Analisis Sistem Proses Ir. Abdul Wahid, MT. Ir. Tania Surya Utami, MT. Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia FTUI Analisis Sistem Proses

Struktur Dasar Sistem Proses Kimia Sistem Reaktor Sistem Separasi Sistem Energi Sistem kontrol dan safety Feedback/Recycling/Recovery Output sistem Input sistem

Skema Tugas Analisis dan Sintesis x y=? ? x y Diberikan : input dan sistem Diinginkan : cara model berfungsi dan output Tugas : - Dekomposisi - Pemodelan - Simulasi Diberikan : input dan output Diinginkan : disain sistem Tugas : - Sintesis - Evaluasi - Optimasi - Kontrol

Sistem Apa itu sistem? SISTEM adalah sejumlah elemen yang relatif terbatas dan saling berhubungan satu sama lainnya. Semua elemen yang tidak tercakup di dalam sistem disebut lingkungan sistem. Sistem menggambarkan unit tertentu di dalam lingkungannya. Setiap sistem merupakan sebuah elemen dari sebuah sistem superordinat Setiap elemen adalah juga sistem itu sendiri, hanya saja tingkat hirarkinya lebih rendah Elemen adalah modul dari sebuah sistem yang dianggap tidak bisa diuraikan lagi

Struktur dan Fungsi Struktur sistem: seluruh keterkaitan antar elemen-elemen dari sebuah sistem Setiap sistem dikarakterisasi oleh fungsi tertentu Fungsi dari sebuah sistem proses adalah sifat khususnya untuk mengubah parameter input ke parameter output dengan sebuah transformasi

Intrikasi dan Kompleksitas Keruwetan (intricacy) dari sebuah sistem ditentukan oleh jumlah elemen-elemennya Kompleksitas dari sebuah sistem ditentukan oleh jumlah dan jenis interkoneksi antar-elemen dan berlipatgandanya elemen yang berbeda-beda.

Analisis Sistem Apa itu ANALISIS SISTEM? Investigasi struktur dan elemen-elemen sistem, interkoneksi dan jenis-jenis fungsinya Contoh: Sebuah pabrik untuk konversi kimia dan pemrosesan: perlengkapan, mesin, perpipaan, fitting, unit instrumentasi proses dan teknik kontrol, dan subsistem tambahan

Konsep Sistem dari sistem proses Sistem S x y Y Decomposition Aggregation/Integration Analisis Sintesis Analisis dan sintesis mempunyai keterdekatan hubungan metode dalam mencari solusi suatu masalah. Setiap sintesis harus diikuti oleh analisis yang tidak hanya diteliti dari cara berfungsinya saja melainkan juga berisi sebuah evaluasi yang menjadi basis dari tahapan sistem berikutnya (evolusi), mengarah ke sistem yang optimum

Hirarki Obyek Teknologi Kimia 8. Sistem Industri Kimia dan Yang Terkait Hirarki Obyek Teknologi Kimia 7. Pabrik Kimia 6. Proses 5. Tahapan Proses (Kelompok Proses) 4. Unit/Kelompok Proses (Makroproses) 3. Subproses 2. Elemen Volume (Mikroproses) 1. Proses Elementer

1. Proses Elementer Mencakup proses elementer yang diisolasi Tidak diperrumit oleh efek surut (reaksi kimia pada kondisi ideal) Mekanismenya diisolasi secara individual: perpindahan massa dan energi perpindahan impulsa proses termodinamika proses elementer lainnya Umumnya berisi investigasi di dalam ilmu pengetahuan alam Efek fisika-kimia yang dihasilkan dari proses elementer sering diistilahkan driving principle atau fenomena

2. Elemen Volume (Mikroproses) Jika batasan ruang dari obyek teknik kimia yang sedang diinvestigasi diperluas ke dimensi yang sangat kecil tapi terbatas, tingkatan yang dihasilkan adalah elemen volume (volume elementer) Elemen volume inkremental ini dapat memiliki batasan alamiah (butiran katalis, gelembung gas) atau dapat dipisahkan dari volume yang lebih besar Proses fisika-kimia yang terjadi dalam elemen volume kebanyakan beroperasi dalam kombinasi (gabungan perpindahan massa dan energi, contohnya) Gradien dari parameter proses yang berbeda, juga, dapat terjadi dalam elemen volume (gradien suhu, gradien konsentrasi, dsb)

3. Subproses Elemen volume yang identik atau berbeda dihubungkan dalam unit kimia (kadang ini bisa terjadi pada elemen volume dari fasa yang berbeda) dipertimbangkan bersama dalam satu obyek investigasi yang kebanyakan dicirikan oleh batasan yang mempunyai definisi geometri yang pasti Contoh yang mungkin: single stage dari kolom tray bagian terbatas dari kolom unggun unggun katalis dari reaktor berunggun-tetap Pertimbangan utama: aksi gabungan dari mekanisme yang berbeda-beda dan proses perpindahan pada batasan subproses

4. Unit/Kelompok Proses (Makroproses) Agregasi proses parsial atau subproses yang identik atau berbeda digabungkan dalam kerangka hasil proses rekayasa dalam sebuah unit proses kimia Batasannya serupa dengan batasan peralatan, yakni peralatan tempat terjadinya proses Sistem: dihasilkan dari agregasi beberapa tray dari sebuah kolom atau beberapa stage dari kompresor, dsb ditandai sebagai sebuah kelompok proses Unit proses dicirikan dengan fungsi khusus dalam jaringan perubahan kimia

5. Tahapan Proses (Kelompok Proses) Tahapan proses: agregasi unit proses yang melakukan sebuah tugas parsial tertentu dalam proses teknologi Kelompok proses: agregasi unit proses yang identik dan saling berdekatan (koheren)

6. Proses Gabungan dari tahapan proses atau unit proses Dicirikan dengan produksi bahan kimia yang dapat dipasarkan

7. Pabrik Kimia Beberapa proses dapat digabungkan dalam satu rentetan proses (process train) Rentetan proses dicirikan oleh : pemrosesan sempurna dari feedstock awal, atau pemrosesan lebih lanjut dari produk yang dihasilkan dalam sistem tersebut Industri kimia kebanyakan menyatukan beberapa rentetan proses atau dicirikan dengan satu rentetan proses saja

8. Sistem Industri Kimia dan Yang Terkait Agregasi yang lebih tinggi, sebagai sistem terintegrasi Contohnya jumlah perusahaan kimia atau keseluruhan cabang industri pemrosesan dan kimia dalam daerah atau negara tertentu, dsb

Tingkatan Hirarki dari Proses dan Sistem pada Teknik Proses

Kemungkinan Informasi yang Dipertimbangkan dalam Agregasi

Permasalahan Sintesis dan Analisis Seleksi bahan baku yang sangat baik Seleksi jalur dan kondisi reaksi untuk konversi kimia Seleksi sistem reaktor yang tepat Seleksi sistem separasi yang tepat Seleksi subsistem yang relevan lainnya (untuk kompresi, ekspansi, transportasi, dsb) Seleksi sistem perpindahan kalor yang tepat Spesifikasi ukuran kualitatif untuk menaikkan kehandalan sistem

Pohon Target dalam Disain Sistem RS7 RS6 RS5 RS4 RS3 RS2 RS1 AP1 AP2 SS3 SS2 SS1 HES 4 3 2 1 Reaksi Aktivasi mode/hubungan fase Sistem Reaktor Sistem pemisahan Sistem Penukar Panas

Langkah-Langkah Utama Layout Sistem dan Analisis Sistem Sintesis (desain sistem) Evaluasi Dan Optimisasi (multiobyektif) Analisis/permodelan dan simulasi Apakah system memiliki sifat-sifat yang diinginkan ? Tujuan Spesifikasi permintaan Sistem yang diberikan Ya Tdk

Rujukan Diktat Kuliah (diambil dari buku Analysis and Synthesis of Chemical Process Systems – Klaus Hartman dan Klaus Kaplick) Modul 1 Modul 2

Evaluasi Absensi : 10% Quiz : 25% Presentasi 1 : 30%

Analisis Sistem Proses Contoh Simulasi Proses

Gravity-Flow Tank F0 F h

Model

Merubah Model ke ithink Rate/Flow masuk Level/Stock Rate/Flow keluar Auxiliary/Converter

Model ithink: Model Utama

Model Lengkap

Persamaan Gravity Tank Kecepatan(t) = Kecepatan(t - dt) + (kenaikan_kecepatan - penurunan_kecepatan) * dt INIT Kecepatan = 2.5 INFLOWS: kenaikan_kecepatan = Ketinggian*gravitasi/panjang_pipa OUTFLOWS: penurunan_kecepatan = koefisien*gc*Kecepatan^2/(luas_pipa*berat_jenis) Ketinggian(t) = Ketinggian(t - dt) + (laju_ketinggian - laju_surut) * dt INIT Ketinggian = 1.2 laju_ketinggian = Laju_alir_masuk/luas_tangki laju_surut = laju_alir_keluar/luas_tangki berat_jenis = 62 gc = 32 gravitasi = 32 koefisien = 2.81e-2 laju_alir_keluar = Kecepatan*luas_pipa Laju_alir_masuk = 35.1 luas_pipa = 7.06 luas_tangki = 113 panjang_pipa = 3000 F0 h F Buatlah grafik: Ketinggian dan kecepatan Ketinggian VS Kecepatan

h vs v