analisis sistem proses “non - isothermal cstr”

Analisis Sistem Proses

“NON - ISOTHERMAL CSTR”

Lecturer : Ir. Abdul Wahid,MT Ir. Tania Surya Utami,MT

Presenter : Sang Made Kresna Andika Maruti Wulandari

Gas and Petrochemical Engineering Department University of Indonesia

Outline

Kesimpulan

Rumuskan Modelnya

Definisikan Sasaran

Siapkan Informasi

ValidasiHasil

Tentukan Solusinya

AnalisisHasilnya

1

2

3

4

5

6

Alir Pemodelan

( 6 Tahap Pemodelan )

Definisikan Sasaran

Tujuan : Mengetahui respon dinamik dari model dan mengetahui variabel output dari sistem (analisis)

Variabel : V,F,CA,T dan Tj

Lokasi : Reaktor CSTR dan Jaket Pendingin

Siapkan Informasi

Sketsa Proses Data Asumsi

Data

Sistem cairan dalam reaktor dan jaket pendingin

Reaksi eksotermik irreversibel dengan n orde reaksi

Persamaan reaksi : A B Variabel yang diketahui T0,F0, CA0, Fj

Reaktor CSTR Non-Isothermal

Sketsa Proses

F

CA

T

Fj

Tj0

CA

TV

F0

CA0

T0

Tj

Vj

Fj

Tj

Variabel output

Jaket Pendingin

Variabel Input

Konstan

SISTEMCSTR Non-Isothermal

Asumsi

Kehilangan panas dari sistem ke lingkungan diabaikan (Adiabatis)

Akumulasi energi di dinding reaktor diabaikan Temperatur cairan pendingin uniform Pengadukan sempurna Volume cairan pendingin konstan Massa dinding reaktor diabaikan Densitas konstan

Struktur Model

Neraca Komponen A

Persamaan Konstitutif

Neraca Energi

Derajat Kebebasan

Model

Initial parameters:

T0,F0,CA0,Fj

n,,,E,R,Cp

U,AH,j,Vj,Cj

Tj0,Kv,Vmin,D

Didapat :VTFCA

Tj

Neraca Total Reaktor

Ingin diketahuiPerilaku dinamik dan nilai-nya

Neraca Total Reaktor

F0 = laju alir reaktan

F = laju alir produk

FFdt

dV 0

Neraca Komponen A (1)

(M WA V CA) t+ t - (M WA V CA )t = (M WA F0 CA0 t) – ( M WA F CA t) – (M WA V k CAn t)

pers. diatas dibagi dengan M WA t dan limit t 0

AKomponen

Generasi

keluar

AKomponen

masuk

AKomponen

Akomponen

Akumulasi

Neraca Komponen A (2)

Sehingga persamaan menjadi

F0 = laju alir reaktan

CA0 = konsentrasi A awal

F = laju alir produk CA=konsentrasi A akhir

nAAAA VkCFCCFVC

dt

d 00)(

Neraca Energi Total

sWQ

keluar

KEPEH

masuk

KE PE H

KE PE U

Akumulasi

Neraca Energi Reaktor

PE dan KE = 0 Ws diabaikan

QHHdt

dUoutin

)()()( 00 jHnA TTUAVkCFhhFVh

dt

d

h0,h : entalpi cairan dalam reaktor : panas reaksi (Btu / mol A bereaksi)T : temperatur prosesTj : temperatur air pendingin V : volume tangki

Neraca Energi Jaket

)()( 0 jHjjjjj

jj TTUAhhFdt

dhV

: densitas cairan dalam tangki (lb / ft3)

j : densitas cairan (lb / ft3)h : enthalpy cairan dalam tangkihj : enthalpy cairan pendingin

Persamaan Konstitutif

Cj : kapasitas panas cairan pendinginCp : kapasitas panas cairan dalam tangkiAH : area perpindahan kalorD : diameter reaktorh : enthalpy cairan dalam tangkihj : enthalpy cairan pendingin

RTEek /

jjj TCh TCh p

VD

AH4

Derajat Kebebasan (1)

Persamaan yang dimiliki:

RTEnAAAA eVCFCCFVC

dt

d

FFdt

dV

/00

0

Derajat Kebebasan (2)

)(

)()(

min

0

/00

VVKF

TTUATTCFdt

dTCV

TTUAeVCFTTFCVTdt

dC

V

jHjjjjjj

jjj

jHRTEn

App

Derajat Kebebasan (3)

Variabel yang belum diketahui :

V,F,CA,T dan Tj

Derajat Kebebasan = NE - NV

= 5 - 5

= 0

Solusi

• Persamaan Model• Contoh Kasus• Model dalam ithink 5.1.1

• PERSAMAAN MODEL

Solusi (cont’d)

RTE

v

jjj

jHj

j

j

jjj

Hj

j

jj

p

H

p

A

p

jH

AAAA

ek

VVKF

CV

TUAT

V

F

CV

TUAT

V

F

dt

dT

C

TUA

C

kVCFT

C

TUATF

dt

VTd

kVCFCCFdt

VCd

FFdt

dV

/

min

0

00

00

0

)(

)4(

)3(

)2(

)1(

Solusi (cont’d)

FFdt

dV 0

kVCFCCF

dt

VCdAAA

A 00

Level/Stock

Rate/Flow masuk

Rate/Flow keluar

Rate/Konsentrasi masuk

Rate/Konsentrasi keluar

Solusi (cont’d)

p

H

p

A

p

jH

C

TUA

C

kVCFT

C

TUATF

dt

VTd

00

VT rate inVT rate out

Tj rate in

Level/Stock

Tj rate out

Level/Stock

jjj

jHj

j

j

jjj

Hj

j

jj

CV

TUAT

V

F

CV

TUAT

V

F

dt

dT

0

)( minVVKF v

Auxiliary/Converter

RTEek /

Solusi (cont’d)

• Contoh KasusSebuah Reaktor CSTR non isothermal eksotermik

berjaket pendingin, pada kondisi yang telah

ditentukan, dipasangi sebuah kontroler level (LC). Apabila diberikan gangguan yaitu F0 dan CA0,

bagaimana analisis respon dinamik dari sistem dan variabel outputnya?( Data pada slide berikutnya)

Example

• Data• SteadyState Value- F0=40ft3/h V=48 ft3

- CA0=0.5 lbmolA/ft3 CA=0.245 lbmolA/ft3

- T=600R Tj=594.6R- Fj=49.9 ft3/h T0=530R

• Parameters Value- Vj=3.85 ft3 =7.08x1010 h-1

- E=30,000 Btu/lbmol R=1.99Btu/lbmolR- U=150 Btu/ hft2R AH=250 ft2

- Tj0=530R = -30,000 Btu/lbmol

- Cp=0.75 Btu/lbmR Cj= 1.0 Btu/lbmR- =50 lbm/ft3 j=62.3 lbm/ft3

- Kc=4(ft3/h)/R Tset=600R

Example (cont’d)

V

V rate in V rate out

Tj

Tj rate in Tj rate out

VT

VT rate in VT rate out

Model

• Model ithink (model utama)

VCa

VCa in VCa out

Model (cont’d)

• Model dalam ithink 5.1.1V

V outV in

VT

VT in VT out

VCa

VCa in VCa out

Tj

Tj in Tj out

F0F

Ca

T

Ca0

k

alphaE

R

T0lamda

rho Cp

U

AH

FjVj rho j

CjTj0

Analisis Hasil

• Analisis Grafik• Analisis Sensitifitas

Analisis Hasil (cont’d)

• Analisis Grafik Time Series

Analisis Hasil (cont’d)

• Analisis Grafik Scatter

Analisis Hasil (cont’d)

• Analisis Grafik Bar

Analisis Hasil (cont’d)

• Analisis Grafik Sketchable

• Analisis :

T berbanding terbalik dengan Tj ; CA memiliki kecenderungan untuk naik dulu kemudian turun

(terkonversi); V mengalami peningkatan sedikit lalu stabil (ada kontroler); F memiliki profil yang sama dengan V Respon paling cepat Tj dan T Respon paling lambat F dan V Orde respon orde n tanpa dead time

• Analisis Sensitifitas Ithink 5.1.1

Pada analisis sensitivitas ini akan dicari variabel yang paling sensitif yang paling mempengaruhi perilaku dinamik sistem.

Analisis Hasil (cont’d)

Kesimpulan

• Variable yang paling sensitif Tj

• Gangguan pada sistem CA0 , F0

• Karakteristik respon orde n tanpa dead time• Analisa Variabel : T berbanding terbalik dengan Tj ;CA memiliki

kecenderungan untuk naik dulu kemudian turun (terkonversi); V mengalami peningkatan sedikit lalu stabil (ada kontroler); F memiliki profil yang sama dengan V

Thank you!!!

Your attention is much appreciated… Hopefully this assignment is useful for you!!