pemodelan dan simulasi high vacuum unit (hvu) … · pemodelan dan simulasi high vacuum unit (hvu)...
TRANSCRIPT
Dina Ratih Widuri 2306 100 150
Astrid Septiana Putri 2306 100 152
PEMODELAN DAN SIMULASI HIGH VACUUM UNIT
(HVU) KILANG MINYAK DENGAN HYSYS 7.1
Dosen Pembimbing:
Ir. Musfil Ahmad Syukur, M. Eng. Sc.
Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh November
HVU unit Utama
Perubahankualitascrude oil
Trial dan erroroperasionaldengan crude oil sebenarnya
Latar Belakang
Mendapatkan pemodelan kolom High Vacuum
Unit (HVU) dengan Hysys 7.1
Melakukan simulasi kolom HVU pada kondisi
steady state dengan paket Hysys 7.1
Tujuan Penelitian
Simulasi
Data
Sistem
Batasan Masalah
Kolom HVU
Manfaat Penelitian
Memahami tentang proses refinery HVU
Dengan mendapatkan pemodelan kolom
HVU, maka dapat diprediksi akibat dari
perubahan kualitas crude oil sehingga trial
and error operasional dengan crude oil yang
sebenarnya tidak perlu dilakukan.
Stripping Steam
E-14-001
P-14-006
P-14-004
P-14-003
P-14-002
P-14-005
F-14-001
E-14-006
E-14-010E-14-009
E-14-003
E-14-005
E-14-004
E-14-002
E-14-011
Long Residu from
StorageLVGO to Storage
LVGO for ADO Blend
Fuel
LVGO to Storage
Residu to Storage
MVGO/HVGO to
FCCU
E-14-016
E-14-008
V-14-006
E-14-007
CW
Blow
DownBFW
LP Steam
Overhead
E-14-012
CW
Specific Gravity
Flash Point
Pour Point
Cetane Number
Parameter Kualitas Bahan Bakar
NO PROPERTIESUNIT
LIMITSTEST
METHODS
MIN MAX ASTM
1 Cetane Number 45 - D-613
2 Specific Gravity 15 0C Kg/m3 815 890 D-1298 / D-4737
3 Flash Point °F 140 - D-93
4 Pour Point oF 38 130 D-97
Spesifikasi berdasarkan surat pernyataan dari Direktorat Umum Minyak dan Gas
Republik Indonesia No. 3675 K/24/DJM/2006 pada 17 Maret 2006
Spesifikasi Produk HVU
Tray TeoritisPemilihan Model
Termodinamika
Hasil
Simulasi
Validasi
Pemodelan
Kolom
Ya
Tidak
Metodologi Penelitian
Plant Test
Gerald L. Kaes, p.135-136 Semua model
simulasi kolom berdasarkan pada jumlah tray
teoritis (theoretical trays)
Packed Tray
HETP
Theoretical Trays
Actual Configuration Simulation Configuration
Model Termodinamika
Model Termodinamika
MethodTemp
(°F)Temp (°C) Press (psia) Press (kPa)
GS 0 to 800 -18 to 425 <3000 <20000
Conditions of Applicability
For all hydrocarbons (except CH4):
If CH4 or H2 is present:
CH4 mole fraction <0.3
mole fraction dissolved gases <0.2
Grayson Streed
- Data desain kolom HVU
- Data crude assay feed dan produk
- Flowrate feed (long residue)
- Tekanan (P) dan temperatur (T) feed (long residue)
- Flowrate produk
- Flowrate stripping steam
- Flowrate draw off produk
- Temperatur draw off produk
- Tekanan kolom atas (pressure top)- Data alat pendukung (pompa, heat exchanger, cooler)
Data Operasi
No. Spesifikasi Nilai Spesifikasi
1 Draw LVGO 3446 Ton/Day
2 Draw MVGO 1982 Ton/Day
3 Draw HVGO 5162 Ton/Day
4 Draw Recycle Feed 677 Ton/Day
5 Bottom 2676 Ton/Day
6 Temperatur Overhead 68 oC
7Temperatur Draw
HVGO294 oC
8 Ratio Tee LVGO 0,625
9 Ratio Tee Bottom 0,76
Spesifikasi Data
Produk
Ton/Day
error (%)
Plant Test Simulasi
LVGO to Storage 1141 1141 0,00
M/H VGO to FCCU 2074 2092,7696 0,90
MVGO to Storage 404 405,3828 0,34
Vacuum Residue 2670 2760 3,37
Validasi Produk
Parameter Unit Plant Test Simulasi error (%)
Temperatur Overhead oC 68 68 0,00
Temperatur LVGO draw off oC 169 201 19,17
Temperatur MVGO draw off oC 253 255 0,83
Temperatur HVGO draw off oC 294 294 0,00
Temperatur Bottom oC 331 300 9,52
Draw off LVGO Ton/Day 3446,4 3445,5 0,03
Draw off MVGO Ton/Day 1982,4 1982,4 0,00
Draw off HVGO Ton/Day 5162,4 5162,4 0,00
To P-14-005 Ton/Day 676,8 677,0 0,03
Validasi Kondisi Operasi Kolom
No. Pemeriksaan Metode Plant Test Simulasi error (%)
1 Spec. Grav. At 60/60oF ASTM D-1298 0.8614 0.8492 1.42
2 Distillation (oC) : ASTM D-1160
IBP 243 188,00 22,63
5 %vol 260 253.40 2.54
10 %vol 262 262.60 0.23
20 %vol 277 281.30 1.55
30 %vol 290 294.70 1.62
40 %vol 300 305.00 1.67
50 %vol 313 312.80 0.06
60 %vol 321 320.80 0.06
70 %vol 334 328.10 1.77
80 %vol 344 335.20 2.56
90 %vol 359 342.70 4.54
95 %vol 373 347.60 6.81
FBP 410 383.90 6.37
3 Pour Point (oF) ASTM D-97 55 43.0607
4 Flash point (oF) ASTM D-93 225 230.191
5 Cetane Number (CN) ASTM D-613 55.7 53.5491
Validasi Kualitas Produk LVGO
No. Pemeriksaan Metode Plant Test Simulasi error (%)
1 Spec. Grav. At 60/60oF ASTM D-1298 0.8702 0.8796 1.08
2 Distillation (oC) : ASTM D-1160
IBP 277 293,60 5,65
5 %vol 330 338.90 2.70
10 %vol 342 343.70 0.50
20 %vol 358 350.60 2.07
30 %vol 370 357.70 3.32
40 %vol 379 366.10 3.40
50 %vol 390 376.50 3.46
60 %vol 400 389.30 2.68
70 %vol 410 401.70 2.02
80 %vol 420 413.80 1.48
90 %vol 433 422.20 2.49
95 %vol 442 425.20 3.80
FBP 460 454.40 1.22
3 Pour Point (oF) ASTM D-97 95 70.4547
4 Flash point (oF) ASTM D-93 345 281.1098
5 Cetane Number (CN) ASTM D-613 - - -
Validasi Kualitas Produk MVGO
No. Pemeriksaan Plant Test Simulasi error (%)
1 Spec. Grav. At 60/60oF 0,8857 0,8796 0,69
2 Distillation (oC) :
IBP
5 %vol 356 356,65 0,18
10 %vol 378 379,76 0,47
20 %vol 406 404,21 0,44
30 %vol 418 415,28 0,65
40 %vol 427 427,31 0,07
50 %vol 435 433,72 0,29
60 %vol 442 440,08 0,43
70 %vol 449 447,51 0,33
80 %vol 456 459,17 0,70
90 %vol 470 474,11 0,87
95 %vol 480 481,70 0,35
FBP 496 489,16 1,38
3 Pour Point (oF) 120 105,3671
4 Flash point (oF) 380 318,2833
5 Cetane Number (CN) - - -
Validasi Kualitas Produk HVGO
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 5.33 4.724 6.25
T inlet (oC) 150 168 202
T outlet (oC) 55 67 83.1
Flowrate (Ton/Day) 2611 2116.5 2153.4389
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 2.18 2.628 3.949
T inlet (oC) 150 168 202
T outlet (oC) 55 76 76
Flowrate (Ton/Day) 1002 1329 1292.0633
E-14-001
E-14-002
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 5.72 5.4418 3.478
T inlet (oC) 262 260 255.8
T outlet (oC) 207 191.5 191.5
Flowrate (Ton/Day) 3738 3101 1982.4035
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 4.67 4.009 3.868
T inlet (oC) 207 191.5 191.5
T outlet (oC) 105 102 102
Flowrate (Ton/Day) 1850 1758 1772.3895
E-14-003
E-14-004
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 6.447 0.7072 0.4208
T inlet (oC) 207 191.5 191.5
T outlet (oC) 60 60 60
Flowrate (Ton/Day) 1690 224 136.5091
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 18.01 3.549 5.721
T inlet (oC) 327 298 294.6
T outlet (oC) 238 200 200
Flowrate (Ton/Day) 6981 1380 2168.3362
E-14-005
E-14-006
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) - - 0.2502
T inlet (oC) 238 - 200
T outlet (oC) 170 - 170
Flowrate (Ton/Day) 1380 - 325.2504
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 4.62 3.093 0.745
T inlet (oC) 170 170 170
T outlet (oC) 60 70 70
Flowrate (Ton/Day) 1965 1380 325.2504
E-14-007
E-14-008
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 9.27 6.4456 5.698
T inlet (oC) 354 331 300.5
T outlet (oC) 269 241.5 243.5
Flowrate (Ton/Day) 3738.7 2675 3521.0431
Parameter Design Plant Test Simulasi
Duty (106 Kcal/Hr) 5.72 3.814 3.814
T inlet (oC) 269 242 243.5
T outlet (oC) 211 184 202.8
Flowrate (Ton/Day) 3738.7 2675 3521.0431
E-14-009
E-14-010
1. Pemodelan kolom HVU dengan Hysys 7.1 telah sesuaidan dapat merepresentasikan kinerja kolom dan alatpendukung pada plant, dengan persen error untuktemperatur aliran produk 7 % dan rate produk 1 %.
2. a ) Jika dilihat dari parameter cold properties ( specificgravity, flash point, pour point dan cetane number )maka dapat disimpulkan bahwa kualitas produkyang dihasilkan memenuhi spesifikasi produk yangdiinginkan dilihat dari range cold properties produkLVGO, MVGO dan HVGO.
b ) Jika dilihat dari parameter kinerja alatpendukung, yakni duty yang dihasilkan tiap-tiapalat, dapat disimpulkan bahwa masih dalam batasdesainnya sehingga peralatan kolom beroperasisecara normal.
Kesimpulan
Temperatur umpan masuk kolom
Temperatur umpan mempengaruhi jumlah komponen yang teruapkan
pada flash zone, bila temperatur terlalu rendah, maka akan banyak
fraksi ringan yang jatuh ke produk bawah dan sebaliknya bila terlalu
tinggi fraksi berat akan terikut ke atas
Tekanan kolom
Tekanan kolom akan berpengaruh terhadap temperatur penguapan
cairan, bila tekanan kolom rendah maka temperatur yang dibutuhkan
juga rendah.
Sifat fisik umpan
Semakin banyak fraksi berat pada umpan, maka dibutuhkan energi
yang lebih besar untuk memisahkannya.
Refluks
Refluks berfungsi untuk menurunkan beban pendinginan pada
kondensor, dengan pendinginan ini secara tidak langsung refluks
mempengaruhi perolehan produk. Bila laju refluks terlalu tinggi
dkhawatirkan fraksi ringan akan terikut pada fraksi di bawahnya dan
begitu juga sebaliknya.
Refining:
- For hydrocarbons and hypocomponents use PR, SRK, or
other EOS
- Vacuum unit – GS, PR, BK10
- High-hydrogen units like hydrotreaters – GS, PR, PR-
Twu, or ZJ
- Sour gas sweetening – Amine
- Sour water – Sour PR/SRK
- Clean fuels for sulphur components & HC
- Utilities with water – use one of the steam tables. Steam
tables are only for 100% water systems but are the best
choice for these systems
Neraca Massa dan Neraca Energi Total
Kolom
HVU
RtS
MtS
M/HtF
LfAB
LtS
Ovd
SS
F
NM :
F hF + SS HSS = Ovd HOvd + LtS hLtS + LfAB hLfAB + M/HtF hM/HtF + MtS hMtS + RtS hRtS
F + SS = Ovd + LtS + LfAB + M/HtF + MtS + RtS
NE :
Neraca Massa dan Neraca Energi di Sekitar
Feed Masuk
W = W’ + Lo - Vso
V = V’ + Sw + Vso
NM : NE : W hW = W’ hW’ + Lo hLo- Vso HVso
V HV = V’ HV’ + Sw HSw+ Vso HVso
Neraca Massa dan Neraca Energi di Sekitar
Pump-Around
Lp - Ld
Lin + Ld = L’ + L” + Lp
Vin = L’ + Vout
NM : NE :
Lin hLin + Ld hLd = L’ hL’ + L” hL” + Lp hLp
Vin HVin = L’ xL’ + Vout HVout
Lin Ld
Neraca Massa dan Neraca Energi di Setiap
Stage/Tray ke- n
stage ke- n
Vn Ln + 1
Vn - 1 Ln
Ln+1 + Vn-1 = Ln + VnNM :
NE : Ln+1 hn+1 + Vn-1 Hn-1 = Ln hn + Vn Hn
Bentuk fisik : liquid (cair) dan berbau
Warna : transparan - buram, sedikit pucat sampai
kuning
Specific Gravity (60oF) : 0,83 – 0,87
Boilling Point : 230 – 413oC
Melting Point : 1 – 7oC
Viskositas (cSt pada 40oC) : 7,35 – 11,75
Bentuk fisik : liquid (cair) dan berbau
Warna : coklat
Specific Gravity (60oF) : 0,85 – 0,89
Boilling Point : 410 – 350oC
Melting Point : 10 – 30oC
Viskositas (cSt pada 40oC) : 14 – 75
Bentuk fisik : liquid (cair) dan berbau
Warna : coklat - hitam
Specific Gravity (60oF) : 0,87 – 0,91
Boilling Point : 350 – 600oC
Melting Point : 29 – 49oC
Viskositas (cSt pada 40oC) : 195 – 500
Assay Percent Volume (%vol) Temperature (oC)
0 188
5 290
10 318
20 348
30 378
40 404
50 425
60 442
70 460
Riset dan Pengembangan:
Menginterpretasikan data bench-scale dan pilot plant
Scale-up proses dan feasibility studies
mengeksplorasi pengaruh kondisi operasi yang berbeda untuk optimisasi
dan studi pengendalian
Desain Proses:
Membandingkan desain proses alternatif dan struktur pengendali
Mengembangkan neraca panas dan material
Mendesain peralatan proses
Mengevaluasi unjuk kerja proses pada kondisi berbeda
Mensimulasikan start-up, shutdown, dan situasi dan prosedur darurat
Operasi pabrik:
troubleshooting masalah pengendali dan proses
membantu dalam start-up dan training operator
mempelajari pengaruh dari dan kebutuhan untuk proyek ekspansi
(menghilangkan bottleneck)
mengoptimalkan operasi pabrik.
Besaran danpernyataan Parameter
prosesParameternon-proses
Model proses
Fenomena proses
Peralatan proses
Sifat fisika Besaran lain
Proses
Ruang model
Ruang fisik
Model teoritis: dikembangkan menggunakan
prinsip kimia dan fisika.
Model empiris: diperoleh dari analisa
matematika (statistika) data operasi proses.
Model semiempiris: mongkompromikan
antara (a) dan (b), dengan satu atau lebih
parameter dievaluasi dari data eksperimen
atau plant.
SIFAT PERSAMAAN NERACA
• Dapat diaplikasikan pada sembarang himpunan satuan yang dapat dihitung atau pada sembarang sifat ekstensif.
– Sifat ekstensif: sifat yang nilainya dua kali ketika jumlah bahan yang ada bertambah dua kali. Beberapa contoh adalah massa, energi, entropy, massa spesies kimia, momentum, dan muatan listrik. Beberapa contoh satuan yang dapat dihitung adalah orang, apel, molekul, elektron, dan bakteri.
• Tidak dapat digunakan untuk satuan yang tak dapat dihitung atau sifat intensif.
– Sifat intensif: tidak tergantung pada jumlah bahan yang ada. Beberapa contoh adalah suhu, tekanan, viskositas, kekerasan, warna, kejujuran, tegangan listrik, kecantikan, dan densitas. Sebuah contoh satuan tak dapat dihitung adalah semua fraksi desimal antara 0 dan 1.
RANGKUMAN: PEMODELAN
PROSES
Konsep
Logika awal
Matematika
Definisi
Neraca
MODEL
Persamaan dasar
Penggambaran sesudahnya
“Ruang ide”
“Ruang model”
“Ruang fisik” Fenomena
RANGKUMAN: LOGIKA PEMODELAN
Situasi fisik
Pemilihan besaran
Pemilihan volume kontrol
Persamaan neraca
Persamaan dasar
Persamaan
cukup?
Semua neraca
digunakan?Model
matematika
Ya
Ya
Tidak
Tidak
Situasi fisik
Pemilihan besaran
Pemilihan volume kontrol
Persamaan neraca
Persamaan dasar
Persamaan
cukup?
Semua neraca
digunakan?Model
matematika
Ya
Ya
Tidak
Tidak
Cooler/Heater
• HE satu sisi
• Aliran masuk didinginkan (atau dipanaskan) ke kondisi keluar yang dibutuhkan.
• Energy stream menyerap (atau memberikan) beda enthalpy antara kedua aliran.
• Berguna jika yang diperhatikan hanya berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan atau memanaskan aliran proses dengan suatu utilitas tanpa memperhatikan kondisi utilitas itu sendiri.
Heater iconCooler icon