analisis sistem proses “non - isothermal cstr”
DESCRIPTION
Gas and Petrochemical Engineering Department University of Indonesia. Lecturer : Ir. Abdul Wahid,MT Ir. Tania Surya Utami,MT Presenter : Sang Made Kresna Andika Maruti Wulandari. Analisis Sistem Proses “NON - ISOTHERMAL CSTR”. Outline. 2. 4. 6. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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!!