modul 1 hysys

TGP UI 18, 25 November & 2 Desember 2006

KMI Goes to Campus Pelatihan Simulasi ProsesMohammad Darwis

Modul 1 Process Simulation Overview

TujuanSetelah menyelesaikan modul ini, peserta diharapkan mampu .......... Menentukan proses simulator yang sesuai Menggambarkan bagaimana proses simulator bekerja Menentukan informasi yang diperlukan dalam menggunakan proses simulator Familiar dengan HYSYS

Preview Process Simulator Apakah mereka? Bagaimana mereka digunakan? Menentukan satu yang tepat?

Pengenalan Process Simulator - Problem 1 Phase campuran gas - Problem 2 Bubble-Point campuran gas - Problem 3 Dew-Point campuran gas - Problem 4 - Valve & Separator

Process SimulatorPeralatan matematika yang memodelkan proses dengan aliran material dan energi yang kontinu dari satu unit operasi ke unit berikutnya.

Process Simulator minimal dapat menghitung Laju alir setiap aliran termasuk aliran balik (recycle). Kondisi operasi setiap aliran, misal pressure dan temperature. Sifat-sifat fisis setiap aliran, misal berat molekul, density, tekanan uap, viskositas, titik kritis. Komposisi fasa secara kualitatif dan kuantitatif dari setiap aliran, biasanya dapat dilihat dari diagram fasa. Beban panas atau tenaga dari masing-masing peralatan, misal beban panas untuk heat exchanger dan horsepower suatu kompressor. Seluruh perhitungan yang dilaksanakan secara simultan.

Process Simulator diharapkan dapat menghitung Bermacam-macam perhitungan Equation of State, misal Peng-Robinson, Soave Redlich Kwong, Van Laar, Margules, Modified Van Laar. Semakin banyak pilihan Equation of State semakin menentukan kualitas suatu simulator, sebab tidak setiap sistem cocok untuk suatu model Equation of State tertentu. Spesifikasi aliran, misal kemurnian dari suatu komponen di dalam suatu aliran. Study kasus dengan memvariasikan variabel-variabel tertentu. Plot Diagram Phase. Unit konversi secara automatik.

Process Simulator diharapkan dapat menghitung Analisa kondisi setiap stage untuk operasi dengan peralatan seperti kolom distilasi. Dua tahap perhitungan ialah shortcut dan rigorous sebaiknya dilaksanakan. Bank data untuk komponen-komponen murni. Semakin banyak komponen tersedia maka akan semakin lengkap. Neraca untuk bermacam-macam unit operasi. Input error message untuk mencegah agar tidak terjadi kesalahan yang berlanjut, karena menganalisanya memerlukan waktu yang lama. Input manual yang jelas dan sistematis. Process non steady state yang populer dan sering dijumpai di dalam praktek misal depressurization, distilasi batch dll.

Proses Simulator Membutuhkan Komponen dan Sifat-Sifat Komponen Memilih list komponen untuk menentukan aliran umpan (feed)

Metode Prediksi dan Parameter Memilih metode termodinamika yang tepat Parameter yang cocok dengan data yang tersedia (parameter dapat ditambah menggunakan Hyprop atau ProTherm)

Spesifikasi Masalah Perancangan atau Pengamatan

Proses Simulator Membutuhkan Flowsheet Proses atau Deskripsi Komposisi aliran umpan Seleksi model peralatan

Kondisi Operasi atau Desain Spesifikasi Laju alir, tekanan dan temperatur

Proses Simulator digunakan Menghitung proses steady-state (keadaan tunak) aliran massa dan energi Memodelkan fasilitas produksi permukaan dan pabrik gas Pemisahan minyak mentah dan stabilisasi Dehidrasi gas / sweetening Kompresi / refrigerasi Recovery gas liquid / fraksionasi, distilasi, dst.

Desain atau memilih proses Evaluasi konsep alternatif Mengecek desain kontraktor Sizing / estimasi harga peralatan

Evaluasi proses operasi dan performa Pemecahan masalah performa Studi debottlenecking Optimasi performa proses

Black Box vs. Modular Black Box Simulator Simulator pre-definisi, dengan jumlah konfigurasi dan aliran yang terbatas Memerlukan input yang sedikit (predefinisi proses) EDEHYD, CLAUSIM, GOSP, FAST-EST, OPC*MAP

Modular Simulator Proses definisi user, operasi yang bertahap dan berhubungan, aliran, and utilitas Memerlukan lebih banyak input (proses definisi) HYSYS, ASPEN-Plus, PRO-II,TSWEET

Modular Proses Simulator Proses simulator memodelkan proses dengan tahapan blok perhitungan dan aliran

Separator

Valve

Kolom

Komponen, Metode Termo, Aliran, Unit Operasi, Kontrol Simulasi

Blok-Blok Perhitungan Blok perhitungan memodelkan peralatan proses Seluruh input data harus dispesifikasi oleh user atau nilai yang dihitung dari blok sebelumnya Masukan: Data aliran masuk dan parameter peralatan (HYSYS menerima aliran keluaran sebagai input) Keluaran: Data aliran keluar dan hasil peralatanBlok Aliran Keluar Perhitungan Parameter masukan Parameter keluaran Aliran masuk Blok penyimpanan data

Tahapan Perhitungan Blok perhitungan dalam simulasi diselesaikan dengan tahapan Blok dengan aliran masuk yang diketahui diselesaikan terlebih dahulu Blok dengan aliran inlet yang telah dihitung oleh blok sebelumnya diselesaikan berikutnyaAliran keluar Aliran masuk Blok separator Aliran masuk Blok valve

Aliran keluar

Aliran keluar

Loop iterasi Aliran recycle dan parameter input yang tidak diketahui diselesaikan dengan iterasiAliran masuk Aliran keluar

Aliran Recycle Parameter masukan Parameter keluar

Spesifikasi parameter terhitung

Contoh Simulator Modular ASPEN PLUS - Aspen Technology Moderat interaktif, basis windows Digunakan untuk model yang kompleks besar dan khusus Cocok untuk sistem elektrolit campuran (amina) Termodinamika tersedia Tersedia simulator dinamik

ProVision / Pro-II - Simulation Sciences Moderat interaktif, basis windows, mudah digunakan Tersedia thermodynamics package EDL-III Tidak ada simulator dinamik

Contoh Modular Simulator TSWEET/Prosim - BRE Basis MS-DOS dan digunakan untuk memodelkan plant amina atau sulfur. Dapat digunakan sebagai alternatif dari HYSYS untuk memodelkan plant TEG. Tidak ada dinamik simulator

Contoh Modular Simulator HYSYS - Hyprotech Sangat interaktif, basis windows, mudah digunakan Digunakan dalam banyak proses hulu dan oleh kebanyakan kontraktor Tersedia thermodynamics package EDL-III Kemampuan memodelkan dinamik yang sangat baik

Permodelan HYSYS dan AplikasiAPLIKASI Desain engineering awal Studi Topsides-Subsea Engr Desain Detailed Engr DCS kontrol Cek-out Studi Proses Engineering Studi Kontrol & Operabilitas Training Operator Studi Kontrol Multivariabel Aplikasi Desain engineering awal Desain Detailed Engr Optimisasi real-time Monitoring performa Solusi Automation Umum

Model dinamikInput tambahan: Sizing peralatan Strategi Kontrol Tekanan-aliran

Model steady-stateInput model awal: Termodinamika Komponen Unit Operasi Konstruksi flowsheet

Pendekatan metode tunggal: Mempengaruhi permodelan anda, investasi,memaksimalkan keuntungan anda.

Hysys Overview -

Concept of Environments

Mulai Hysys Simulation Basis Environment Lingkungan Kolom Lingkungan Lingkungan Flowsheet Flowsheet Utama Utama Lingkungan Oil Karakterisasi

Lingkungan Sub-Flowsheet Lingkungan Sub-Flowsheet

Langkah2 ke Simulasi Modular Memilih komponen & model termodinamika Mendefinisikan konfigurasi proses Definisikan aliran umpan (feed) Memilih model unit operasi

Menentukan konektivitas aliran/unit operasi Menyediakan parameter operasi Jalankan Simulasi (jika diperlukan) Cek hasilnya

Memeriksa spesikasi & hasil Menguji bahwa model simulasi sesuai dengan desain praktis sebenarnya Menguji hasilnya Melihat error messages dan nilai-nilai anomali Mengecek bahwa semua spesifikasi telah dipenuhi Mengecek hasil vs simulasi sebelumnya, data yang tersedia, common sense, pengalaman atau metode pendekatan

Strategi Membuat Simulasi Dengan HYSYS Definisikan list komponen dan parameter model melalui basis manager Definisikan aliran umpan pada interface workbook Menggunakan interface PFD untuk membuat unit operasi dan koneksi aliran-aliran yang berhubungan pada saat yang bersamaan Membuat unit operasi pertama dari PFD menggunakan object palette Double-click pada unit operasi dan definisikan koneksinya Menyediakan semua data yang tersedia data yang tersedia untuk menspesifikasi unit operasinya Jangan over-spesifikasi property dengan mendefinisikannya pada aliran dan unit operasi Cek hasilnya pada workbook Lanjutkan ke unit operasi yang berikutnya

Problem yang biasa ditemui dan bisa diselesaikan dengan HYSYS Sifat Fisik & Kimia suatu fluida Berapa Boiling Point dan Dew Point suatu campuran gas? Bagaimana Phase suatu campuran gas? Bagaimana Komposisi produk hasil suatu pemisahan? Berapa Pressure yang diperlukan fluida untuk mencapai suatu tempat tertentu? Berapa kalor yang harus diambil / diberikan untuk mendinginkan / memanaskan suatu fluida? Berapa Vapor Pressure suatu fluida yang akan dutransfer ke Gathering Station? Dan lain-lain .

Problem 1 : Phase

Problem 1 : Deskripsi Suatu campuran sebanyak 100 lbmole/hr dengan komposisi (% mole) propane 61%, n-butane 28% dan npentane 11% . Tentukan phase campuran tsb pada 150 F dan 200 psia? Apakah satu phase (liquid saja atau vapor saja) atau dua phase? Gunakan Peng-Robinson untuk Property Packagenya.

Problem 1 : Langkah Detail Cara manual : F = V + L Zi.F = V.yi + L.xi yi = Ki . xi Ki = f(T,P) xi = F.zi / [F + V(Ki 1)] yi = F.zi / [F + L(1/Ki 1)] (1) (2) (3) ....(4) ..(5) .(6)

Dengan mencoba-coba nilai L/F atau V/F hingga didapatkan xi = 1 atau yi = 1.

Problem 1 : Langkah DetailDengan menggunakan spreadsheet Excel diperoleh :

Problem 1 : Langkah Detail

Dengan HYSYS

Problem 1 : Langkah DetailDari menu : Pilih File, New, Case.

Problem 1 : Langkah DetailDari tab Components tambah Component List dengan tekan Add.

Problem 1 : Langkah DetailAkan muncul Component List View.Tambahkan komponen yang diinginkan dengan tekan Add Pure.

Problem 1 : Langkah DetailDari tab Fluid Pkgs tambahkan Fluid Package yang akan digunakan dengan tekan Add.

Problem 1 : Langkah DetailPilih salah satu Property Package yang diinginkan. Setelah dipilih tutup sheet Fluid Package : Basis-1

Problem 1 : Langkah DetailAkan tampak tampilan seperti dibawah ini. Tekan Enter Simulation Environment.

Problem 1 : Langkah DetailAkan tampak tampilan seperti dibawah ini.

Problem 1 : Langkah DetailDari menu : Pilih File, Save As. Tekan Save As.

Problem 1 : Langkah DetailTekan Save.

Problem 1 : Langkah DetailAkan muncul tampilan seperti dibawah ini.

Problem 1 : Langkah DetailDari Menu, pilih Tools, Preferences. Pilih Variabels.

Problem 1 : Langkah DetailPilih Unit Set di Available Unit Sets dan maintain unit untuk setiap besaran pada Display Unit.

Problem 1 : Langkah DetailDari menu, Pilih Flowsheet , Palette atau tekan F4 atau tekan object Palette untuk mengeluarkan Object Palette

Problem 1 : Langkah DetailClick Material Stream menu pada Object Palette.

Problem 1 : Langkah DetailDouble-click pada Material Stream. Dari tab Worksheet, Pilih Composition, masukan nilai mole fraksinya di Mol Fractions.

Problem 1 : Langkah DetailDari tab Worksheet, Pilih Conditions, Ketik Feed pada baris Stream Name, masukkan nilai 150 F pada baris Temperature, 200 psia pada baris Pressure, dan masukkan nilai 100 lbmole/hr pada baris Molar Flow.

Problem 1 : Langkah DetailPada baris Vapor/Phase Fraction secara otomatis akan muncul nilai. Jika nilainya = 0 berarti satu phase, liquid jenuh. Jika nilainya = 1 berarti satu phase, uap jenuh. Jika 0 < nilainya < 1 berarti dua phase, campuran liquid dan vapor. Untuk membuktikan bahwa dua phase hubungkan stream tersebut dengan Separator. Akan tampak flow rate dari vapor dan liquidnya.

Problem 1 : Langkah DetailClick Separator pada Object Palette. Doubleclick pada Separator tsb.

Problem 1 : Langkah DetailDouble-click pada Separator tsb. Dari tab Design, ketik Separator pada baris Name, Pilih Connections, masukan stream Feed pada inlet, stream Vapor pada Vapour Outlet dan stream Liquid pada Liquid Outlet.

Problem 1 : Langkah DetailAkan muncul :

Problem 1 : Langkah DetailUntuk memunculkan Table dari sebuah stream, click kanan pada stream tersebut, akan tampak seperti dibawah ini. Kemudian pilih Show Table.

Problem 1 : Langkah DetailHeat & material balance-nya :

Problem 1 : CommentDari spreadsheet Excel : L = 53 lbmole/hr Dari HYSYS : L = 56.14 lbmole/hr

Perbedaan hasil yang diperoleh dari kedua cara tidak terlalu besar. Perbedaan tsb kemungkinan disebabkan oleh perbedaan dalam pengambilan asumsi untuk menghitung properties (untuk menentukan nilai Ki).

Problem 2 : Buble Point

Problem 2 : Deskripsi Suatu campuran sebanyak 100 lbmole/hr dengan komposisi (% mole) propane 61%, n-butane 28% dan npentane 11%. Tentukan boiling point campuran tersebut pada 200 psia. Gunakan Peng-Robinson untuk Property Packagenya.

Problem 2 : Langkah Detail Cara manual : F = L zi.F = L.xi zi = xi Ki = f(T,P) yi = Ki xi yi = Ki zi (1) (2) ....(2) ....(3) ...(4) ...(4)

Dengan mencoba-coba temperature (T) hingga didapatkan yi = 1. Temperature inilah yang disebut Buble Point.



Dengan HYSYS






Problem 2 : Langkah DetailAkan tampak tampilan seperti dibawah ini. Tekan Enter Simulation Environment.

Problem 2 : Langkah DetailAkan tampak tampilan seperti dibawah ini.





Problem 2 : Langkah DetailPilih Unit Set di Available Unit Sets dan maintain unit untuk setiap besaran pada Display Unit.




Problem 2 : Langkah DetailDari tab Worksheet, Pilih Conditions, Ketik Buble Point pada baris Stream Name, masukkan nilai 0 pada baris Vapor/Phase Fraction, 200 psia pada baris Pressure, dan masukkan nilai 100 lbmole/hr pada baris Molar Flow.


Problem 2 : Langkah DetailClick Separator pada Object Palette. Doubleclick pada Separator tersebut.

Problem 2 : Langkah DetailDouble-click pada Separator tsb. Dari tab Design, ketik Separator pada baris Name, Pilih Connections, masukan stream Buble Point pada inlet, stream Vapor pada Vapour Outlet dan stream Liquid pada Liquid Outlet.


Problem 2 : Langkah DetailUntuk memunculkan Table dari sebuah stream, click kanan pada stream tsb, akan tampak seperti dibawah ini. Kemudian pilih Show Table.


Problem 2 : Comment Dari spreadsheet Excel : T = 135 F Dari HYSYS : T = 137.8 F

Perbedaan hasil yang diperoleh dari kedua cara tidak terlalu besar. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan oleh harga Ki yang berbeda dari kedua cara tersebut diatas. Hal ini kembali lagi ke pemilihan asumsi untuk menghitung properties.

Problem 3 : Dew Point

Problem 3 : Deskripsi Suatu campuran sebanyak 100 lbmole/hr dengan komposisi (% mole) propane 61%, n-butane 28% dan npentane 11%. Tentukan Dew Point campuran tersebut pada 200 psia. Gunakan Peng-Robinson untuk Property Packagenya.

Problem 3 : Langkah Detail Cara manual : F = V zi.F = V.yi zi = yi Ki = f(T,P) xi = yi / Ki xi = zi / Ki (1) (2) ....(2) ....(3) ...(4) ...(4)

Dengan mencoba-coba temperature (T) hingga didapatkan xi = 1. Temperature inilah yang disebut Dew Point.



Dengan HYSYS






Problem 3 : Langkah DetailAkan muncul tampilan seperti dibawah ini. Tekan Enter Simulation Environment.






Problem 3 : Langkah2 DetailPilih Unit Set di Available Unit Sets dan maintain unit untuk setiap besaran pada Display Unit.




Problem 3 : Langkah DetailDari tab Worksheet, Pilih Conditions, Ketik Dew Point pada baris Stream Name, masukkan nilai 150 F pada baris Temperature, 200 psia pada baris Pressure, dan masukkan nilai 100 lbmole/hr pada baris Molar Flow.


Problem 3 : Langkah DetailClick Separator pada Object Palette. Doubleclick pada Separator tersebut.

Problem 3 : Langkah DetailDouble-click pada Separator tsb. Dari tab Design, ketik Separator pada baris Name, Pilih Connections, masukan stream Dew Point pada inlet, stream Vapor pada Vapour Outlet dan stream Liquid pada Liquid Outlet.




Problem 3 : Comment Dari spreadsheet Excel : T = 175 F Dari HYSYS : T = 174.4 F Hasil yang diperoleh dari kedua cara tersebut adalah hampir sama. Perbedaan yang sangat kecil ini kemungkinan disebabkan oleh harga Ki yang hampir sama dari kedua cara tersebut di atas. Hal ini kembali lagi ke pemilihan asumsi untuk menghitung properties.

Problem 4 : Valve & Separator

Problem 4 : DeskripsiSebuah liquid yang telah di-flash melalui sebuah valve (katup) menuju tekanan 1 atm dan dimasukkan ke separator. Liquid tersebut memiliki komposisi seperti di bawah ini dan menjadi jenuh pada tekanan 100 psia. Metana 50 lb-mol / hr Etana 70 lb-mol / hr Propana 60 lb-mol / hr Tentukan flow dan komposisi pada masing-masing stream yang belum diketahui.

Problem 4 : Process Flow

Problem 4 : Langkah detailDari menu : Pilih File, New, Case.

Problem 4 : Langkah detailDari tab Components tambah Component List dengan tekan Add.

Problem 4 : Langkah detailAkan muncul Component List View.Tambahkan komponen yang diinginkan dengan tekan Add Pure.

Problem 4 : Langkah detailDari tab Fluid Pkgs tambahkan Fluid Package yang akan digunakan dengan tekan Add.

Problem 4 : Langkah detailPilih salah satu Property Package yang diinginkan. Setelah dipilih tutup sheet Fluid Package : Basis-1

Problem 4 : Langkah detailAkan muncul tampilan seperti dibawah ini. Tekan Enter Simulation Environment.

Problem 4 : Langkah detailAkan muncul tampilan seperti dibawah ini.

Problem 4 : Langkah detailDari menu : Pilih File, Save As. Tekan Save As.

Problem 4 : Langkah detailTekan Save.

Problem 4 : Langkah detailAkan muncul tampilan seperti dibawah ini.

Problem 4 : Langkah detailDari Menu, pilih Tools, Preferences. Pilih Variabels.

Problem 4 : Langkah detailPilih Unit Set di Available Unit Sets dan maintain unit untuk setiap besaran pada Display Unit.

Problem 4 : Langkah detailDari menu, Pilih Flowsheet, Palette atau tekan F4 atau tekan object Palette untuk mengeluarkan Object Palette

Problem 4 : Langkah detailClick Material Stream menu pada Object Palette.

Problem 4 : Langkah detailDouble-click pada Material Stream. Dari tab Worksheet, Pilih Composition. Tekan Basis dan pilih Mole Flows.

Problem 4 : Langkah detailMasukan nilai mole flow masing-masing component.

Problem 4 : Langkah detailDari tab Worksheet, Pilih Conditions, Ketik Feed pada baris Stream Name, masukkan nilai 0 pada baris Vapour / Phase Fraction dan 100 psia pada baris Pressure.

Problem 4 : Langkah detailClick Valve pada Object Palette.

Problem 4 : Langkah detailDouble-click pada Valve tersebut. Dari tab Design, ketik Valve pada baris Name, Pilih Connections, masukan stream Feed pada Inlet, stream Valve Outlet pada Outlet.

Problem 4 : Langkah detailDari tab Design, Pilih Worksheet, masukan nilai 1 atm pada kolom Valve Outlet dan baris Pressure.

Problem 4 : Langkah detailDari tab Design, Pilih Parameters, Delta P (pressure drop) akan terhitung.

Problem 4 : Langkah detailAkan muncul :

Problem 4 : Langkah detailClick Separator pada Object Palette.

Problem 4 : Langkah detailDouble-click pada Separator tersebut. Dari tab Design, ketik Separator pada baris Name, Pilih Connections, masukan stream Valve Outlet pada inlet, stream Vapor pada Vapour Outlet dan stream Liquid pada Liquid Outlet.

Problem 4 : Langkah detailAkan muncul :


Problem 4 : Langkah detail Heat & material balance-nya :

Review konsep utama Menentukan perangkat / tool yang tepat untuk memecahkan masalah Perhitungan manual (dengan tangan) Proses Simulator (HYSYS)

Menggunakan Proses Simulator Memilih komponen & model Termodinamik Menentukan konfigurasi proses Menentukan aliran umpan Memilih model unit operasi

Menentukan konektivitas aliran/unit operasi Menyediakan parameter operasi Jalankan simulasi (jika perlu) Cek hasil

Reference ., Process Simulation Workshop. HYSYS.Plant Simulation Basis, Hyprotech Ltd,1996. Rukmono, Tedjo, Peranan Komputer Dalam Perencanaan Process, PT. Tripatra Engineering, Jakarta, 1986. McCain, William D., Jr, The Properties of Petroleum Fluids, PennWell Books,PennWell Publishing Company, Tulsa, Oklahoma, 1981.

modul 1 hysys

Documents