LEVEL-2 STRUKTUR INPUT-OUTPUT FLOWSHEET

KEPUTUSAN UNTUK STRUKTUR INPUT-OUTPUT Untuk memahami keputusan yang diperlukan untuk menetapkan struktur input-output suatu flowsheet, kita sering menggambar suatu kotak mengelilingi proses seluruhnya. Selanjutnya kita fokuskan perhatian kita pada bahan baku yang diumpankan dan produk, by-produk yang diambil. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Alternatif Flowsheet Proses Proses Rule : desirable to recover >99% of all valuable materials but #1 : might be cheaper to lose inexpensive reactants (e.g., air, water etc) but #2 : recycle gaseous reactant and purge a gaseous impurity or by-product Remarks: If the cost of separation is cheap (e.g., membrane), the gas recycle and purge might not be necessary. Proses produk by produk umpan aliran (a) Proses umpan by produk produk aliran purge (b) Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Keputusan yang Harus Dibuat untuk Menetapkan Struktur Input–Output Flowsheet Haruskah memurnikn aliran bahan baku sebelum diumpankan ke reaktor? Haruskah membuang atau mendaur ulang by- produk reversibel? Apakah kita memerlukan daur ulang gas dan aliran pembersihan (purge)? Apakah O2 dari udara atau air merupakan reaktan yang tidak dipulihkan (recovery) dan didaur ulang (recycle)? Berapa banyak aliran produk yang akan ada/dibuat? Apa variabel perancangan (desain) untuk strktr input-output, Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

1. Purifikasi Umpan (Bahan Baku) Keputusan untuk memurnikan bahan baku sebelum masuk proses sama dengan memutuskan untuk mendesain sistem pemurnian preproses. Hal ini berbeda dari keputusan untuk mengumpankan proses melaui sistem separasi yang diperlukan di beberapa kasus. Karena pada tahap ini dalam sistesis dan prosedur analisis kita tidak mengetahui jenis sistem separasi apa yang akan diperlukan untuk proses dengan tidak adanya pengotor umpan, kita tidak dapat selalu membuat keputusan yang terdefinisi. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Beberapa petunjuk desain untuk dipertimbangkan: Jika pengotor umpan bukan inert dan terdapat dalam jumlah signifikan, hilangkan. Jika pengotor umpan terdapat dalam umpan gas, sebagai langkah awal, proses pengotor tsb. Jika pengotor umpan dalam umpan cairan termasuk byproduk atau komponen produk, biasanya lebih baik diumpankan ke proses melewati sistem separasi. Jika pengotor umpan terdapat dalam jumlah besar, hilangkan (tdk ada kriteria kuantitatif u mengindikasi seberapa besar). Jika pengotor umpan hadir sebagai azeotrop dg reaktan, sering lebik baik memproses pengotor tsb. Jika pengotor umpan adalah inert namum lebih mudah memisahkannya dari produk daripada umpan, lebih baik memproses pengotor. Jika pengotor umpan adalah racun katalis, hilangkan. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

“Jika kita tidak yakin bahwa keputusan kita benar, kita daftar keputusan yang bertentangan tsb sebagai suatu alternativ proses” Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Daur ulang  peralatan di recycle loop harus diperbesar 2. Pemulihan atau Daur Ulang By Produk Reversibel Reaksi pembentukan benzen dari toluena: Karena reaksi kedua adalah reversibel, kita dapat mendaur ulang difenil kembali ke reaktor dan dibangun dalam recycle loop sampai akhirnya mencapai level kesetimbangan. Difenil yg didaur ulang akan terdekomposisi membentuk benzen pada laju yg sama sebagaimana benzen akan menghasilkan difenil. Daur ulang  peralatan di recycle loop harus diperbesar Dihilangkan  selektivitas menurun Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

3. Daur Ulang Gas atau Pembersihan “Kapanpun suatu reaktan ringan (light reactant) dan juga pengotor umpan yg ringan atau byproduk ringan yg mendidih lebih rendah dari propilen (-55oF, - 48oC), gunakan daur ulang gas dan aliran pembersihan” Proses separasi membran juga seharusnya selalu dipertimbangkan. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

4. Jangan memulihkan atau mendaur ulang reaktan tak berharga Terdapat aturan bahwa kita seharusnya memulihkan lebih dari 99% semua material yang bernilai. Karena material seperti air dan udara kurang bernilai daripada cairan organik, kita umumnya tidak memulihkan atau mendaur ulang jumlah tak terkonversi dari kedua komponen tersebut . Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

5. Jumlah Aliran Produk Untuk menentukan jumlah aliran produk yang meninggalkan proses, pertama kali kita mendaftar semua komponen yg diharapkan meninggalkan reaktor. Daftar komponen ini biasanya termasuk komponen2 dalam aliran umpan dan semua reaktan dan produk yg nampak dalam setiap reaksi. Selanjutnya kita mengklasifikasi setiap komponen dlm daftar dan memberikan kode maksud. Kita memisahkan berdasarkan titik didih, dan mengelompokkan komponen terdekat dengan maksud sama. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

1. order by bp’s (A – Z; low boiler - high boiler) 2. group neighboring components with the same destination. 3. no. of groups – no. of recycle streams= no. of product streams Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

“Tidak pernah bermanfaat memisahkan dua aliran dan kemudian mencampurnya bersama” Contoh 1: kita memiliki 10 daftar komponen berdasarkan titik didih dan dengan kode maksud. Berapa banyak aliran produk yg ada. Komponen Maksud Komponen Maksud A waste F Produk utama B waste G recycle C recycle H Recycle D Fuel I by produk E fuel J Fuel Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

F – produk utama ke penyimpanan untuk dijual Aliran produk adalah : 5 A + B ke pembuangan D + E ke bahan bakar F – produk utama ke penyimpanan untuk dijual I – by produk 1 ke penyimpanan untuk dijual J ke bahan bakar (J harus dipisahkan dari D dan E u memulihkan komponen F, G, H dan I, sehingga kita mengolah J aliran produk terpisah. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Proses Contoh 2. Berapa banyak aliran produk untuk proses HDA? Komponent b.p. Destination code Hydrogen -253oC recycle and purge methane -161oC recycle and purge benzene 80oC primary product Toluene 111oC recycle Diphenyl 253oC fuel_____________ Results: three product streams (4-1=3) Proses H2, CH4 Difenil Benzen Toluen Purge: H2, CH4 Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

6. Evaluasi Flowsheet “ Pastikan bahwa semua produk, by- produk, dan pengotor meningggalkan proses” Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

B. VARIABEL DESAIN, NERACA MASSA OVERALL, DAN BIAYA ALIRAN Reaksi Komplek konversi reaktor, rasio molar reaktan, tekanan dan suhu reaksi Reaktan excess Reaktan yg tdk dipulihkan atau recyce gas dan purge Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Prosedur membuat neraca overall Mulai dengan laju produksi tertentu Neraca Massa Overall Prosedur membuat neraca overall Mulai dengan laju produksi tertentu Dari stoikiometri (dan u reaksi komplek, korelasi u distribusi produk) temukan aliran byproduk dan kebutuhan reaktan (dalam istilah variabel desain) Hitung aliran pengotor yg masuk dan keluar u aliran umpan dimana reaktan dipulihkan dan didaur ulang secara lengkap Hitung aliran keluar reaktan dalam istilah jumlah excess u aliran dimana reaktan tidak dipulihkan dan didaur ulang (recycle dan purge atau udara dan air) Hitung aliran masuk dan keluar untuk pengotor yg masuk dg aliran reaktan di tahap 4 Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Proses HDA-example Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Proses HDA-cont Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Stream Tables Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Stream Costs Economic potential (EP) at level 2. EP2= product value + by-product value - raw material costs Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Summary: Flowsheet Alternatives Remark: We have not considered the recycle cost yet. Summary: Flowsheet Alternatives - purify the feed: probably not desirable - recycle diphenyl: We must oversize all the equipment in the diphenyl-recycle loop. - recover some hydrogen: Is justified by determining the cost of the recovery system. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila