tugas 1 pppk atas nama indri wahyuningtyas nim 21030112120005.pdf

7/23/2019 tugas 1 PPPK atas nama Indri Wahyuningtyas NIM 21030112120005.pdf

1/32

TUGAS KULIAH PERANCANGAN PRODUK DAN PROSES KIMIA #1

SOAL

Steam Reforming of Methane (SRM) akan dilakukan dalam tiga reaktor berdasarkan tahapan-

tahapan reaksi di bawah ini untuk menghasilkan utamanya gas hydrogen dan / atau gas sintesa

(H2dan CO). Gas CO2yang dihasilkan dari reaksi dikonversikan kembali menjadi gas methane

untuk meminimasi CO dan CO2. Gas methane tersisa dan dihasilkan dari recovery harus di-

recycle kembali ke bagian umpan.Perbandingan molar Steam terhadap Methane di gas alam

adalah 2.5. Produk atas dari Shift Reactor dipisahkan di Component Splitter dengan Fraction to

Overhead sama dengan 1.0 untuk methane, CO, hydrogen dan H 2O, sedangkan Fraction to

Overhead untuk CO2harusnya nol.

Reaksi-reaksi Kimia yang terjadi:

Reform 1(equilibrium, 760oC) : CH4+H2O

> CO + 3H2

Reform 2(equilibrium, 760oC) : CO + H2O> CO2+ H2

Shift 1 (equilibrium, adiabatis) : CO + H2O > CO2+ H2

Meth 1 (conversion 100%, adiabatic ) : CO + 3H2> H2O + CH4


2/32

Equilibrium Constant:

Keq vs T Table for Reform 1:

Temperature, C (F) Keq

595C (1100F) 0.5650C (1200F) 3705C (1300F) 14

760C (1400F) 63

815C (1500F) 243870C (1600F) 817


Temperature, C (F) Keq

675C (1250F) 1.7

705C (1300F) 1.5730C (1350F) 1.3

760C (1400F) 1.2

790C (1450F) 1.1

815C (1500F) 1.0

PENYELESAIAN (SIMULASI PROSES)

1. Menjalankan program HYSIS, lalu klik Ctrl+N (new case).

2. Menambahkan komponen yang terdapat dalam Steam Reforming of Methane, yaitu CH4,

H2O, CO, H

2dan CO

2.

Klik Add pada bar Simulation Basis Manager.


3/32

Masukan komponen (CH4, H2O, CO, H2 dan CO2 ) pada Componen List View

dengan cara mengketik komponen tersebut berdasarkan (Sim name/ Full name /

Formula) komponen tersebut. Setelah memilih komponen lalu klik dua kali atau

Add Pure. Setelah selesai klik close. Simulasi sebagai berikut:

3. Menambahkan Fluids Package. Dalam simulasi ini menggunakan Peng-Robinson.

Klik Add pada bar Simulation Basis Manager.

Pilih Peng-Robinson pada bar Property Package Selection.

Klik close, kemudian simulasi menjadi seperti berikut.

4. Menambahkan Reaction, karena pada simulasi ini terjadi beberapa reaksi.


4/32

Klik Reaction pada bar Simulation Basis Manager.

Pada bar Configuration klik Add Rxn, lalu pilih jenis reaksi yang terjadi.

Reform 1(equilibrium, 760oC) : CH4+H2O>CO + 3H2

Reform 2(equilibrium, 760oC) : CO+H2O> CO2+ H2

Shift 1 (equilibrium, adiabatis) : CO+H2O> CO2+ H2

Meth 1 (conversion 100%, adiabatis) : CO+ 3H2

> H2O + CH4 ReaksiReform 1(equilibrium, 760

oC) : CH4+H2O > CO + 3H2. Klik

Equilibrium.

Klik Stoichiometry, kemudian isi Component dan Stoich Coeff sesuai reaksi

tersebut. Simulasi sebagai berikut:

Klik Basis, lalu pilih Keq vs T Table. Kemudian masukan data:


Temperature, C (F) Keq595C (1100F) 0.5

650C (1200F) 3

705C (1300F) 14760C (1400F) 63

815C (1500F) 243

870C (1600F) 817

Ubah nama reaksi menjadi Reform 1. Setelah Ready, klik close.


5/32

Reaksi Reform 2(equilibrium, 760oC) : CO + H2O > CO2+ H2. Dengan cara

yang sama seperti pada Reaksi Reform 1, maka pilih jenis reaksi Equilibrium,

mengisi Component, Stoich Coeff, beserta Basis (Keq vs T Table) dengan

memasukan data:


Temperature, C (F) Keq675C (1250F) 1.7

705C (1300F) 1.5

730C (1350F) 1.3

760C (1400F) 1.2790C (1450F) 1.1

815C (1500F) 1.0

Ubah nama reaksi menjadi Reform 2. Setelah Ready, klik close.

Shift 1 (equilibrium, adiabatis) : CO + H2O

> CO2 + H2. Dengan cara yangsama seperti pada Reaksi Reform 2, maka pilih jenis reaksi Equilibrium, mengisi

Component, Stoich Coeff, beserta Basis (Gibbs Free Energy).

Ubah nama reaksi menjadi Shift 1. Setelah Ready, klik close.

Meth 1 (conversion 100%, adiabatis): CO + 3H2> H2O + CH4. Dengan cara

yang sama seperti pada Reaksi Shift 1, maka pilih jenis reaksi Conversion,


6/32

mengisi Component, Stoich Coeff, beserta Basis (Co = 100 dan Base Component

= CO).

Ubah nama reaksi menjadi Meth 1. Setelah Ready, klik close.

5. Menambahkan Reaction Set.

Klik Reaction pada bar Simulation Basis Manager.

Pada bar Configuration klik Reaction Set.

Klik Add Set. Kemudian pilih reaksi yang terjadi untuk tiap reaktor pada kolom

Active List.

Kemudian mengubah nama Reaction Set tersebut.

Setelah Ready, klik close.

Pada bar Simulation Basis Manager, pada kolom Reaction Set klik nama Set

Reaction yang sudah dibuat sebelumnya.

Klik Add to FP, kemudian klik Add Set to Fluid Package.

Jika sudah selesai klik Close.

Pada reaktor 1 (Reformer)

CH4 +H2O> CO + 3H2 (Nama reaksi : Reform-1)

CO + H2O> CO2 + H2 (Nama reaksi : Reform-2)

Klik Add Set, lalu masukan reaksi Reform-1 dan Reform-2 pada kolom Active

List.

Ubah nama reaction set, misal (Reaktor 1) atau biarkan tetap (Set-1).

Jika sudah Ready, klik close.


7/32

Pada kolom Reaction Sets, klik Set-1 kemudian klik menu Add to FP, lalu klik

Add Set to Fluid Package, , lalu klik Close.

Pada reaktor 2 (Shift)

CO + H2O > CO2 + H2 (Nama reaksi: Shift-1)

Klik Add Set, lalu masukan reaksi Shift 1 pada kolom Active List.

Ubah nama reaction set, misal (Reaktor 2) atau biarkan tetap (Set-2). Jika sudah Ready, klik close.


Add Set to Fluid Package, lalu klik Close.

Pada reaktor 3 (Meth)

CO + 3H2> H2O + CH4 (Nama reaksi: Meth-1)

Klik Add Set, lalu masukan reaksi Meth-1 pada kolom Active List.


8/32

Ubah nama reaction set, misal (Reaktor 3) atau biarkan tetap (Set-3).

Jika sudah Ready, klik close.


Add Set to Fluid Package, lalu klik Close.

6. Jika memulai simulasi tersebut, maka klik Enter Simulation Environment.

7. Menambahkan aliran umpan (natural gas dan steam).

Stream 1 (Natural Gas)

Klik material stream pada Case (Main), lalu letakkan pada PFD.

Klik dua kali pada stream tersebut, kemudian buka worksheet.

Mengubah nama stream menjadi Natural Gas.

Pada Worksheet, klik Conditions kemudian isi keterangan kondisi natural gas.

Temperature 20 C

Pressure 517 kPaMolar Flow 49.87 kgmole/h

Vapour/ Phase Fraction 1

Pada worksheet klik Compositions kemudian isi keterangan Methane dengan

mole fractions = 1, dengan basis Mole Fractions kemudian klik OK.

Jika sudah OK, lalu klik close.


9/32

Stream 2 (Steam)

Klik material stream pada Case (Main), lalu letakkan pada PFD.


Mengubah nama stream menjadi Steam.

Pada Worksheet, klik Conditions kemudian isi keterangan kondisi steam.


Temperature 200oC

Temperature = 200oC dengan asumsi bahwa suhu steam harus lebih besar dari 100oC. (fase gas)

Pada worksheet klik Compositions kemudian isi keterangan H2O dengan mole

fractions = 1, dengan basis Mole Fractions kemudian klik OK.


10/32

Jika masih terdapat Unknown Flow rate, maka sebaiknya mengatur Set terlebih

dahulu.

8. Menambahkan Set (SET-1).

Klik Set pada Case (Main), lalu letakkan sebelum Stream Natural Gas dan Stream

Steam pada PFD.

Klik dua kali pada Set tersebut, kemudian klik Connections.

Isi Target Variable (Object) = Steam, kemudian pada selelect variable pilih Molar

Flow, lalu klik OK.

Isi Source (Object)= Natural Gas.

Klik Parameters, kemudian isi Multiplier = 2,5 dan Offset = 0.00000 kgmole/h.


11/32

Jika sudah OK, lalu close.

9. Menambahkan Mixer (MIX-100)

Klik Mixer pada Case (Main), lalu letakkan setelah Stream Naatural Gas dan

Stream Steam pada PFD.

Klik dua kali pada Mixer tersebut, kemudian pada bar Design klik Connections,

lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Natural Gas dan Steam, kemudian klik outlet denganmemasukan Mixed Feed.

Setelah OK, lalu klik close.


12/32

10.Menambahkan Heater (Heater 1).

Klik Heater pada Case (Main), lalu letakkan setelah MIX-100 pada PFD.

Klik dua kali pada Heater tersebut, kemudian pada bar Design klik Connections,

lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Mixed Feed, kemudian klik outlet dengan

memasukan Reform Feed.

Isi energy dengan (Q-Heater 1). Ubah nama menjadi Heater 1

Pada bar Design, klik Parameters, lalu klik Design kemudian atur Delta P.

Delta P yang dipilih adalah 1.5 psi, berdasarkan rule of thumb bahwa delta P

tersebut digunakan untuk mendidihkan (suhu meningkat).


13/32

Pada bar Design klik Connections, lalu klik Worksheet.

Klik Conditions, lalu atur sesuai kondisi operasi Reform Feed, sebagai berikut:

Temperature 760oC



14/32

11.Menambahkan Reaktor.

Klik General Reactors pada Case (Main), pilih Equilibrium Reactor lalu letakkan

setelah Heater 1 pada PFD.

Reaktor Equilibrium dipilih karena reaksi yang terjadi pada reaktor tersebut

merupakan reaksi equilibrium.

Klik dua kali pada Reaktor tersebut, kemudian pada bar Design klik Connections,

lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Reform Feed, kemudian tulis vapour outlet dengan

memasukan Reform Prod dan kemudian tulis liquid outlet dengan memasukan

Reformer Liquid.

Tambah energy dengan memasukan (Q-Reform).

Ubah nama reaktor menjadi Reformer.

Pada bar Design klik Connections, lalu klik Reactions. Atur Reaction Set dengan

Set-1.


Atur kondisi operasi Reform Prod

Temperature 755oC

Suhu tersebut dengan asumsi bahwa reaksi yang terjadi pada reaktor tersebut

merupakan reaksi endoterm, sehingga suhu keluar reaktor reform lebih rendah

dari pada suhu masuk reaktor.


15/32

Jika sudah OK, maka close.

12.Menambahkan Cooler (Cooler 1)

Klik Cooler pada Case (Main), lalu letakkan setelah Reformer pada PFD.

Klik dua kali pada Cooler tersebut, kemudian pada bar Design klik Connections,

lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Reform Prod, kemudian isi outlet dengan memasukan

Shift Feed.

Tambah energy dengan nama (Q- Cooler 1)

Ubah nama cooler menjadi Cooler 1.


16/32


Klik Conditions, lalu atur kondisi Shift Feed, sebagai berikut:

Temperature 427oC

Pressure 413 kPa



17/32

13.Menambahkan Reaktor (Shift)

Klik General Reactors pada Case (Main), pilih Equilibrium Reactor lalu letakkan

setelah Cooler 1 pada PFD.

Reaktor Equilibrium dipilih karena reaksi yang terjadi pada reaktor tersebut

merupakan reaksi equilibrium.


lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Shift Feed, kemudian tulis vapour outlet dengan

memasukan Shift Prod dan kemudian tulis liquid outlet dengan memasukan Shift

Liq.

Kolom Energy tidak diisi karena reaksi adiabatis.

Mengubah nama reaktor menjadi Shift


Set-2.



18/32

14.Menambahkan Cooler (Cooler 2)

Klik Cooler pada Case (Main), lalu letakkan setelah Shift pada PFD.


lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Shift Prod, kemudian isi outlet dengan memasukan

Amine Feed.

Tambah energy dengan nama (Q- Cooler 2).

Mengubah nama Cooler menjadi Cooler 2.

Pada bar Design klik Connections, lalu klik Worksheet. Klik Conditions, lalu atur kondisi Amine Feed, sebagai berikut:

Temperature 38oC

Pressure 309 kPa


19/32


15.Menambahkan Component Splitter (Amine Plant).

Klik Componen Splitter pada Case (Main), lalu letakkan setelah Cooler 2 pada

PFD.

Klik dua kali pada Componen Splitter tersebut, kemudian pada bar Design klik

Connections, lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Amine Feed, kemudian isi Overhead Outlet dengan

memasukan Sweet Gas dan Bottoms Outlet dengan memasukan CO2Off.

Tambah energy dengan nama (Q- Amine Plant).

Mengubah nama Component Splitter menjadi Amine Plant.


20/32

Pada bar Design klik Splits, lalu klik Splits. Isi Split Fraction sesuai keterangan

soal. Sweet Gas yang diinginkan tidak mengandung CO2 maka pada kolom Sweet

Gas, isi 0 untuk komponen CO2 dan 1 untuk komponen lainnya.


Klik Conditions, lalu atur kondisi Sweet Gas, sebagai berikut:

Temperature 138oC

Pressure 297 kPa

Atur kondisi CO2Off

Temperature 138oC

Pressure 297 kPa



21/32

16.Menambahkan Heater (Heater 2).

Klik Heater pada Case (Main), lalu letakkan setelah Amine Plant pada PFD.

Klik dua kali pada Heater tersebut, kemudian pada bar Design klik Connections,

lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Sweet Gas, kemudian klik outlet dengan memasukan

Methanator Feed.

Isi energy dengan nama (Q- Heater 2). Mengubah nama heater menjadi Heater 2.

Pada bar Design klik Parameters, lalu klik Design kemudian atur delta P.

Berdasarkan Rule of thumb maka delta P yang digunakan untuk mendidihkan

(boiling) adalah 1.5 psi.


22/32


Klik Conditions, lalu atur kondisi Methanator Feed.

Reaksi yang terjadi pada methanator adalah reaksi eksotermis, sehingga suhu

masuk reaktor lebih rendah dibanding suhu keluar reaktor. Dengan demikian

asumsi bahwa pada Methanator,

Temperature 200oC



23/32

17.Menambahkan Reaktor 3 (Methanator)

Klik General Reactors pada Case (Main), pilih Conversion Reactor lalu letakkan

setelah Heater pada PFD.

Reaktor Conversion dipilih karena reaksi tersebut menghasilkan konversi 100%.


lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Methanator Feed, kemudian tulis vapour outlet

dengan memasukan Product dan kemudian tulis liquid outlet dengan memasukan

Meth Liq.

Kolom Energy tidak diisi karena reaksi adiabatis.

Mengubah nama reaktor menjadi Methanator.


Set-3.



24/32

18.Menambahkan Compressor.

Klik Compressor pada Case (Main), lalu letakkan setelah Methanator pada PFD.


lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Product, kemudian outlet dengan memasukan Comp

Prod.

Isi energy dengan nama (Q- Compressor). Mengubah nama alat menjadi Compressor.


Klik Conditions, lalu atur kondisi Comp Prod, sebagai berikut:

Pressure 517 kPa


25/32


19.Menambahkan Cooler (Cooler 3).

Klik Cooler pada Case (Main), lalu letakkan setelah Compressor pada PFD.


lalu klik Design. Isi inlet dengan memasukan Comp Prod, kemudian isi outlet dengan memasukan

Cooler 3 Prod.

Tambah energy dengan nama (Q- Cooler 3).

Mengubah nama Cooler menjadi Cooler 3.


26/32


Klik Conditions, lalu atur kondisi Amine Feed, sebagai berikut:

Temperature 200oC



27/32

20.Menambahkan Component Splitter (C. Splitter 2)

Klik Componen Splitter pada Case (Main), lalu letakkan setelah Cooler 3 pada

PFD.

Klik dua kali pada Componen Splitter tersebut, kemudian pada bar Design klik


Isi inlet dengan memasukan Cooler Prod, kemudian isi Overhead Outlet dengan

memasukan Product 2 dan Bottoms Outlet dengan memasukan CH4Off.

Tambah energy dengan nama (Q- Splitter).

Mengubah nama alat menjadi C. Splitter 2.

Pada bar Design klik Splits, lalu klik Splits, lalu klik Design. Isi Split Fraction

berdasarkan Product 2 yang diinginkan tidak mengandung CH4 maka pada kolom

Product 2, isi 0 untuk komponen CH4 dan 1 untuk komponen lainnya.



28/32

21.Menambahkan Separator.

Klik Separator pada Case (Main), lalu letakkan setelah Componen Splitter pada

PFD.

Klik dua kali pada Separator tersebut, kemudian pada bar Design klik


Isi inlet dengan memasukan Product 2, kemudian isi Vapour Outlet dengan

memasukan Product 3 (Gas Hydrogen) dan Bottoms Outlet dengan memasukan

H2O Off.

Mengubah nama alat menjadi Separator.



29/32

22.Menambahkan Recycle.

Klik Separator pada Case (Main), lalu letakkan setelah C. Splitter 2 pada PFD.

Klik dua kali pada Separator tersebut, kemudian pada bar Design klik


Isi inlet dengan memasukan CH4 Off, kemudian isi Outlet dengan memasukan

Recycle Out.

Mengubah nama alat menjadi Recycle.



30/32

23.Menambahkan Stream baru (Input MIX-101).

Klik material stream pada Case (Main), lalu letakkan sebelum MIX-101 pada

PFD.


Mengubah nama stream menjadi Input MIX-101.

Pada Worksheet, klik Conditions kemudian isi keterangan kondisi natural gas.

Temperature 20 C

Pressure 517 kPaMolar Flow 49.87 kgmole/h


Pada worksheet klik Compositions kemudian isi keterangan Methane dengan

mole fractions = 1, dengan basis Mole Fractions kemudian klik OK.


31/32


24.Menambahkan Mixer (MIX-101)

Klik Mixer pada Case (Main), lalu letakkan setelah Stream Input Mix-101 pada

PFD.

Klik dua kali pada Mixer tersebut, kemudian pada bar Design klik Connections,

lalu klik Design.

Isi inlet dengan memasukan Input Mix-101 dan Recycle Out, kemudian klik outlet

dengan memasukan Natural Gas.



32/32

HASIL SIMULASI

tugas 1 pppk atas nama indri wahyuningtyas nim 21030112120005.pdf

Documents