BASIC OF SHORT CUT & RIGOROUS COLUMN

DISTILLATION SIMULATION IN HYSYS

CREATED BY

DENNY FIRMANSYAH

Email : dennyfirmansyah49@gmail.com

EXAMPLE CASE

Sebuah larutan yang merupakan campuran dari komponen methanol dan air

memiliki laju alir sebesar 1000 kmol/hr tekanan 2 atm dan temperatur sebesar 50

C, Komposisi larutan terdiri dari methanol sebesar 45% dan air sebesar 55% (mol

fraksi). Larutan ini akan dipisahkan menggunakan menara distilasi. Produk

methanol akan didapatkan di puncak kolom dengan komposisi minimal sebesar

99,5% W dan diharapkan methanol yang terecovery dari umpan sebesar 95% dari

umpan masuk. Sekarang bagaimana anda membuat simulasi distilasi dengan

menggunakan aspen hysys?

Pasti diawal ketika selesai membaca case, akan

timbul banyak pertanyaan sebagai berikut:

1. Berapa jumlah stage kolom yang dibutuhkan

2. Umpan masuk pada stage berapa

3. Berapa rasio refluk minimalnya

4. Berapa suhu di puncak dan dasar kolom

SOLUTION

Secara umum beberapa pertanyaan tersebut dapat diselesaikan dan terjawab

menggunakan teori di bangku perkuliahan salah satu dengan metode MCCABE

THIELE menggunakan kurva komposisi dua komponen antara methanol dan air

TETAPI BAGAIMANA JIKA KITA INGIN

MENYELESAIKAN MENGGUNAKAN

PROCESS SIMULATOR SOFTWARE

ASPEN HYSYS?

SHORT CUT DISTILLATION HYSYS

Short cut distillation di HYSYS merupakan salah satu tool aplikasi unit operasi

pemisahan yang ada di hysys yang sangat berguna di tahap awal dalam

menentukan konsisi operasi awal sebelum dilakukan simulasi dengan

menggunakan real column distillation.

Adapun data-data awal yang dapat diperoleh dari short cut distillation adalah

sebagai berikut:

Number of stages (jumlah stage)

Reflux ratio

Feed stage location (lokasi stage feed)

Column pressure (tekanan Kolom)

End-point temperatures (temperatur End-Point)

Product flows and compositions (komposisi dan flowproduk)

Note: component spec is an impurity in the product

MASS BALANCE

FEED COMPOSITION

COMP % Mol

Mol flow

(kmol/hr)

Mass Flow

(kg/hr) % W

Methanol 45% 450 14400.00 59.26%

Water 55% 550 9900.00 40.74%

TOP PRODUCT

COMP % Mol

Mol Flow

(kmol/hr)

Mass Flow

(kg/hr) % W

Methanol 99.11% 427.50 13680.00 99.50%

Water 0.89% 3.82 68.74 0.50%

BOTTOM PRODUCT

COMP % Mol

Mol Flow

(kmol/hr)

Mass Flow

(kg/hr) %W

Methanol 3.96% 22.50 720.00 3.96%

Water 96.04% 546.18 9831.26 96.04%

SHORT CUT DISTILLATION SIMULATION

BY HYSYS

Masukkan terlebih dahulu komponen (methanol, air) & fluid package

yang akan digunakan (Peng Robinson)

Setelah memasukkan komponen & fluid package yang akan digunakan, simulasi siap

digunakan dengan meng klik “Simulation”

Inilah tampilan awal dari blank simulation, langkah pertama ambil material stream

masukkan data sesuai dengan kondisi operasi feed yang ada di soal

Setelah feed stream sudah ok, ambil simbol pallate short cut distillation

Pada bagian kolom component

terdapat istilah “light key in

bottom” & “heavy key in

distillate”. Light key in bottom

merupakan fraksi berat

(komponen yg memiliki titik

didih tinggi) di campuran yang

masih terdapat di dalam

bottom product. Sedangkan

heavy key in distillate

merupakan fraksi ringan

(komponen yg memiliki titik

didih rendah) di campuran

yang masih terdapat di dalam

top product.

Pada bagian kolom pressure, masukkan kondisi

operasi condenser & reboiler pressure sesuai

yang di inginkan. Tetapi perlu diperhatikan P reb

> P cond. Supaya uap yang terbentuk dapat naik

ke bagian atas kolom , sesuai prinsip aliran

fluida. Gas akan mengalir dr P tinggi ke P rendah

Setelah memasukkan data di kolom

pressure & component. Maka nilai rasio

refluk minimum akan muncul

terhitung secara otomatis. Kemudian

masukkan external refluk ratio sesuai

variabel yang diinginkan misal R=1,5 R

min

Setelah itu coba di klik tab performance maka semua data yang pada awal membuat kita

bingung, dapat terjawab. Data yang diperoleh cukup lengkap mulai dari Minimum number

tray, actual tray, hingga kebutuhan energy di kondenser dan reboiler dapat diketahui. Data ini

akan digunakan untuk simulasi rigorous column distillation

RIGOROUS DISTILLATION SIMULATION

BY HYSYS

Masukkan data jumlah tray dan tray feed masuk sesuai dengan data yang di peroleh dari

short cut distillation. Kemudian klik tombol next

Diperhatikan pada saat data

dimasukkan di akhir kita

dapatkan keterangan bahwa

simulasi distillation column

yang dibuat masih

unconverged, artinya masih

perlu ada parameter operasi

yang dimasukkan

Setelah itu klik spec pada tab design, perhatikan apa yang akan muncul selanjutnya

Pada bagian column specification

delete semua terlebih dahulu,

perhatikan pada keterangan degree

of freedom muncul angka 2. Ini

artinya masih ada 2 column

specification yang perlu

dimasukkan supaya simulasi dapat

berjalan. Column specification

merupakan parameter operasi yang

telah ditentukan di awal saat kita

mendesign. Sebagai contoh

kemurnian produk atau persentase

recovery produk seperti pada soal

di bagian awal, ataupun nilai Rasio

refluksnya

Tambakan column specifications dengan klik tombol add, adapun parameternya:

1. Reflux ratio

2. Column component recovery

3. Column component ratio

Masukkan column

specification “reflux ratio”

sebesar 1,5

Masukkan column

specification “component

recovery” methanol sebesar

95% pada stream top produk

Masukkan column

specification “component

fraction” methanol sebesar

99,5%W pada stream top

produk

Setelah memasukkan tiga parameter column specification, maka akan menimbulkan

pertanyaan. Pada slide sebelumnya diketahui bahwa degree of freedomsnya ada 2, artinya

kita hanya perlu masukkan 2 parameter. Tetapi nyatanya dimasukkan 3 parameter, artinya

degree of freedom menjadi tidak nol dan simulasi tidak dapat diselesaikan. Untuk menjawab

pertanyaan tsb, mari buka slide selanjutnya

Setelah itu di klik monitor maka

akan muncul tampilan sebagai

berikut

Perhatikan di bagian specification

telah ada 3 column specification yang

telah kita masukkan sebelumnya.

Perhatikan kotak check list active dan

estimate. Active dan estimate

memiliki perbedaan, untuk estimate

nilai tersebut hanya sebagai estimasi

awal dan tidak diharuskan untuk

tercapai, sedangkan active artinya

nilai parameter tersebut akan

tercapai

Sekarang mari kita mulai beralah dari operator process simulator menjadi process engineer. Lakukan

dua skenario operasi:

1. Check list active untuk reflux ratio dan comp fraction, serta estimae untuk comp recovery

2. Check list active untuk comp recovery dan comp fraction, serta estimate untuk reflux ratio

Perhatikan perbedaan apa yang terjadi setelah kita klik tombol run di kedua skenario tersebut

SIMULATION SCENARIO 1

SIMULATION SCENARIO 2

RANGKUMAN

Ternyata ada perbedaan hasil simulasi antara skenario 1 dan skenario 2, perhatikan

dengan seksama kebutuhan energi di reboiler dan kondenser. Kenapa terjadi

perbedaan tersebut dan bagaimana pengaruhnya terhadap parameter column

specificationserta hubungan antara satu parameter dengan parameter lain

SELAMAT MENCOBA