sintesis dan integrasi proses · pdf fileperancangan konseptual menunjukkan bagian dari proyek...
TRANSCRIPT
SINTESIS DAN INTEGRASIPROSES KIMIA
Design
1. Conceptual design: develop a preliminary flowsheet usingapproximate methods.
2. Preliminary design: use rigorous simulators to evaluate steady-state and dynamic performance of proposed flowsheet.
2
state and dynamic performance of proposed flowsheet.
3. Detailed design: specify type of trays, no. of sieve tray holes,piping, pumps etc.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Process Design
Definisi berikut menurut Douglas (1988) yangmenyoroti bahwa merancang proses merupakansuatu kegiatan kreatif:
Merancang Proses adalah aktivitas kreatif dimanakita menghasilkan ide-ide dan kemudian
3
kita menghasilkan ide-ide dan kemudianmenerjemahkannya mereka ke dalam peralatandan proses untuk memproduksi bahan-bahan baruatau untuk secara signifikan meningkatkan nilaibahan yang ada.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Perancangan konseptual menunjukkan bagian dariproyek perancangan yang berhubungan denganpendefinisian elemen dasar suatu proses: flowsheet,neraca massa dan energi, spesifikasi dan peralatankinerja, konsumsi utilitas, keamanan dan isu-isu
4
kinerja, konsumsi utilitas, keamanan dan isu-isulingkungan, serta efisiensi ekonomi.
Oleh karena itu, dalam perancangan konseptualpenekanannya adalah pada perilaku proses sebagaisebuah sistem, bukan pada ukuran dari itemperalatan.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Penting untuk dicatat bahwa perancangankonseptual bertanggung jawab untuk sebagianbesar dari biaya investasi dalam sebuah pabrik,bahkan jika fraksi dalam biaya proyek sangatterbatas.
5
terbatas.
Sebuah keputusan yang salah di tingkat konseptualakan menyebarluaskan seluruh mata rantai dariperancangan detil dan pengadaan peralatan.Bahkan jauh lebih tinggi biaya yang diperlukankemudian dalam operasi untuk memperbaikikesalahpahaman dalam desain dasar.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
6
Insentif ekonomi dalam suatu proyek
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Sintesis dan Analisis
Metodologi terdiri dari kombinasi langkah analisisdan sintesis. Dalam hal ini konteks, yang kitamaksud dengan kegiatan analisis ditujukanuntuk pengetahuan elemen sistem, sepertipenyelidikan sifat fisik komponen dan campuran,karakteristik kinerja reaktor dan unit operasi, atau
7
karakteristik kinerja reaktor dan unit operasi, atauevaluasi profitabilitas. Sintesis berkaitan dengankegiatan yang bertujuan untuk menentukanarsitekturarsitektur sistemsistem, seperti pemilihan komponenyang sesuai, organisasinya dalam kerangkastruktur serta kajian hubungan dan interaksinya.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Synthesis versus Analysis
8
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Sebuah masalah perancangan selalu underdefined,baik oleh kurangnya data, atau tidak cukup waktudan sumber daya. Selain itu, masalah desain selaluterbuka (open ended). Tidak pernah ada solusitunggal. Solusinya tergantung pada keputusan
9
tunggal. Solusinya tergantung pada keputusanperancangan seorang perancang yang harusmengambil berbagai tahap pengembangan proyekuntuk memenuhi teknis atau kendala ekonomis, atauhanya untuk menghindari masalah lisensi.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Intensifikasi Proses
Generasi alternatif sistematis adalah fitur yangpaling penting dari perancangan konseptual modern.Solusi terbaik adalah diidentifikasi sebagai salahsatu yang optimal dalam konteks kendala denganmenggunakan evaluasi yang konsisten dan peringkatalternatif. Tren perancangan proses saat ini adalah
10
alternatif. Tren perancangan proses saat ini adalahpada intensifikasi proses. Intensifikasi prosesmenunjukkan perkembangan teknik dan peralatanbaru yang dapat mencapai perbaikan yang signifikandalam produktivitas, serta dalam efisiensi energidan ramah lingkungan proses.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
11
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Pengembangan di bidang ini dapat diklasifikasikandalam dua wilayah (Stankiewicz dan Moulijn, 2000):
1) Proses-mengintensifkan peralatan, seperti reaktornovel, pencampuran intensif dan peralatan transferpanas dan transfer massa;
12
panas dan transfer massa;
2) Proses mengintensifkan metode, seperti integrasireaksi dan tahap-tahap pemisahan dalam reaktormultifungsi (contoh: distilasi reaktif, reaktormembran, fuel cell), pemisahan hibrid (contohdistilasi membran), sumber energi alternatif, danmode operasi baru (misalnya operasi periodik).
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Pertama, intensifikasi proses yang mengarah padapenurunan yang signifikan dalam ukuran peralatandan biaya. Manfaat lain adalah pengurangankeselamatan dan risiko ekologi karena persediaanyang lebih kecil, khususnya penting dalam kasus
13
yang lebih kecil, khususnya penting dalam kasusbahan berbahaya. Pabrik yang mobile bisa membawapembuatan bahan kimia berbahaya lebih dekat kepengguna-akhir, menghilangkan penyimpanan dantransportasi yang mahal. Intensifikasi proses jugadiperlukan untuk mengembangkan peralatan untukteknologi yang sedang berkembang, khususnyadalam rekayasa biokimia.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Integrasi Proses
Integrasi proses (PI) muncul pada dekade 1980-1990 sebagai disiplin baru dalam teknik kimiadengan penekanan pada efisiensi penggunaanenergi. PI mengungkapkan bahwa penghematanenergi yang signifikan dapat dicapai dengan
14
energi yang signifikan dapat dicapai denganmenganalisis masalah hanya dalam konteks darikeseluruhan proses (sistem), dan tidak dari sudutpandang unit yang berdiri sendiri.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
15
Pendekatan perancangan proses terintegrasi
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Pendekatan Hirarkis
0 .Basis Perancangan (masukan informasi)
1. Analisis reaksi kimia dan termodinamika
2. Analisis struktur input/output
3. Struktur recycle pabrik
16
3. Struktur recycle pabrik
4. Sistem pemisahan pabrik
5. Integrasi Energi
6. Alternatif desain
7. HAZOP analisis
8. Sistem pengendalian proses
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
17
Pendekatan hirarkis perancangan konseptual
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 0: Basis Perancangan.
Langkah ini terdiri daripengumpulan teknologi yangmendasar dan data ekonomi yang
18
diperlukan untuk melakukanperancangan konseptual, termasukkesehatan, keselamatan dan risikolingkungan.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 1: Reaksi Kimia dan Termodinamika.
Tingkat ini berkaitan dengan analisis pengetahuandasar yang dibutuhkan untuk melakukan prosesdesain konseptual. Penjelasan rinci tentang reaksikimia sangat penting untuk merancang reaktorkimia, serta untuk menangani keamanan dan isu-isu
19
kimia, serta untuk menangani keamanan dan isu-isulingkungan. Di sini, batasan yang ditatur olehkesetimbangan kimia atau kinetika kimiadiindentifikasi. Perilaku nonideal campuran utamadianalisis dalam pandangan pemisahan, yaitudengan distilasi.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 2: Input/output Analisis
Tahap ini menetapkan kerangka neraca massakeseluruhan yang dipisahkan oleh bahan baku padainput, dan produk, produk samping dan limbah padaoutput. Keputusan perancangan utama berkaitan kinerjasistem reaksi. Atas dasar ini, kelayakan awal dievaluasidengan suatu ukuran potensial ekonomi atau denganukuran lain untuk nilai tambah. Analisis ini harus
20
ukuran lain untuk nilai tambah. Analisis ini harusmencakup biaya yang dikeluarkan dalam penangananmasalah lingkungan. Jika reaksi sangat endoterm,perkiraan biaya energi berdasarkan proses yang adadapat dimasukkan untuk analisis lebih realistis.Perhatikan bahwa potensi ekonomi pada tingkat I/Oharus cukup tinggi untuk menerima pengurangan lebihlanjut saat biaya operasional dan modal diperhitungkan.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 3: Reaktor/Pemisahan/Recycle.
Tingkat ini berkaitan dengan pendefinisian elemen utamaarsitektur proses, yaitu reaktor kimia yang berinteraksidengan pemisahan melalui daur ulang. Penekananditempatkan pada perancangan reaktor pada daur ulangberdasarkan basis kinetik. Reaksi sekunder danpembentukan pengotor dipertimbangkan, setidaknya
21
pembentukan pengotor dipertimbangkan, setidaknyasecara kuantitatif. Desain ini dilakukan tidak hanya sekitarsatu titik operasi yang dianggap optimal, tapi dalam suatu"operasi jendela" yang didefinisikan oleh fleksibilitas lajuproduksi dan variabilitas bahan baku.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
(lanjutan)
Fitur lainnya adalah analisis awal tentang integrasipanas reaktor kimia, sebelum menerapkan analisispich-pich point untuk keseluruhan flowsheet. Reaksiyang sangat eksotermis merupakan bagian utamayang berkenaan dengan (1) stabilitas sistem reaksikimia yang dihadapkan pada umpan balik dari
22
kimia yang dihadapkan pada umpan balik daribahan-bahan dan energi, dan (2) penggunaan energiyang optimum untuk menutupi kebutuhan sendiridan mengekspor surplus tersebut. Pada sisi lain,reaksi endotermis dibatasi oleh ketersediaan utilitas,serta dengan perangkat mahal untuk menghasilkanpanas dan listrik.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
(lanjutan)
Jika Level 3 diselesaikan dengan baik,pengembangan flowsheet harus mengikuti trekhampir berurutan terdiri dari sintesis subsistem danmemecahkan masalah integrasi lokal. Secara khusus,penghematan energi dapat membawa beberapamodifikasi mengenai sistem pemisahan, tapi tanpa
23
modifikasi mengenai sistem pemisahan, tapi tanpamempengaruhi baik desain reaktor kimia ataustruktur daur ulang. Jadi, levelreaktor/pemisah/aurulang muncul sebagai bagianpaling penting dalam hierarki perancangankonseptual.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 4: Sistem Pemisahan.
Setelah memecahkan split terlebih dulu, masalah sintesisdibagi menjadi submasalah untuk menangani fluidahomogen, yang pada gilirannya menghasilkan subsistempemisahan untuk gas, cairan dan padatan. Tujuannyaadalah menemukan pemisahan urutan pemisahanoptimum untuk setiap subsistem. Pendekatan ini terdiridari mengidentifikasi tugas pemisahan dengan cara
24
dari mengidentifikasi tugas pemisahan dengan carapemilih logis, yang memiliki efek pengurangansignifikan dalam mencari ruang. Peringkat teknikpemisahan ini didasarkan pada indentifikasi dariproperti karakteristik antara komponen campuran.Penyusunan urutan pemisahan bergantung padasebagian besar heuristik, meskipun mungkin termasukmetode optimasi.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
(lanjutan)
Pada akhir level 4, hasilnya adalah flowsheet prosesyang mendekati optimum bersama dengan neracamassa yang konsisten. Tingkat berikutnya akanmemiliki sebagai tujuan solusi dari masalah yangberhubungan dengan penggunaan optimal dari
25
berhubungan dengan penggunaan optimal darisumber daya energik dan bahan utilitas, sertadengan minimisasi limbah dan proses plantwidekontrol.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 5: Integrasi Energi
Tingkat ini melibatkan berbagai kegiatan perancanganyang berkaitan dengan meminimalkan energi dan utilitasmaterial. Ini bisa diklasifikasikan sebagai berikut:
5a. Analisis Pinch point untuk panas yang optimal dankonsumsi daya.
5b. Perancangan pemisahan energi yang terintegrasi.
26
5b. Perancangan pemisahan energi yang terintegrasi.
5c. Perancangan sistem pendingin (refrigerasi).
5d. Minimisasi Air: merancang sistem yang efisien untukdaur ulang air.
5e. Minimisasi Pelarut: merancang sistem yang efisienuntuk daur ulang pelarut.
5f. Integrasi tempat untuk energetik dan material.Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 6: HAZOP dan Lingkungan
Karena faktor yang menyebabkan bahaya danmasalah lingkungan ditangani pada tahap awal,pada tahap ini seharusnya hanya menerapkanevaluasi kuantitatif terhadap efek dengankonsekuensi yang terbatas pada perancangan
27
konsekuensi yang terbatas pada perancangankonseptual
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Level 7: Sistem Pengendalian (control)Proses
Isu-isu penting proses dinamis dan pengendalian,yaitu kebijakan umpan segar dan stabilitas operasipada sistem reaksi/pemisahan/daur ulang,diselesaikan di Level 3. Sehingga, pelaksanaansistem pengendalian proses dapat direalisasikan
28
sistem pengendalian proses dapat direalisasikantanpa mempengaruhi struktur flowsheet dasar,tetapi dengan mempertimbangkan prinsip-prinsippengendalian proses yang mendasar. Bagianselanjutnya akan menjelaskan secara lebih rinci isidari level yang berbeda.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Metodologi di atas berlaku untuk semua jenisindustri proses kimia. Hasil yang terbaik akandiperoleh ketika pengguna berjalan melalui semualangkah-langkah, menghindari godaan reproduksiflowsheets ada. Pendekatan ini berharga tidak
29
flowsheets ada. Pendekatan ini berharga tidakhanya untuk proses baru, tetapi juga untukperbaikan proses yang sudah ada (revamping danretrofitting), di mana dimulai dari "awal" adalahcara terbaik untuk merangsang ide inovatif.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
Flowsheet
30
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
PFD
31
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
PFD- heat integration
32
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila