asp00pengantarpembelajaran

Struktur Dasar Sistem Proses Kimia
Feedback/Recycling/Recovery
Output
sistem
Input
sistem
Sistem Reaktor
Sistem Separasi
Sistem Energi
Sistem kontrol dan safety
2
Skema Tugas Analisis dan Sintesis
Analisis
x
Sintesis
y=?
y
x
?
Diberikan
Diinginkan
Tugas
: input dan sistem
: cara model berfungsi
dan output
: - Dekomposisi
- Pemodelan
- Simulasi
Diberikan
Diinginkan
Tugas
: input dan output
: disain sistem
: - Sintesis
- Evaluasi
- Optimasi
- Kontrol
3
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
4
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
5
Intrikasi dan Kompleksitas
Keruwetan (intricacy) dari sebuah sistem
ditentukan oleh jumlah elemen-elemennya
 Kompleksitas dari sebuah sistem ditentukan
oleh jumlah dan jenis interkoneksi antarelemen dan berlipatgandanya elemen yang
berbeda-beda.

6
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
7
Konsep Sistem dari sistem proses
x
x
y
x
y
Sistem S
Decomposition
Analisis
S
x
y
Y
Aggregation/Integration
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
8
8. Sistem Industri Kimia
dan Yang Terkait
Hirarki
Obyek
Teknologi
Kimia
7. Pabrik Kimia
6. Proses
5. Tahapan Proses
(Kelompok Proses)
4. Unit/Kelompok Proses
(Makroproses)
3. Subproses
2. Elemen Volume
(Mikroproses)
1. Proses Elementer
9
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
10
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)
11
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
12
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
13
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)

14
6. Proses
Gabungan dari tahapan proses atau unit
proses
 Dicirikan dengan produksi bahan kimia yang
dapat dipasarkan

15
7. Pabrik Kimia
Beberapa proses dapat digabungkan dalam
satu rentetan proses (process train)
 Rentetan proses dicirikan oleh :

pemrosesan sempurna dari feedstock awal, atau
 pemrosesan lebih lanjut dari produk yang
dihasilkan dalam sistem tersebut


Industri kimia kebanyakan menyatukan
beberapa rentetan proses atau dicirikan
dengan satu rentetan proses saja
16
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

17
Tingkatan Hirarki dari Proses dan Sistem pada Teknik Proses
Tingkatan Hirarki
Sistem
Kimia dan industri terkait
Contoh yang Khas

Pabrik Kimia/Plant

Proses/ Plant

Total dari semua proses minyak dan
perusahaan petrokimia dari negara
atau kawasan
Penghubung dari semua stage pada
proses minyak dan petrokimia dalam
satu produk akhir khusus. (contoh
polietilena)
Distilasi minyak mentah dan Sintesis
Amonia
Proses
Tahapan Proses/Grup Proses

Unit Proses/Proses Makro
Karakteristik Proses Parsial


Elemen Volume/Mikro proses

Proses ELementer/Efek Dasar

Sistem Pemanas buangan reaktor dari
sintesis amonia/ Stirred tank reactor
cascade.
Kolom distilasi / Reaktor
Permukaan Katalis/ Tray dari Kolom
Distilasi
Butiran Katalis/tetesan/gelembung
gas
Reaksi Kimia/Konduksi/Konveksi
dari massa dan energi.
18
Kemungkinan Informasi yang
Dipertimbangkan dalam Agregasi
Berhubungan dengan
Waktu
Perilaku kuasistatik
Berhubungan dengan
tempat
Pengabaian koordinat
Kesetimbangan
Pengabaian gradien tempat
Irreversibilitas



Penggunaan koefisien
transportasi yang efektif
Pengabaian fase (kuasi
homogenitas)
Idealisasi proses atau
kombinasinya
Berhubungan dengan
aliran
Merata-ratakan sifat-sifat
aliran
Penggunaan fungsi distribusi
rata-rata sistem dispersi
Pengumpulan aliran
19
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
20
Pohon Target dalam Disain Sistem
Reaksi
RS1
Aktivasi mode/hubungan fase
AP1
RS1
RS2
SS1
HES
1
HES
2
AP2
RS3
SS2
HES
3
RS4
SS3
HES
4
RS5
RS6
RS7
Sistem Reaktor
Sistem pemisahan
Sistem Penukar Panas
21
Langkah-Langkah Utama Layout Sistem dan
Analisis Sistem
Sintesis (desain
sistem)
Analisis/permodelan
dan simulasi
Tujuan
Spesifikasi
permintaan
Sistem yang
diberikan
Evaluasi Dan Optimisasi
(multiobyektif)
Tdk
Apakah system
memiliki sifat-sifat
yang diinginkan ?
Ya
22
Rujukan

Diktat Kuliah (diambil dari buku Analysis and
Synthesis of Chemical Process Systems –
Klaus Hartman dan Klaus Kaplick)
Modul 1
 Modul 2

23
Evaluasi
Absensi
 Quiz
 Presentasi 1
 Presentasi 2

: 10%
: 25%
: 30%
: 35%
24
Analisis Sistem Proses
Contoh Simulasi Proses
Gravity-Flow Tank
F0
h
F
Model
K F gc 2
dv g
 h
v
dt L
Ap
dh
1

( F0  F )
dt
AT
F  vAp
Merubah Model ke ithink
Rate/Flow masuk
Level/Stock
K F gc 2
dv g
 h
v
dt L
Ap
dh
1

( F0  F )
dt
AT
F  vAp
Auxiliary/Converter
Rate/Flow kel
Model ithink: Model Utama
v
v rate in
v rate out
h
h ra te i n
h ra te o ut
Model Lengkap
v
v rate in
g
v rate ou t
Ap
L
KF
gc
h
h rate out
h rate in
F0
AT
F
rho
Persamaan Gravity Tank
Kecepatan(t) = Kecepatan(t - dt) + (kenaikan_kecepatan - penurunan_kecepatan) * dt
INIT 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) * dt
INIT Ketinggian = 1.2
F0
INFLOWS:
laju_ketinggian = Laju_alir_masuk/luas_tangki
OUTFLOWS:
laju_surut = laju_alir_keluar/luas_tangki
berat_jenis = 62
gc = 32
gravitasi = 32
koefisien = 2.81e-2
laju_alir_keluar = Kecepatan*luas_pipa
Laju_alir_masuk = 35.1
luas_pipa = 7.06
luas_tangki = 113
panjang_pipa = 3000
h
F
Buatlah grafik:
1.Ketinggian dan kecep
2.Ketinggian VS Kecep
h vs v
1: h v. v
6.00
4.00
2.00
1.00
Graph 2 (Untitle d)
4.50
h
8.00
9:38 AM Fri , Ap r 02, 200 4