pengendalian proces

62
7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 1 er nc ng n engend li n  roses brik 07 Mempel aja ri per ancang an alt ern ati f-a lte rna tif konfi guras i  pengendalian untuk proses multi-input-multi-o utput pada pabrik 1. Tinjauan Umum Pengendalian Proses MIMO 2. Derajat Kebebasan 3. Pe nent ua n Konfi gura si Loop Alte rnat if  4. Penge ndalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit 5. The Nine Ste ps of Plantwide Process Control Pr ocedure Tujuan: Materi:

description

energi

Transcript of pengendalian proces

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 1

    Perancangan PengendalianProses Pabrik07

    Mempelajari perancangan alternatif-alternatif konfigurasipengendalian untuk proses multi-input-multi-output pada pabrik

    1. Tinjauan Umum Pengendalian Proses MIMO2. Derajat Kebebasan3. Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif4. Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit5. The Nine Steps of Plantwide Process Control Procedure

    Tujuan:

    Materi:

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 2

    7.1 Tinjauan Umum PengendalianProses MIMO

    Tinjau Proses dengan beberapa input & output:

    PROCESSING SYSTEM

    . . .

    Measured (d)

    . . .

    Unmeasured (d)

    External Disturbances

    . . .

    Manipulated Variables (m)

    Input. . .

    Unmeasured Outputs (z)

    . . .

    Measured Outputs (y)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 3

    7.1 Tinjauan Umum Pengendalian Proses MIMO

    Pertanyaan yang harus dijawab sebelum merancang sistempengendalian:

    1. Apa tujuan pengendalian? Berapa jumlah CV? & yang mana? 2. Output apa yang harus diukur? Primer? Atau Sekunder?

    3. Input apa yang dapat diukur? Primer? Atau Sekunder? Jika diasumsikan semua MV dapat diukur, maka dapatditerapkan adaptive & Inferential Control.

    Disturbance: hanya sedikit yang dapat diukur, maka dapatditerapkan FFC-FBC, Ratio Control.

    4. MVapa yang harus dipilih?

    5. Konfigurasi loop pengendalian apa yang digunakan? Sistem MIMO, menghasilkan banyak alternatif konfigurasipengendalian

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 4

    7.2 Derajat Kebebasan

    Degree of Freedom (DOF)

    DOF = V E (7.2.1)

    Dimana: V = Jumlah Variabel Bebas

    E = Jumlah Persamaan Bebas; hubungan antar V

    Perancangan Pengendalian: DOF = 0 V = E

    Bermanfaat dalam penentuan jumlah controlled variables (CV) dan jumlah manipulated variables (MV)

    Didefinisikan:

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 5

    Dua pers. tambahan untuk menurunkan DOF menjadi nol:1. Pengaruh eksternal:

    (a) lingkungan yang mempengaruhi sistem operasi, (b) unit upstream sebagai umpan proses, (c) unit downstream (bila outflow proses adalah inflow yang

    dimanipulasi untuk unit downstream)

    7.2 Derajat Kebebasan

    2. Sistem Pengendalian: korelasi: MV & CV (FBC)

    MV & d (FFC)

    Jumlah CV = DOF Jumlah Input Eksternal (7.2.2)

    Berapa banyak MV yang diperlukan untuk menjagaoutput (CV) pada nilai yang diinginkan (setpoint)?

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 6

    7.2 Derajat Kebebasan

    Tinjau proses dengan spesifikasi sebagai berikut:N : output yang dikendalikan (y1, y2, , yN)

    M : manipulasi bebas (m1, m2, , mM) dengan M NL : jumlah gangguan eksternal (d1, d2, , dL)

    Anggap: N persamaan hubungan y, m, dan d adalah sbb:y1 = f1 (m1, m2, , mM ; d1, d2, , dL)

    y2 = f2 (m1, m2, , mM ; d1, d2, , dL)

    yN = fN (m1, m2, , mM ; d1, d2, , dL)

    (7.2.3)

    Dengan perubahan d, nilai y harus tetap: hal ini mungkinjika N dari M buah MV dapat diubah secara bebas.

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 7

    Untuk Perancangan Pengendalian:

    Jumlah MV bebas = Jumlah CV = DOF Jumlah Input Eksternal (7.2.4)

    Catatan-Catatan:

    1. Tinjau pers. (7.2.2); Jika jumlah CV = k buah, & CV nyata = l & l < k. Jumlah var. yang tidak dikendalikan = (k l) buah; hal ini dapatmenyebabkan masalah, namun bila pengaruhnya dapat diterima padaoperasi proses, maka logis untuk mpy CV < pers. (7.2.2).

    2. TIDAK MUNGKIN merancang sistem pengendalian yang dapatmengatur CV melebihi CV pada pers. (7.2.2).

    3. DOFdinamik DOFtunak

    7.2 Derajat Kebebasan

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 8

    Contoh 7.2.1: DOF pada sistem tangki cairan (Gambar 7.2.1)

    Neraca Massa:

    )()()( tftfdt

    tdhA oi =

    Var. bebas = 3 (h , fi , fo)

    Persamaan = 1

    A adalah parameter yang ditetapkan (dimensi tangki)

    DOF = 3 1 = 2

    Karena fi(t) ditetapkan oleh kondisi eksternal, jumlah CV = 2 1 = 1

    Feedback loop antara h dan fo

    7.2 Derajat Kebebasan

    fi(t)

    fo(t)h(t)

    Gambar 7.2.1. Tangki cairan

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 9

    Contoh 7.2.2: Menentukan jumlah CV dan MV untuk flash drum

    Umpan cair t.d.d. N komponenfraksi mol zi i = 1,2,,N

    Flash dari PF ke P PF >> P

    Steam menjaga T tetap

    Masalah:

    1. Identifikasi CV

    2. Identifikasi MV

    3. Konfigurasi loop pengendalian

    7.2 Derajat Kebebasan

    Steam

    T

    Condensate

    Liquid

    Feedzi , PF , TF , FF

    xi , FL

    ws(t), lb/mntTs(t), oF

    Vapor

    yi , FV

    P , T

    Gambar 7.2.2. Flash Drum

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 10

    Penyelesaian Soal 7.2.2:7.2 Derajat Kebebasan

    Neraca Massa Total (asumsi konstan)

    ( ) ( )iLiViFi xFyFzFdtxhdA .... +=

    ( ) ( ) ( )TTUATFCpTFCpTFCpdt

    ThdACp SSLLVVFFFL ++=.

    ( )LVF FFFdtdhA +=

    Neraca Massa Komponen

    Dimana i = 1,2, , N 1

    Eq. = 1

    Eq. = N 1

    Neraca Panas

    Eq. = 1

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 11

    Penyelesaian Soal 7.2.2 (lanjutan):7.2 Derajat Kebebasan

    ==

    == Ni

    i

    N

    ii ydanx

    1111

    ( ) iii xPTKy ,=

    Batasan

    Dimana i = 1,2, , N

    Hubungan Kesetimbangan Vapor-Liquid

    Eq. = N

    Eq. = 2

    Jumlah Persamaan:

    E = 1 + (N 1) + 1 + N + 2 = 2N + 3

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 12

    Penyelesaian Soal 7.2.2 (lanjutan):7.2 Derajat Kebebasan

    Konstan:

    Jumlah Variabel

    A , AS , , U , CpF , CpV , CpL = 7Ki(T,P) = N

    Subtotal 1 = N + 7 Eksternal yg

    ditentukan :TF = 1

    zi = N 1

    Subtotal 2 = N

    Eksternal yg tidakditentukan :

    FF , FV , FL , P , T , h , Ts (atau wS) = 7

    xi , yi (untuk i = 1, 2, , N) = 2NSubtotal 3 = 2N + 7

    Jumlah Variabel: V = N+7 + N + 2N + 7 = 4N + 14

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 13

    Penyelesaian Soal 7.2.2 (lanjutan):7.2 Derajat Kebebasan

    DOF = V E = (4N + 14) (2N + 3) = 2N + 11

    Jumlah variabel eksternal yg ditentukan = N + 7 + N = 2N + 7

    Jumlah MV = Jumlah CV = DOF Jumlah Input Eksternal

    = (2N + 11) (2N + 7)

    = 4

    Dipilih 4 CV dari (2N + 7) unspecified variables

    9 T dan P untuk mendapatkan pemisahan yang diinginkan9 FF untuk mendapatkan produksi tetap9 h untuk menjaga level/volume cairan tetap

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 14

    Gambar 7.2.3. Konfigurasi Pengendalian Proses Flash Drum (Lengkap dengan sistem sensor/transmitter)

    7.2 Derajat Kebebasan

    T

    FF

    FLws

    FV

    P , T

    FT10

    FC10

    FSP

    LT10

    LC10 hSP

    PT10

    PC10

    PSP

    TT10

    TC10

    TSP

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 15

    Gambar 7.2.4. Penyederhanaan Gambar KonfigurasiPengendalian Proses Flash Drum (Contoh 7.2.2)

    7.2 Derajat Kebebasan

    T

    FF

    FLws

    FV

    P , T

    FC

    FSP

    hSP

    PSP

    TSP TC

    PC

    LC

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 16

    7.3 Penentuan KonfigurasiLoop Alternatif

    Untuk Sistem dengan N CV dan N MV

    Terdapat sekitar N! konfigurasi loop yang berbedaMisal, CV = 2 ; MV = 2 ; Konfigurasi Loop = 2 ! = 2 x 1 = 2Lihat Gambar Konfigurasi Loop Alternatif untuk proses 2 x 2Jika N = 3 Konf. Loop = 3 ! = 6

    N = 4 Konf. Loop = 4 ! = 24

    N = 5 Konf. Loop = 5 ! = 120

    MASALAH: memilih konfigurasi yang baik dari semua kemungkinan yang ada

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 17

    Gambar 7.3.1. Konfigurasi Loop Alternatif Proses 2 x 2

    PROCESS

    Controller

    Controller

    y1y2

    m1m2 PROCESS

    Controller

    Controller

    y1y2

    m1m2

    (a) (b)

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 18

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

    Kriteria Pemilihan Konfigurasi Loop Alternatif

    Secara Kualitatif:1. Pilih MV yang mempunyai efek langsung dan cepat

    terhadap CV

    2. Pilih pasangan MV dan CV yang memberikan time delay(td) sekecil mungkin

    3. Pilih pasangan MV dan CV dengan interaksi loop-loop pengendali sekecil mungkin

    Secara Kuantitatif (tidak dibahas dalam MKA ini)

    1. Teknik Singular Value Decomposition (SVD)2. Teknik Relative Gain Array (RGA)3. Penentuan Condition Number (CN)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 19

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

    Contoh 7.3.1: Menentukan konfigurasi loop alternatif untuk flash drum secara kualitatif

    Tinjau kembali Contoh 7.2.2:

    MV = 4 ; CV = 4 Konfigurasi Loop = 4 ! = 4 x 3 x 2 x 1 = 24CV FF , P , T , hMV FF , FL , wS , FV

    Bagaimana konfigurasi loop yang mungkin?

    Penyelesaian:

    1. Susun Kemungkinan Konfigurasi Loop Alternatif

    2. Eliminasi beberapa Alternatif berdasarkan analisis kualitatif

    3. Pilih Alternatif terbaik (satu diantara kemungkinan yang ada)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 20

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

    Tabel 7.3.1 Alternatif-alternatif konfigurasi loop untuk Flash Drum

    FVFVwSFL12FFFFwSFL11

    wSFFFVFL10

    FFwSFVFL9

    wSFVFFFL8

    FVwSFFFL7

    FLFVwSFF6

    FVFLwSFF5

    wSFLFVFF4

    FLwSFVFF3wSFVFLFF2FVwSFLFF1

    h DikontrolOleh

    T DikontrolOleh

    P DikontrolOleh

    FF DikontrolOleh

    No. Konf.

    best

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 21

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

    Tabel 7.3.1 Lanjutan

    FFFLFVwS24FLFFFVwS23

    FFFVFLwS22

    FVFFFLwS21

    FLFVFFwS20

    FVFLFFwS19

    FFwSFLFV18

    wSFFFLFV17

    FFFLwSFV16

    FLFFwSFV15FLwSFFFV14wSFLFFFV13

    h DikontrolOleh

    T DikontrolOleh

    P DikontrolOleh

    FF DikontrolOleh

    No. Konf.

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 22

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

    Argumentasi kualitatif untuk memilih konfigurasi loop alternatif terbaik:

    1. Pengaruh FF, FV, dan FL terhadap T adalah tidak langsung dan lambat, sedangkan wS berpengaruh langsung dan cepat terhadap T.

    pilih No. konf : 1 , 3 , 7 , 9 , 14 , dan 18

    2. Pengaruh wS dan FL terhadap P adalah tidak langsung dan lambat. FFdan FV adalah MV yang baik untuk P.

    dari seleksi pertama, pilih No. konf. : 3 , 7 , 9 , dan 14

    3. Dari No. konf. : 3 , 7 , 9 , dan 14 ; 3 adalah yang terbaik, karena:

    9 FL cepat untuk mengendalikan level (h) 9 FV dapat mengendalikan P secara langsung dan cepat

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 23

    7.3 Penentuan Konfigurasi Loop Alternatif

    Berdasarkan argumentasi kualitatif, diperoleh konfigurasi loop:

    FFFFFC

    FLhLC

    FVPPC

    wSTTC

    MVCVController

    Lihat Gambar konfigurasi loop pengendalian flash drum pada Contoh 7.2.2 !

    Tabel 7.3.2 Pasangan CV/MV pada konfigurasi pengendalian flash drum

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 24

    Tinjau proses yang disusun dari N unit yang berinteraksi satu dengan yang lain melalui aliran massa dan energi.Prosedur sistematik untuk menentukan konfigurasi pengendalian untukkeseluruhan proses:

    1. Kelompokkan proses menjadi blok-blok terpisah, dimana tiap blokberisi satu unit pemisah atau sejumlah kecil unit pemroses.

    2. Tentukan DOF, jumlah CV dan MV untuk tiap-tiap blok.

    3. Tentukan semua loop konfigurasi yang mungkin untuk tiap blok

    4. Gabungkan kembali blok-blok dengan loop konfigurasinya.

    5. Eliminasi konflik/pertentangan diantara sistem kendali dariberbagai blok

    7.4 Pengendalian Proses denganInteraski Unit-Unit

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 25

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Contoh 7.4.1: Konflik loop kendali pada unit-unit proses

    Unit 1 Unit 2

    Gambar 7.4.1. Proses dengan 2 unit seri

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 26

    Unit 1 Unit 2

    Konflik

    Controller

    Controller

    Gambar 7.4.2. Konflik loop pengendalian pada 2 unit-proses-seri

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    (a)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 27

    Gambar 7.4.2. Lanjutan

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Unit 1

    Konflik

    Controller

    Unit 2

    Controller

    (b)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 28

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Contoh 7.4.2: Membangun konfigurasi loop pengendalian untuk proseskimia sederhana (Lihat Gambar 7.4.2).

    Penjelasan proses:

    Reaksi A B eksotermis dilaksanakan dalam CSTR dengan pendinginjaket. Umpan reaktor dipanaskan awal memakai hasil reaksi dan steam. Pendingin dicabang dua, dilengkapi dengan pemanas dan pendingin (Qhdan Qc). Hasil reaktor didinginkan di HE dan dipisahkan dalam flash drum. Suhu drum diatur dengan pendingin air.

    Tujuan operasi:

    1. Menjaga konversi reaktor sebesar mungkin

    2. Menjaga laju produksi tetap

    3. Menjaga komposisi produk cair dari flash drum tetap

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 29

    Reactor

    A B

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Heating

    Coolant

    Cooling

    Coolant system

    Feed

    Steam

    Feed preheating

    Flash drum

    FC , TCO

    Fi , TO

    Fi , Ti , CAi

    Fi , TR , CA

    Vapor

    Liquid

    Tf , Pf

    Cooling water

    Gambar 7.4.3 Pabrik kimia (untuk contoh 7.4.2)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 30

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Langkah 1Membagi proses ke dalam 4 blok (lihat Gambar):

    (1) Coolant system, (2) Reactor, (3) Feed preheating, (4) Flash drum

    Langkah 2 & 3Menentukan DOF, MV, dan CV untuk tiap-tiap blok. Pilih konfigurasiterbaik dari tiap-tiap blok

    Coolant system

    Jml var. = 8 (Pcf , Tcf , Fc1 , Tc1 , Fc2 , Tc2 , Fc , Tco) di luar par. konstan

    Jml var. yang ditetapkan = 2 (Pcf , Tcf )

    Jml var. yang tidak ditetapkan = 6

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 31

    Coolant System

    Jml pers. Model = 4 NE pemanas ; NE pendingin ; NE pencampuran arus ; NM pencampuran arus

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    DOF = 8 4 = 4

    Jml MV = Jml CV = DOF Var yg ditetapkan = 4 2 = 2

    Fc2Fc1 + Fc26Fc1Fc1 + Fc25Fc2Fc14Fc1Fc23

    Fc1 / Fc2Fc1 + Fc22Fc1 & Fc2Fc1

    Tco dikendalikanoleh

    Fc dikendalikanoleh

    No. konf.CV = 2

    FcTco

    MV = 2

    Dipilih dari:

    Fc , Fc1 , Fc2 , Fc1 + Fc2 , danFc1/Fc2

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 32

    Heating

    CoolingTC

    FC

    Qh

    QC

    PCf , TCf , FC

    FC2 , TC2

    Coolant

    FC1 , TC1

    FC , TC0

    Gambar 7.4.4 Loop pengendali untuk unit pendingin (cooling system) dalam contoh 7.4.2

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 33

    Feed Preheating System

    Jml var. = 6 (Ws , To , Ti , Tr , Tint , Fi)

    Jml var. yang ditetapkan = 3 (To , Tr , Fi )

    Jml var. yang tidak ditetapkan = 3

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Jml pers. (model) = 2 : NE steam heater & NE FEHE

    DOF = 6 2 = 4

    Jml MV = Jml CV = DOF Var yg ditetapkan = 4 3 = 1

    CV = 1

    MV = 1

    Ti

    Ws

    Ws berpengaruh langsungdan cepat terhadap Ti

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 34

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    FeedFi , TO

    TC

    Steam

    WS

    Ti

    To Reactor

    Tint

    Reactor effluent

    Fi , TR

    To Flash Drum

    Gambar 7.4.5 Loop pengendali untuk feed preheating unitdalam contoh 7.4.2

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 35

    Reactor System

    Jml var. = 9 (V , Tr , CA , CAi , Ti , Fi , Fc , Tc , Tco)

    Jml var. yang ditetapkan = 4 (Fi , CAi , Ti , Tco (atau Fc) )

    Jml var. yang tidak ditetapkan = 5

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Jml pers. (model) = 3 : NM komp. A ; NE camp. reaksi & NE jaket pendingin

    DOF = 9 3 = 6

    Jml MV = Jml CV = DOF Var yg ditetapkan = 6 4 = 2

    CV = 2

    MV = 2

    CA , Tr

    Fi , Fc (atau Tco)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 36

    Fc (dgn TC sbg pengukuransekunder dalam Cascade

    control)Fi3

    FiFc (atau Tco)2

    Fc (atau Tco)Fi1

    Tr dikendalikan olehCA dikendalikan olehNo. konf.

    Konfigurasi alternatif untuk Reaktor

    Reactor System

    No. 1 : Tr dikendalikan dengan FBC konvensional

    No. 3 : Tr dikendalikan dengan Cascade Control (Advanced FBC)

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 37

    A BFC , TCO Fi , TR , CA

    TC

    TC

    CC

    Fi , CAi , Ti

    TR , V , CA

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Gambar 7.4.6 Loop pengendali untuk reactor unitdalam contoh 7.4.2

    A BFC , TCO Fi , TR , CA

    TC

    CC

    Fi , CAi , Ti

    TR , V , CA

    (a) Classical FBC in TC (b) Cascade Control in TC

    Alternatif (a) atau (b) dapat diterapkan pada reaktor contoh 7.4.2.

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 38

    Flash Drum System

    CV = 4 (Fi , Pf , Tf , h)

    MV = 4 (Fi , FV , FL , FW )

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Seperti contoh 7.3.1 (steam heating diganti cooling water)

    Terbentuk 24 konfigurasi

    Pilih yang terbaik

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 39

    Vapor

    Liquid

    Pf

    Cooling water

    LCh

    PCFC

    TC Tf

    FW

    Fi ,, TR , CA

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Gambar 7.4.7 Loop pengendali untuk flash drumdalam contoh 7.4.2

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 40

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Langkah 4Menggabungkan kembali keempat blok dengan konfigurasipengendaliannya. Untuk 4 blok secara keseluruhan mempunyai sekitar432 = (6x1x3x24) konfigurasi

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 41

    Heating

    CoolingTC

    FC

    Qh

    QC

    PCf , TCf , FC

    FC2 , TC2

    Coolant

    FC1 , TC1

    FC , TC0

    A BFi , TR , CA

    TC

    TC

    CC

    Fi , CAi , Ti

    TR , V , CA FeedFi , TO

    TC

    Steam

    WS

    Tint

    Vapor

    Liquid

    Pf

    Cooling water

    LCh

    PCFC

    TC Tf

    FW

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Gambar 7.4.8 Penggabungan konfigurasi pengendalian untukcontoh 7.4.2 sebelum penghilangan konflik

    Konflik Konflik

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 42

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Langkah 5Eliminasi konflik diantara loop-loop pengendali berbagai blok

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 43

    TC

    Heating

    CoolingTC

    Qh

    QC

    PCf , TCf , FC

    FC2 , TC2

    Coolant

    FC1 , TC1

    FC , TC0

    A BFi , TR , CA

    TC

    TC

    CC

    Fi , CAi , Ti

    TR , V , CA FeedFi , TO

    Steam

    WS

    Tint

    Vapor

    Liquid

    Pf

    Cooling water

    LCh

    PC

    TC Tf

    FW

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Gambar 7.4.9 Hasil konfigurasi pengendalian untuk contoh 7.4.2 setelah penghilangan konflik

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 44

    TUGAS: Perancangan Konfigurasi Pengendalian pada Proses denganInteraksi Unit-Unit (Gambar 7.4.10)

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

    Bagilah unit-unit proses (Gambar 7.4.10) ke dalam blok yang sesuai !

    Rancanglah sistem pengendalian proses untuk tiap-tiap blok ! Gabungkan sistem pengendalian proses pada tiap-tiap blok

    menjadi satu sistem pengendalian pabrik dilengkapi dengan argumentasi kualitatif untuk eliminasi konflik !

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 45

    CSTR

    Mixer

    Fresh ASteam

    HE-1

    Cooling water

    DT

    Recycle A

    Condenser

    Reboiler

    Steam

    Steam

    HE-2

    A B

    Product B

    Cooling water

    Gambar 7.4.10 Diagram alir proses pabrik (untuk TUGAS)

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 46

    Suatu pabrik mempunyai lima unit operasi (Gambar 7.4.10): TangkiPencampur (Mixer), Pemanas-1 (HE-1), Reaktor-Alir-Tangki-Berpengaduk (CSTR), Pemanas-2 (HE-2), dan Menara Distilasi (DT).Di dalam CSTR berlangsung reaksi fase cair A B, reaksi ini bersifat eksotermis sehingga reaktor harus dilengkapi dengan pendingin jaket. Hasil keluaran reaktor adalah campuran A dan B, dan dipanaskan dahulu di HE-2 sebelum diumpankan ke DT untuk proses pemisahan. Hasil bawah DT mengandung sebagian besar produk B. Hasil atas DTyang sebagian besar mengandung A direcycle kembali ke dalam proses dan dicampur dengan umpan segar A di Mixer. Sebelum diumpankan ke CSTR, campuran reaktan keluaran Mixer dipanaskan dahulu sampai suhunya mencapai suhu masuk reaktor di HE-1.

    Penjelasan Proses (Gambar 7.4.10)

    7.4 Pengendalian Proses dengan Interaksi Unit-Unit

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 47

    9 steps procedure for plantwide process control

    By Luyben et al., 1997

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 48

    Plantwide Control Design Procedure(Luyben et al., 1997)

    1. Establish control objectives2. Determine control degrees of freedom3. Establish energy management system4. Set production rate5. Control product quality and handle safety6. Control inventories (pressure and liquid level)7. Check component balances8. Control individual unit operations9. Optimize economic and improve dynamic

    controllability

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 49

    Plantwide control procedure

    Step 1. Establish control objectives9Assess steady-state design and dynamic

    control objectives for the process9These objectives include reactor and

    separation yields, product quality specifications, product grades and demand determination, environmental restrictions, and the range of operating conditions.

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 50

    Plantwide control procedureStep 2. Determine control degrees of freedom Count the number of control valves available For example: HDA process has 23 control valves

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 51

    Step 3. Establish energy management systemPlantwide control procedure

    9provide a control system that remove exothermic heats of reaction from the process

    9provide a control system that prevents propagation of the thermal disturbances

    9HDA alt. 6 has many mass and heat recycles

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 52

    Plantwide control procedure

    Step 4. Set production rate

    Establish the variables that dominate the productivity of the reactor and determine the most appropriate manipulator to control production rate

    This may be the feed flow to the process, the flow rate of recycle stream, the flow rate of initiator or catalyst to the reactor, the reactor heat removal rate, the reactor temperature, and so forth.

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 53

    Plantwide control procedure

    Step 5. Control product quality and handle safety

    Select the best valves to control each of the product-quality, safety, and environmental variables

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 54

    Plantwide control procedure

    Step 6. Control inventories (pressure and liquid level)

    Determine the valve to control each inventory variable (including all gas pressures and liquid levels)

    An inventory variable should typically be controlled with the manipulated variable that has the largest effect on it within that unit

    a flow controller should be presented in all liquid recycle loops

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 55

    Plantwide control procedure

    Step 7. Check component balances

    Identify how chemical components enter, leave, and are generated or consumed in the process

    Fresh reactant makeup feed stream can be manipulated to control reactor feed composition or a recycle stream composition

    Purge stream can also be used to control a recycle stream composition

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 56

    Plantwide control procedure

    Step 8. Control individual unit operations

    Establish the control loops necessary to operate each of the individual unit operations

    Control the reactor inlet temperature by manipulating the duty of furnace utility

    Cooling water flowrate can be used to control the separator temperature

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 57

    Plantwide control procedure

    Step 9. Optimize economic and improve dynamic controllability

    Establish the best way to optimize steady-state economic performance (e.g., minimize energy, maximize selectivity) or to improve dynamic response

    in particular case, a selective controller may be required

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 58

    Plantwide Energy Management

    reduce cooling and heating utility requirement

    install feed-effluent-heat-exchangers (FEHEs) around reactors and distillation columns

    However, Energy integration creates a new path of disturbance propagation; thus the control strategy is very important.

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 59

    Typical Heat-Integrated Plant

    Cold stream

    Coolant

    FuelFEHE

    Hot stream

    Furnace

    Cooler

    Reactor

    Hot stream

    Fuel

    Coolant

    Cold stream

    Furnace

    Cooler

    Reboiler

    FEHE-1 FEHE-2 Reactor

    (a) Single FEHE

    (b) Multiple FEHEs

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 60

    Heat Pathways in The Process

    Qh/c

    Qd QeEnvironment To

    THEnergy sources

    Process

    T

    Path #2Path #1

    Path #3

    Path 1: from inside the process and flows out

    e.g. heat generated by exothermic reaction is dissipated to the environment

    Path 2: conveys heat from the utilities to the process

    e.g. heat supplied by the furnace flows to the distillation columns and reaches its destination in the condensers

    Path 3: internal to the process; heat flows back and forth between different unit

    e.g. the heating and cooling circuit that starts from the reactor exit and goes through the FEHE units to heat up the cold feed streams that travel back to the reactor

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 61

    Control of Process-to-Process Exchangers

    Use of Auxiliary Exchangers

  • 7 PERANCANGAN PENGENDALIAN PROSES PABRIK YDH / INDALPRO / 62

    Control of Process-to-Process Exchangers

    Bypass control

    A. Controlling and bypassing hot stream

    B. Controlling cold stream and bypassing hot stream

    C. Controlling and bypassing cold stream

    D. Controlling hot stream and bypassing cold stream.