering

Documents

Transcript of Computer Simulation in Process Engineering