PERANCANGAN PROSES KIMIA(CHEMICAL PROCESS DESIGN)( )Kode Mata Kuliah : TKK 345 (New Curriculum) Beban : 3 SKS

Section 2 oleh: Dr Istadi ST MTSection 2 oleh: Dr. Istadi, ST, MT

1

Lit tLiteratures:Seider, W.D., J.D. Seider, Lewin, D.R., 2004, Product & Se de , . ., J. . Se de , e , . ., 004, oduc &Process Design Principles: Synthesis, Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, Inc., New YorkTurton, R., Bailie, R.C., Whiting, W.B., Shaeiwitz, J.A., 2003, Analysis, Synthesis and Design of Chemical Process  Prentice Hall PTR  New JerseyProcess, Prentice Hall PTR, New Jersey

2

TIKTIKMampu memahami prinsip dasar dan tahap‐tahap perancangan proses kimia.p g pMampu memahami dam menjelaskan struktur dan sintesis proses pada flow diagram.Mampu memahami dan menjelaskan rule of tumb sintesis Mampu memahami dan menjelaskan rule of tumb sintesis proses kimiaMampu memilih system separator dan system reactor pada proses kimiaproses kimiaMampu menggunakan software/simulator untuk sintesis dan simulasi proses kimiaMampu memahami dan menjelaskan dasar‐dasar sintesis Mampu memahami dan menjelaskan dasar‐dasar sintesis jaringan pemanas, reaktor, dan separator.Mampu mendesain jaringan pemanas, reaktor, dan separator dengan efifiensi yang tinggidengan efifiensi yang tinggi.

3

SILABUSSILABUSPrinsip Dasar dan Tahap‐tahap Perancangan Proses Kimiap p p gStruktur dan Sintesis Process Flow DiagramHeuristic/Rule of Thumb Sintesis ProsesPemilihan Sistem Separator Pemilihan Sistem ReaktorSi l /S f   k Si i  d  Si l i PSimulator/Software untuk Sintesis dan Simulasi ProsesDasar‐dasar Sintesis Jaringan PemanasDesain Jaringan Reaktor SeparatorDesain Jaringan Reaktor‐SeparatorKonsep Integrasi ProsesStudi Kasus.Studi Kasus.

4

Rancangan Kuliah Section 2Rancangan Kuliah Section 21. Dasar‐dasar Penggunaan CHEMCAD/HYSYS2. Perancangan Sistem/jaringan Reaktor3. Tugas 1 dan Pembahasannya

 Si /j i  4.Perancangan Sistem/jaringan Pemanas5. Perancangan Sistem/jaringan Separator & Recycle6 Tugas 2 dan Pembahasannya6.Tugas 2 dan Pembahasannya7. Studi Kasus8.Ujian Section 28.Ujian Section 2

5

SimulasiSimulasi ProsesProses ????SimulasiSimulasi ProsesProses ????

S t h t k l k k b• Suatu usaha untuk melakukan percobaan, analisa, optimasi, dan karakterisasifenomena-fenomena dalam industrifenomena fenomena dalam industriproses tanpa melakukan langsung dilapangan.

• Memindahkan proses yang berlangsung dipabrik ke dalam perangkat lunakkomputerkomputer.

SEJARAH SIMULATORCa 1960  Research Simulators (PACER from Purdue University)1965  Industry in house program (CHEOPS from Chevron)1970  FLOWTRAN (from Monsanto)

DESIGN/2000 (from Chemshare)DESIGN/2000 (from Chemshare)FLOWPACK, CAPES.

1975  PROCESS (from Simulation Sciences/SimSci)1980  ASPEN (from MIT and DOE)  ASPENTECH1981  PRO/II (from Simulation Sciences)

SPEED UP for dynamic simulationQUASILIN ADVENT (from England)HYSIM (from Hyprotech)HYSIM (from Hyprotech)CHEMCAD (from Chemstations Inc.)

SEJARAH SIMULATOR (C )SEJARAH SIMULATOR (Cont.)Awal 1990  Advanced application (pinch analysis, conceptual 

design)ENPRO (for environmental process)MAX (from ASPENTECH)MAX (from ASPENTECH)PROvision (from SimSci)

1995  Pengembangan ASPENPlus dan PRO/IIHYSIM became HYSISV d d   l i b k di ifik iVendor‐vendor mulai mengembangkan diversifikasi

produkAkhir 1990‐an  Penggabungan perusahaan‐perusahaan software development

SimSci dibeli oleh InvenSys‐ SimSci dibeli oleh InvenSys‐Hyprotech oleh AEATech‐ dan akhirnya diakuisisi oleh ASPENTECH

Apa yang dapat dilakukan dengan ChemCAD? (cont’d)

PENDIDIKAN‐Memberikan gambaran nyata kepada mahasiswa mengenaig y p gkarakteristik sebuah proses dan unit operasi.‐Membantu pemahaman mahasiswa terhadap konsep dasarsuatu proses melalui simulasi.

b k b k d h h d k‐Memberikan gambaran kepada mahasiswa terhadap aspek‐aspek praktis industri kimia melaluisimulasi suatu industri.Mengiring imajinasi mahasis a pada proses ang sebenarn a‐Mengiring imajinasi mahasiswa pada proses yang sebenarnyaterjadi.‐Menarik perhatian mahasiswa karena kecanggihan danmodernitas simulatormodernitas simulator.‐ Sebuah tools untuk melengkapi kompetensi lulusan teknikkimia.

Contoh mata kuliah yang dapat menggunakan simulator

Azas Teknik Kimia (Neraca Massa dan Azas Teknik Kimia (Neraca Massa dan Energi)TermodinamikaO i T k ik Ki i  (P i h  Operasi Teknik Kimia (Pemisahan Difusional, Mekanika Fluida)Alat‐alat industri Kimia

Azas Teknik Kimia 29%Operasi Teknik Kimia 31%

Perpindahan panas (HE)Teknik Reaksi KimiaPengendalian Proses

Pemisahan Difusional 57%Mekanika Fluida 7%Termodinamika Teknik Kimia 36%Teknik Reaksi Kimia 18%g

Tugas Akhir ‐‐> Prarancangan Pabrik Pengendalian Proses 52%Perpindahan Panas 13%Prarancangan Pabrik 94%

Dahm, et. al (2002)Dahm, et. al (2002)

APLIKASI CHEMCADAPLIKASI CHEMCADDistilasi/ekstraksi/absorpsi(Batch dan Kontinyu)

• Perhitungan kesetimbangan fasa uap-cair (VLE)(Batch dan Kontinyu)

Reaksi (Batch dan Kontinyu)Proses‐proses elektrolitikPerhitungan sifat fisik dantermodinamika

fasa uap cair (VLE), uap-cair-cair (VLLE), cair-cair (LLE).

• Perhitungan ukuran peralatan (equipment sizing)termodinamika (equipment sizing)

• Perhitungan perpindahan panas

• Piping system• Heat exchanger networkHeat exchanger network • Utility network• Safety analysis

• Neraca massa dan energi• Plotting• Perkiraan harga peralatang p• Solid handling

DATA DATA ENGINEERINGDATA‐DATA ENGINEERING

Bank data untuk sifat fisikdan termodinamika (lebihdari 2000 bahan kimia danelektrolit)Bank data BIP’s untukpersamaan koefisienpersamaan koefisienaktivitasBank data elektrolitB k d t  i t k iBank data interaksifasa uap

ChemCAD 5 5 (chemicals)ChemCAD 5.5 (chemicals)2150 senyawa kimia5 yOrganik, an‐organik, elektrolit, bahan kimia formulasi (dengan merk dagang)Fasa (gas, cair, padat)Dapat ditambahkan senyawa lain (yang belum ada)Dapat dieditDapat dieditMetode searching  nama (kimia/dagang), rumus molekul, nomor urut (ChemCAD library), ( y)

METODE TERMODINAMIKAlK‐Value

> Hidrokarbon : Peng‐Robinson, Soave‐Redlich‐Kwong (SRK), K‐chart, API Soave, dll> Chemicals : NRTL, UNIFAC, Wilson, UNIQUAC, Margules, Van Laar, dllg> Polymers : UNIFAC for polymers, Florry‐Huggins> Sistem khusus/spesial : Amines, sour water, dll> Lain‐lain : Henry,s gas law, vapor pressure, K‐tables

EntalphiEntalphi> Hydrocarbon dan petrokimia : BWRS, Peng‐Robinson, Soave‐Redlich‐Kwong (SRK), Lee‐Kessler, dll

> Chemicals : Latent heat, integral heat of solution> Water : steam tables> Lain‐lain : amines, polynomial, H‐tables. 

Satuan OperasiSatuan OperasiReaktor

Reaktor stoikiometriReaktor kesetimbangan

GeneralGeneralMetanasiShift konversi

R k  GibbReaktor GibbsReaktor kinetik

CTSRPFR

Reaktor batch

Gas/Vapor Liquid SeparationGas/Vapor‐Liquid SeparationDistilasiDistilasi

ShortcutRigorousgTower plus (side stream, multiple feed, pump around, intercooling)Distilasi reaktifDistilasi reaktif

AbsorpsiFlashFlashComponent separator

Perpindahan PanasPerpindahan PanasHeat Exchanger (one‐sided, two sided)eat c a ge (o e s ded, t o s ded)Heat Exchanger (shell and tube, double pipe, air‐colled, plate and frame)Heat exchanger (sensible heat, latent heat, condensation, evaporation)Furnace

SOLID HANDLINGSOLID HANDLINGCrystallizeryCentrifugal filterCycloneWasherVenturi ScrubberBaghouse filterScreenH d lHydrocycloneVaccum filterElectrolitic PrecipitatorDryerDryerSedimentation separatorCrusher/grinder

Pengaliran BahanPengaliran BahanPompao paFeed and ProductKompresor/Ekspanderp / pPipeStreamValveMixer/divider

EQUIPMENT SIZINGEQUIPMENT SIZINGTray (sieve, valve, bubble cap)Packing (random and stuctured)PipesPipesHeat Exchanger (Shell and Tube, Air‐cooled, Plate and Frame, double i )pipe)

Pressure vesselsOrificesControl valvesRelief valves

PlottingPlottingTP‐xy diagramy d ag aPhase envelopeResidue curveBinodal plotHeat curveComposite curveDistillation curveDynamic curve

DYNAMIC SIMULATIONBatch distillationBatch reactorsBatch reactorsPID controllerControl valveControl valveDynamic vesselRAMP controllerRAMP controller

SOFTWARE ???Just TOOLS………

It’s useless to operate withoutIt s useless to operate without…….Chemical Engineer’s mind andSense of engineeringSense of engineering

Good process knowledge and experiences

METHANOL CO-PRODUCTION IN AMMONIA PLANT

CARBONDIOXIDE REMOVAL WITH LEAN BENFIELD

FORMALDEHYDE PRODUCTION FROM METHANOL OXIDATION

DASAR‐DASAR PENGGUNAAN CHEMCAD / HYSYSCHEMCAD / HYSYS

27

Flash & RecycleFlash & Recycle

28

DISTILLATION COLUMNDISTILLATION COLUMN

29

Shortcut Column untuk Prediksi J l h St d F d StJumlah Stage dan Feed Stage

30

Shortcut Column SpecificationShortcut Column Specification

31

Plate Column from Shortcut ColumnColumn

32

Plate Column SpecificationPlate Column Specification

33

34