Date post: | 07-Jul-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | galihasyhari |
View: | 250 times |
Download: | 1 times |
of 16
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
1/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2014
Simulasi Prosesdalam Teknik Kimiamenggunakan
H Y S Y S 7 1
M. Asyhari Galih S.
Copyright © 2015Simulasi Proses Teknik Kimia menggunakan HYSYS 7.1M Asyhari Galih S
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
2/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Daftar Isi
Daftar I si ....................................................................................................................................................... 2
Pendahuluan ............................................................................................................................................... 5
Bab 12. Mendefinisikan Uni t Operasi Reactor : ............................................................................ 6
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
3/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Pendahuluan
Flowsheet sebuah proses merupakan bahasa dalam proses teknik kimia untuk
menjabarkan proses yang sudah ada atau sebuah hipotesa dalam sebuah detail
yang cukup untuk menyampaikan fitur yang penting.
Seorang chemical engineer mempelajari flowsheet dari sebuah proses dalam
konteks untuk menangani troubleshooting, seperti mencari mekanisme yang tidak
berfungsi dengan baik atau dalam rangka ekspansi dan modifikasi sebuah proses.
Hipotesa sebuah proses melibatkan bahan kimia baru atau sebuah modifikasi radikal
dari unit proses yang sudah beroperasi, untuk menjawab pertanyaan mengenai
kondisi operasi, ukuran alat dan perkiraan keuntungan.
Analisa atau simulasi adalah sebuah “tool” chemical engineer yang digunakan untukmenerjemahkan flowsheet sebuah proses, menentukan letak malfungsi dan untuk
memprediksi performa dari beberapa proses. Dengan bantuan sebuah program
simulasi proses, seorang chemical engineer dapat membuat model steady state dan
dinamis untuk perancangan pabrik, monitoring kinerja, troubleshooting, improvisasi
operasi, perencanaan bisnis dan manajemen aset.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
4/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Bab 12. Mendefinisikan Unit Operasi Reaktor
Definisi simulasi Reactor
Untuk mensimulasikan reaktor, user diminta untuk menentukan bagian arus
produk cair dan bagian produk uap. Prosedur ini berlaku untuk semua jenis
reaktor, kecuali pada reaktor plug flow. Rektor plug flow hanya memiliki satu
arus produk saja.
Kondisi operasi semua reaktor, mula-mula diasumsikan beroperasi secara
adiabatis. Hanya saja jika ditambahkan suatu arus energi, maka perlu
ditambahkan nilai temperatur keluar reaktor atau nilai besarnya energi masuk.
Asumsi proses secara adiabatis tidak berlaku pada kasus Reaktor Plug Flow
dan Reaktor Gibbs. Sedangkan reaksi kimia pada reaktor dapat dipilih pada
jendela utama masing-masing reaktor. Perubahan pada reaksi kimia akan
berakibat pada kondisi operasi reaktor.
Plug Flow Reactor
Plug F low Reactor dapat digunakan dalam pemodelan
reaksi berjenis Kinetic, Kinetic (Reverse Equilibrium),
pemodelan reaksi Langmuir-Hinshelwood, atau
kombinasi ketiganya dalam suatu Set Reaksi.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
5/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
CSTR Reactor
Reaktor CSTR dapat digunakan untuk
memodelkan reaksi jenis Kinetics, Kinetic,
Kinetic (Reverse Equilibrium), pemodelan reaksi Langmuir-Hinshelwood, atau kombinasi
ketiganya dalam suatu Set Reaksi.
Gibbs Reactor
Gibbs Reactor memiliki karakterisasi unik diantara
unit Reactor lainnya. Pada reaktor Gibbs, user
tidak diminta untuk memasukkan Set Reaksi agar
perhitungan dapat berjalan. Reaktor Gibbs selalu
mengkalkulasi kondisi kesetimbangan pada titik
Energi Bebas Gibbs terendah. Reaksi pada kondisi
Energi Bebas Gibbs mengasumsikan
kesetimbangan terjadi pada semua interaksi antar
komponen, sehingga konstanta kesetimbangan
individual komponen diasumsikan sama.
Pada tab [Reactions], reactor Gibbs dapat mengkalkulasi sebagaimana reaktor
Equilibrium, tentunya dengan menambahkan Set reaksi Equilibrium. Dapat
juga dilakukan pemodelan sebagaimana unit Separator Flash dimana tidak ada
reaksi pada reaktor tersebut.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
6/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Equilibrium Reactor
Equi lbr ium Reactor hanya dapat memodelkan Set
Reaksi Equilibrium.
Namun berbeda dengan Reaktor Gibbs, reaktor
Equilibrium memperhitungkan kondisi
kesetimbangan antar komponen reaktannya.
Conversion Reactor
Conversion Reactor tentunya hanya dapat
memodelkan reaksi berjenis Conversion. User
dapat menggunakannya untuk memperhitungkan
seberapa banyak reaktan yang dapat dikonversikan
menjadi produk. Reaktor Conversion juga dapat
digunakan untuk suatu rangkaian reaksi
berkesinambungan, dimana produk pada reaksi
sebelumnya dapat menjadi reaktan pada reaksi
selanjutnya.
General Reactor
General Reactor menyerupai kombinasi antara
reaktor CSTR dan reaktor Equil ibrium . Jika yang
diinputkan adalah reaksi berjenis Kinetic
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
7/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Berbeda dengan jenis reaktor lainnya, Reaktor General memungkinkan model
perhitungan antara persamaan yang berbeda. User dapat mengkombinasikan
reaksi kinetik dan reaksi equilibrium dalam suatu Set Reaksi. Namun reaktor
General tetap tidak bisa memodelkan reaksi Conversion. Kombinasi reaksi
yang berbeda akan diset sebagai tipe reaksi campuran dan diinputkan pada set
reaksi General. Akan tetapi, memverifikasi akurasi dan metode perhitungannya
tetap belum bisa dipastikan. Karena itu, perlu dilakukan perbandingan hasil
perhitungan menggunakan reaktor yang lebih spesifik.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
8/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Bab 13. CSTR Reaktor
Menambahkan CSTR Reactor
Ada 2 cara yang dapat dilakukan untuk menambahkan unit operasi reaktor
pada simulasi proses :
1. Pada menu Flowsheet > Add Operation pada jendela utama.
2. Klik pilihan Reactors.
3. Dari daftar unit operasi yang tersedia pilih Continuous Stirred Tank
Reactor.
4. Klik tombol Add.
Atau
1. Pilih menu Flowsheet > Pallete, akan muncul jendela Object Pallete.
Dapat pula dilakukan dengan menekan tombol F4.
2. Untuk continuous stirred tank reactor, klik ikon CSTR .
Jendela unit operasi CSTR Reactor
Pada bagian property di jendela unit operasi CSTR Reactor, akan muncul
beberapa jenis tab :
- Design
Tab [Design] terdiri dari beberapa bagian seperti berikut ini :
Bagian Keterangan
Connections Menghubungkan antara umpan, produk dan arus energi kedalam reaktor.
Parameters Menentukan parameter perpindahan panas dan penurunantekanan pada rektor.
User
VariablesMemungkinkan untuk menciptakan dan menerapkan uservariable kita sebagai variabel pada operasi simulasi
Notes Menambahkan keterangan yang berhubungan dengan unitoperasi.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
9/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Gambar Jendela Design > Connections CSTR Reactor
1.1 Bagian Connections
Pada bagian halaman Connections, terdiri dari objek yang tersusun dalam
tabel sebagai berikut :
Objek Input data
Name Merupakan nama dari reaktor. Penamaan reaktor dapatdiubah sesuai dengan keinginan.
Inlets / Feed
StreamsMenghubungkan umpan arus material baik tunggalmaupun beberapa arus umpan, jika umpan telahterdefinisikan sebelumnya, dapat dipilih melalui daftaryang ada.
Vapour
OutletMenghubungkan arus produk uap dari reaktor. Dapatdidefinisikan langsung maupun dipilih dari daftar arusmaterial yaang sudah ada.
Liquid Outlet/ Product
Stream
Menghubungkan arus produk cair dari reaktor. Dapatdidefinisikan langsung maupun dipilih dari daftar arusmaterial yaang sudah ada.
Energy(Optional)
Menghubungkan atau membuat arus energi yangdiperlukan pada kondisi operasi.
FluidPackage
Pemilihan fluid package yang berhubungan dengan reaktor.
1.2 Bagian Parameters
Bagian halaman Parameters dapat digunakan untuk menspesifikasikan
penurunan tekanan, volume vessel, duty dan karakter perhitungan
reaktor.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
10/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Gambar Jendela Design > Connections CSTR Reactor
Objek Keterangan
Delta P /Pressure Drop
Menerangkan penurunan tekanan pada reaktor.Penurunan tekanan didefinisikan sebagai berikut :
(8.1)
dimana :P = tekanan reaktorPv = tekanan arus produk uapPl = tekanan arus produk cair
Pfeed = tekanan arus umpan(diasumsikan sebagai tekanan terendah
dari semua arus umpan)ΔP = penurunan tekanan pada reaktor
= biasanya mendekati 0
Duty Jika ditambahkan suatu arus energi, dapat dipilihdigunakan untuk memanaskan atau mendinginkandengan memilih opsi yang sesuai.Duty dapat dispesifikasikan atau dikalkulasi olehHYSYS. Jika diinginkankan hasil dikalkulasi olehHYSYS, harus dispesifikasikan suhu keluar arus produkreaktor.Kesetimbangan energi steady state Reactor
didefinisikan sebagai berikut :
(8.2)dimana :
Duty = pemanasan atau pendinginan sebagai pilihan jenis arus energi.
H vapour = Arus energi dari arus produk uap
H liquid = Arus energi dari arus produk cairH feed = Aliran panas dari arus umpan
Dasar perhitungan entalpi yang digunakan oleh HYSYSadalah sama dengan entalpi gas ideal pada 25°C dan 1atm.Sebagai hasilnya, perhitungan panas reaksiterkonversi menjadi perbedaan entalpi antara produkdengan reaktan.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
11/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Heating /Cooling Jika user mengganti dari Pemanasan menjadiPendinginan (atau sebaliknya), kuantitas arus energitidak berubah.Tetapi, terdapat perbedaan penandaan dikesetimbangan energi. Saat pemanasan, duty dalamposisi penambahan. Saat pendinginan, duty dalamposisi pengurangan.
Volume Volume total dari reaktor dan dispesifikasikan.Saat tidak dibutuhkan untuk menyelesaikanperhitungan Conversion, GIBBS, atau reaktorEquilibrium mode Steady State. Nilai ini harusdiinputkan sebagai CSTR.Volume reaktor, bersamaan dengan penyetingan levelpoint, menentukan jumlah holdup pada reaktor.Jumlah volume cairan atau holdup pada vessel disuatu waktu tertentu, dapat dijabarkan dalampersamaan sebagai berikut :
(8.3)
Dimana :
PV(%Full) = liquid level in the vessel
Volume reaktor diperlukan ketika memodelkan reaktorpada mode steady state, dengan data tersebut dapatditentukan waktu tinggal.
Liquid Level Menampilkan level cairan reaktor yangmenggambarkan presentase Volume Reaktor Penuh.
Liquid Volume Tidak ditentukan oleh user, namun nilai ini dikalkulasidari produk reaktor dan fraksi level cairan. Nilai inihanya dapat aktif ketika kotak isian Volumemengandung nilai masukan yang pasti.
Act as aSeparator WhenCannot Solve
Hanya tersedia untuk reaktor Conversion dan
Equilibrium, pilihan ini memungkinkan kita untukmengoperasikan reaktor sebagai sebuah separator 2fase sederhana dimana reaktor tidak terselesaikan.
Single Phase
Memungkinkan user untuk menspesifikasikan reaksifase tunggal. Jika tidak maka HYSYS akanmempertimbangkan kondisi tersebut sebagai reaksiuap-cair.
Type Opsi ini hanya tersedia untuk reaktor Gibbs, ada duapilihan untuk jenis reaktor yang Anda pilih :• Separator. Reaktor Gibbs dua fase.• Three Phase. Reaktor Gibbs tiga fase.
- Reactions
User dapat menambahkan Set Reaksi kondisi operasi reaktor di tab
[Reactions]. Pemilihan jenis Set Reaksi dapat dilakukan di jendela bagian
Details, sedangkan hasil perhitungan dapat ditampilkan pada bagian
Results . Set Reaksi pada Reactor CSTR hanya dapat mengkalkulasi reaksi
“Conversions”.
Konversi aktual dapat dihitung berdasarkan presentase komponen
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
12/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
pereaksi pembatas yang bereaksi dalam reaktor.
Dimana : X = % konversi aktual
NA in = Laju alir pereaksi pembatas masuk ke reaktor
NA out = Laju alir pereaksi pembatas keluar dari reaktor (dalam
basis yang sama dengan laju alir inlet)
Gambar Jendela tab [Reactions] > Details
Bagian halaman Details , terdiri dari 4 objek berikut ini :
Object Description
Reaction Set User dapat memilih Set Reaksi Conversion yangsesuai.
Reaction Pemilihan Reaksi Conversions yang sesuai denganreaksi di dalam Reaction Set.
View Reaction
buttonMenampilkan Reaksi terpilih dari daftar Reaksi yangada.
[Radio buttons] Ada 3 pilihan tampilan, yaitu :•Stoichiometry •Basis •Conversion
Dapat digunakan pada setiap kelompok ReaksiConversions yang ada.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
13/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Bagian halaman Results menampilkan hasil dari Reaktor yang sudah
konvergen. Ada 2 pilihan pada halaman Results , yaitu :
1.1 Opsi Reaction Extents
Tampilan hasil reaksi pada opsi Reaction Extents adalah sebagai
berikut :
Gambar Jendela tab [Reactions] > Results
Rangkuman hasil reaksi dapat ditampilkan oleh Reaktor yang telah
konvergen, berisi data sebagai berikut :
Hasil Perhitungan Keterangan
Rank Menampilkan peringkat masing-masing reaksi. Padareaksi bertingkat, peringkat reaksi yang lebih rendahakan muncul terlebih dahulu.Setiap kelompok reaksi dengan peringkat sama,konversi reaksi total akan berkisar antara 0 – 100%.
Actual %Conversion
Menampilkan presentase komponen pereaksipembatas pada arus umpan yang telah beraksi.
Base Component Reaktan yang menjadi dasar perhitungan reaksiConversion.
Rxn Extent Daftar angka perbandingan pereaksi pembatas yang
bereaksi dibagi dengan koefisien stoikiometri reaktantersebut.
1.2 Opsi Reaction Balance
Reaction Balance menampilkan rangkuman keseluruhan komponen
pada Conversion Reactor.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
14/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Gambar Jendela tab [Reactions] > Results
Hasil perhitungan dapat ditampilkan setelah perhitungan reaktor
konvergen. Variabel laju alir Total Inflow, laju Total Reacted dan laju
Total Outflow pada masing-masing komponen ditampilkan dalam
basis molar. Tanda negatif penanda komponen reaktan, sedangkan
tanda positif penanda komponen produk.
- Rating
Bagian tab [Rating] melputi input data Sizing, Nozzles, dan Heat Loss.
Sekalipun ketiga informasi tersebut belum tepat digunakan pada kondisi
Steady State, namun Sizing dapat digunakan untuk menghitung waktu
tinggal (hold up time).
Gambar Jendela tab [Rating] > Sizing
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
15/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
- Worksheet
Tab [Worksheet] menampilkan rangkuman informasi data pada arus
material dalam simulasi proses.
- Dynamics
Tab [Dynamics] mengatur input data yang diperlukan pada mode
Dynamics. Jika simulasi berlangsung pada mode Steady State, tidak perlu
menginputkan data pada tab ini.
8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR
16/16
Modul Pelatihan HYSYS 7.1
Professional Training CentreCopyright © 2015
Refferensi
Aspentech, 2009, “ASPEN HYSYS Unit Operations Guide”, Massachusets :
Aspen Technology, Inc