2._Pengenalan_simulasi_dengan_hysys_pdf

Pengenalan Simulasi Proses Proses dengan HYSYS.Plant 3.1 Juwari, ST.M.Eng Langkah membuat simulasi menggunakan HYSYS adalah berikut: 1. Memilih komponen (Selection of components) 2. Memilih model termodinamik (Selection of a thermodynamic properties pack age) 3. Membuat flowsheet 4. Menspesifikasi komposisi dan kondisinya aliran. 5. Menjalankan program (Running the simulation program) 6. Menganalisa hasil (Interpretation of the results) Agar lebih jelas dan aplikatif langkah tersebut akan dijelaskan dengan contoh.

Contoh 1: Heater Berapa beban yang diperlukan untuk memanaskan suatu aliran (1250 kg/s) yang terdiri o o equal molar methane dan ethane dari 20 C dan 100 bar menjadi 200 C pada tekanan konstan? Jawab 1. Pemilihan komponen (Selection of Components)

1. Start HYSYS 2. Klik menu File pilih New kemudian Case. 3. Simulation Basis Manager akan terbuka. Klik Add. Pilih komponen (methane , ethane). Kemudian keluar window dan kembali ke Simulation Basis Manager.

1 [email protected] [email protected] email, jika perlu pelatihan pelatihan HYSYS ,Matlab dan Statistik Statistik

2. Memilih model termodinamik

4. Pilih tab Fluid Pkgs di bagian bawah. 5. Tekan add untuk membuka Fluid Package selection window. Pilih paket sifat termodinamik dengan cara mengklik-nya. Contoh Dalam problem ini, kita pilih EOS filter, dan kemud ian klik Peng Robinson, pada saat yang sama akan terlihat window berwarna kuning dibagian bawah. Tutup window ini dan kembali ke window Simulation Basis Manager. Akan terdisplay Basis-1, NC: 2, PP: Peng-Robinson. 6. Tekan bar Enter Simulation Environment, maka akan muncul window Process Flow Diagram atau PFD – Case (Main). Jika kita ingin mengubah komponen atau paket termodinamik, kita harus kembali ke Enter Ba sis Environment (ctrl B atau klik icon labu).

3. Membuat Flowsheet

7. Letakan unit operasi ke layar PFD dengan memilih unit operasi yang sesuai di palette case (main), jika tertutup bisa kita buka dengan F4. Unit operasi ini dipindahkan ke PFD dengan klik kiri mouse, menahannya dan melepas ke tempat yang diinginkan. 8. Dalam contoh ini hanya heater yang diperlukan. Pilih symbol heater, klik dan letakkan pada tempat yang sesuai. Nama aslinya E-100, dan bisa diubah. 9. Letakan aliran fluida (panah warna biru) ke flowsheet. Dalam contoh ini kita perlu satu aliran masuk dan satu aliran keluar. Pilih icon Material Stream (panah biru) dari palette Case (Main), kemudian klik dan letakkan pada sisi kiri heater. Secara otomatis namanya adalah 1. Nama bisa kita ubah dengan double klik, pada window bagian atas angka 1 kita ubah dengan nama yang sesuai. Ulangi langkah ini dengan aliran keluar heater. Umumnya arah aliran dari kiri ke kanan. 10. Kemudian letakan Energy Stream (panah merah) pada flowsheet. Dalam contoh ini diperlukan satu aliran energi. Nama asli Q-100, d an seperti kasus diatas nama bisa kita ubah. 11. Hubungkan aliran dan unit operasi. Double klik pada heater dan pilih 1 untuk inlet , 2 untuk oulet dan Q-100 untuk energi. Tutup window dan akan terlihat bahwa aliran sudah terkoneksi.

2 [email protected] email, jika perlu pelatihan HYSYS ,Matlab dan Statistik

4. Spesifikasi aliran, unit operasi dan kondisi operasi

12. Spesifikasi unit operasi dengan double klik unit, kemudian pilih parameter. Contoh untuk heater parameternya adalah pressure drop dan beban panas. Karena beban panas yang ditanya, maka kita biarkan. Masukkan 0 untuk pressure drop (dianggap tekanan tetap), kemuddian tutup window. o 13. Definisikan flow rate dan kondisi operasi aliran. Isi suhu feed 20 C, tekanan feed 100 bar (harus pilih unitnya, karena unit asalnya kPa), dan isi 1250 kg/s untuk flow rate feed. Klik Composition, isi 0.5 dan 0.5 untuk methane dan ethane, dengan basis unit mole fraction. 14. Memasukan kondisi operasi tiap aliran bisa dilakukan di window workbook , dengan tools/workbook atau dengan icon workbook diatas window PFD. Untuk aliran masa di tab material stream, aliran panas di tab energy stream, dan komposisi di tab composition.

15. Pada workbook ini kita bisa mengubah nama aliran, isian atas (warna biru, berarti bisa diubah)


5. Menjalankan simulasi.

16. Untuk menjalankan program klik icon warna hijau (Solver Active) diatas flowsheet. Dalam contoh ini tidak perlu dilakukan karena sudah otomatis, jika semua spesifikasi benar dan icon hijau sudah on. Jika simulasi telah dijalankan maka Unknown duty (worksheet) dengan dasar kuning menjadi OK dengan dasar hijau. Dan unit pada flow chart berubah dari biru ke hitam.

6. Interpretation of the results

17. Hasil simulasi bisa dilihat dengan klik icon workbook. Contoh, lihat aliran-aliran dengan double klik untuk meyakinkan bahwa kondisi dan flow rate benar. Kemudian lihat aliran 9 panas untuk mengetahui panas yang diperlukan, yaitu 2.486x10 kJ/h. semua infomasi ini bisa dilihat dengan double klik heater (tab worksheet), karena hanya satu unit operasi dan semua aliran terkoneksi dengan unit ini. • Apakah hasil ini dapat dipertangungjawabkan? Perbandingan apa yang diperlukan sehingga kita yakin bahwa hasil ini bisa dipertanggungjawabkan? Coba simulasi lagi dengan mengubah paket termodinamiknya menjadi soave-redlich• 9 kwong (SRK). Apakah duty berubah menjadi 2.509x10 kJ/h? dan coba lagi dengan 9 Lee-Kessler-Plocker. Apakah dutynya sebesar Q = 2.557x10 kJ/h? Mengapa nilai duty berbeda? Sebagai contoh kenapa ada perbedaan hasil perhitungan, karena pendekatan rumus tiap paket termodinamik berbeda (dibawah). Oleh karena itu pemilihan paket termodinamik hendaknya sesuai dengan komponen yang terlibat dalam simulasi. Seperti untuk komponen yang polar lebih baik dengan UNIQUAC-vrial equation.


Tambahan • Property tiap aliran bisa dilihat dengan doble klik pada aliran. Untuk menampilkan nama , tekanan, temperature, dan flowrate tiap aliran dengan cara Shift N, Shift T, Shift P dan shift F. • Untuk menampilkan property tiap aliran dalam bentuk table dengan cara klik kanan show table. Coba dengan mengubah komposisi, kondisi operasi. • Untuk mengeprint dengan klik kanan pilih print PFD. •

Contoh 1: Flash Separation (komp resor, cool er) Kita punya aliran yang terdiri dari 15% ethane, 20% propane, 60% i-butane dan 5% n butane pada 50°F, tekanan atmosfer, dan flow rate sebesar 100 lbmole/hr. Aliran ini dikompresi menjadi 50 psia, dan kemudian didinginkan 32°F. vapor dan liquid yang dihasilkan dipisahkan menjdai 2 aliran produk. Berapa flow rate dan komposisi kedua aliran produk tersebut? Jawab (dengan HYSYS 3.1)

1. Start HYSYS 2. Klik menu File pilih New kemudian Case. 3. Simulation Basis Manager akan terbuka. Klik Add. Pilih komponen (ethane, propane,i butane, n-butane). Kemudian keluar window dengan klik x. 4. Klik tab Fluid Pkgs pilih Peng Robinson sebagai Base Property Package 5. Klik Enter Simulation Environment dibagian bawah Simulation Basis Manager .


6. Klik Compressor pada Object Palette dan klik pada Process Flow Diagram (PFD). Lakukan hal yang sama untuk Cooler dan Separator. Lihat bentuk kompresor, cooler, dan separator dihalaman berikutnya. 7. Klik Compressor di PFD. Beri nama Masuk sebagai aliran Inlet, terkompresi aliran outlet dan Energi sebagai energy ,kemudian tutup windownya 8. Klik Cooler di PFD. Isi pada Inlet dengan terkompresi, Outlet dengan dingin, dan energy dengan Energi pendingin. Kwemudian tutup window. 9. Klik Separator di PFD. Isi Inlet dingin, Vapor dengan atas, dan Liquid dengan bawah. Tutup window 10. Isi parameter tiap unit a. Aliran masuk yaitu; komposisi, suhu, tekanan b. Kompresor dengan double klik di kompresor, klik tab worksheet dan isi tekanan terkompresi c. Cooler dengan double klik di cooler, klik tab worksheet dan isi suhu keluar dan tekanan keluar. 11. Maka akan terlihat gambar berikut

12. Klik icon Workbook . Pada tab material streams terlihat data material tiap aliran. Pada energy stream terlihat data energi yang diperlukan atau dibutuhkan tiap aliran energi. Warna biru adalah nilai yang kita masukan, warna hitam adalah hasil perhitungan oleh HYSYS. 13. ubah angka yang berwarna biru untuk nilai yang lain. Contoh ubah flow rate masuk menjadi 200 lbmole/hr, dan amati perubahan tiap aliran.

Contoh 3: Proses yang melib atkan Reaksi and Separasi Toluene diproduksi dari n-heptane dengan dehydrogenasi menggunakan katalis Cr 2O3: CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3  C6H5CH3 + 4H2 Produksi toluene dimulai dengan memanaskan n-heptane dari 65 ke 800°F dengan sebuah heater. Kemudian dimasukan ke rekator katalis yang beroperasi isothermal dan mengkorversi 15 mol% nheptane menjadi toluene. Keluar reactor didinginkan ke 65°F dan masuk separator (flash). Asumsi bahwa semua unit beoperasi pada tekanan atmosfer, tentukan flow rate tiap komponen pada tiap aliran, jika n-heptane masuk 100 lbmole/hr Jawab

1. Start HYSYS 2. Klik menu File pilih New kemudian Case.


3. Simulation Basis Manager akan terbuka. Klik Add. Pilih komponen (toluene, nheptane,dan hydrogen). Kemudian keluar window dengan klik x. 4. Klik tab Fluid Pkgs pilih Peng Robinson sebagai Base Property Package 5. Klik Enter Simulation Environment dibagian bawah Simulation Basis Manager . 6. Klik Heater pada Object Palette dan klik Process Flow Diagram (PFD). 7. Klik General Reactor , ada tiga jenis reactor akan muncul, klik conversion reactor dan klik pada PFD. Kerjakan langkah yang sama untuk Cooler dan Separator. 8. Beri nama semua inlet dan outlet tiap unit operasi. 9. Kita akan mendapat pesan di reactor, “Need a reaction set.” Kita harus memasukan reaksi apa yang berlangsung. 10. Klik Flowsheet/Reaction Package. Add Global Rxn Set. Kemudian, klik Add Rxn pada kanan bawah window dan pilih Conversion. Tambahkan komponen (n-Heptane, Toluene, Hydrogen) dan koefisien stoikiometri (-1, 1, 4). Klik halaman Basis, and tulis 15 untuk Co (ini adalah konverssinya). Tutup window sehingga terlihat PFD. 11. Double klik reaktor. Pilih Global Rxn Set sebagai set reaksi dan tutup window. 12. Buka worksheet , dan tulis didalamnya semua kondisi aliran. Catatan hanya warna biru yang kita spesifikasi nilai. Jika kita masukkan nilai melebihi derajat kebebasan maka akan muncul pesan “ERROR”. 13. Untuk mengubah satuan yang digunakan klik Tools/preference/variable.


Contoh 4: Memodifi kasi pr oses dengan Heat Exchanger Dari contoh 2 menunjukkan bahwa beban energi di cooler dan heater adalah sebanding. Diharapkan beban utility diperkecil dengan mentransfer panas produk reactor ke preheater. Memodifikasi proses ini perlu penambahan HE, yang bisa dilakukan di PFD dengan cara: 1. Klik Heater dan ubah nama umpan menjadi Pre-Heat. Tutup window. 2. Klik produk atas, ubah nama menjadi produk atas1. 3. Klik Cooler dan ubah nama di inlet menjasi produk atas2. 4. Install unit Pre-Heater, klik Heat-exchanger di palette. Double klik HE, isi aliran umpan dan Pre-Heat sebagai tube-side masuk dan keluar, dan produk atas1 dan produk atas2 sebagai shell-side masuk dan keluar. Arah panah produk atas1 bisa diubah ke kiri dengan klik kanan transform / rotate by 180.

5.

Klik Parameter di bagian kiri window. Masukan nilai Delta P sama dengan 0 baik tube side maupun shell side. Pilih Weighted Exchanger sebagai Model. Tutup window.


6. Kita masih perlu memasukan satu lagi nilai. Buka Worksheet dan masukan nilai temperature Pre-Heat menjadi 600°F. (jika solver belum aktif silakan di klik solver) 7. Dengan mengubah temperature aliran Pre-Heat bisa dilihat efeknya terhadap H-Duty dan UA (heat transfer coefficient x luas perpindahan panas). Dengan menaikan temperature Pre-Heat maka akan menurunkan H-Duty, tapi akan menaikan UA, yang berarti kita perlu HE dengan luas yang lebih besar (lebih besar dan perlu lebih banyak pipa). Tentu, ada batas maximum temperature Pre-Heat, yang menggambarkan seberapa baik HE kita. Kita bisa melihat efeknya dengan mengubah temperatur dan mencatat perubahan yang lain. Ini bisa dilakukan dengan menggunak fungsi Databook (klik Tools pilih databook.). langkahlangkah bisa digambarkan sebagai berikut: a. Buka Tools/Databook . Klik Insert dan pilih Pre-Heat sebagai object, Temperature sebagai Variable dan klik Add. Lakukan dengan cara yang sama untuk Heat-Duty sebagai object Heat Flow sebagai Variable dan Heat Exch sebagai object UA sebagai Variable. Tutup window. b. Pindah ke halaman Case Studies dan klik Add. Beri tanda Cek Ind (Independent variable) untuk Pre-Heat dan cek Dep (Dependant variable) untuk Heat-Duty dan Heat Exch. Klik View. Tulis 500 untuk batas bawah, 620 untuk batas atas, dan 10 sebagai Step Size. c. Klik Start. Setelah beberapa detik, klik Results (bisa pilih table /grafik).


Perhatian : o Jika batas atas suhu pre-heat 700 F maka pada state tertentu akan didapat UA negatif (pada o 640 F). dan HE berwarna kuning (tidak realistis).

Contoh 5: Pros es yang melibatkan Recycle 10 [email protected] email, jika perlu pelatihan HYSYS ,Matlab dan Statistik

Ethyl chloride akan diproduksi pada reactor phase gas dari HCl dan ethylene dengan katalis copper chloride dengan reaksi sebagai: C2H4 + HCl  C2H5Cl Umpan terdiri dari 50 mol% HCl, 48 mol% C2H4, and 2 mol% N2 sebesar 100 kmol/hr, pada 25°C, dan 1 atm. Karena konversi reaksi hanya 90 mol%, produk ethyl chloride dipisahkan dari reaktan yang tidak bereaksi, dan kemudian direcycle. Unit pemisahnya yaitu kolom distilasi, yang diasumsi terpisah sempurna. Proses beroperasi pada tekanan atmosfer dan pressure drop diabaikan. Untuk menjaga akumulasi inerts dalam sistem, 10 kmol/hr diambil sebagai purge, W. Tunjukkan pengaruh flowrate purge W terhadap recycle R dan komposisi umpan reaktor. Jawab 1. Start HYSYS 2. Klik menu File pilih New kemudian Case. 3. Simulation Basis Manager akan terbuka. Klik Add. Pilih komponen (ethylene (atau ethene), hydrogen_chloride, ethyl_chloride, and nitrogen). Kemudian keluar window dengan klik x. Bisa dicari dengan menulis fomulanya komponen, dan klik pada formula. 4. Klik tab Fluid Pkgs pilih Peng Robinson sebagai Base Property Package. 5. Klik Enter Simulation Environment dibagian bawah Simulation Basis Manager . 6. Klik Enter Simulation Environment dan klik Mixer dalam Object Palette dan klik pada Process Flow Diagram (PFD). Lakukan hal yang sama untuk Conversion Reactor, Component Splitter, Tee (Tee disebelah kanan mixer di Object Pallette), dan Recycle sebagaimana terlihat pada gambar berikut. 7. Beri nama semua aliran dan atau unit operasi.

8. Klik Flowsheet/Reaction Package. Add, Global Rxn Set. kemudian, klik Add Rxn di bagian kanan bawah dan Conversion. Add tiga compone nts (ethylene, hydrogen_chloride, and ethyl_chloride) dan Stoich Coeff (−1, -1, 1). Klik halaman Basis, dan tulis 90 untuk Co dengan Ethylene sebagai basis. Tutup window.


9. Double klik Reactor. Pilih Global Rxn Set sebagai Reaction set dan tutup window. Double klik Recycle dan set Parameter/sensitivities sama dengan “1.” 10. Karena diasumsi komponen bisa dipisah secara sempurna,ethyl chloride dibagian bawah dengan kemurnian 100%, dengan 3 komponen lain menjadi produk atas. Ini bisa dilakukan dengan double klik Component Splitter dan klik Splits (pada Design) dan isi 0 untuk ClC2 dan 1 untuk tiga komponen yang lain. 11. Buka Workbook . Cek satuan apakah dalam SI. Jika tidak ubah dengan klik Tools/Preferences/Variables. 12. Masukan nilai-nilai dalam Workbook untuk semua kondisi operasi, (i). Umpan: temperature (25°C), pressure (1 atm), dan molar flow (100 kmol/hr). Double klik 100 (molar flow rate), dan isi komposisi kemudian tutup window. (ii). Aliran recycle2 dengan flow rate nol, kondisi operasi dan komposisi sama dengan feed, sehingga HYSYS sudah melakukan proses perhitungan. (iii). Isi temperature 25 °C, 1 atm untuk aliran split atas, and split bawah. (iv). Beri nilai molar flow rate aliran W menjadi 10 kmol/hr. 13. Sekarang kita bisa membuka Worksheet untuk melihat hasil perhitungan, seperti berikut.

14. Sebagaimana di contoh 3, option Case Study di Databook bisa digunakan untuk

menginvestigasi pengaruh flow rate purge terhadap flow rate recycle, komposisi umpan reactor, dan sejumlah reaktan yang tidak bereaksi di aliran W. Contoh W dangan range 10 – 15 kmol/h.


Contoh 6: Kolo m distilasi Dalam kasus ini kita akan memisahkan ethanol dan isopropanol dalam sebuah kolom distilasi 24 stage. 1. Start HYSYS 2. Klik menu File pilih New kemudian Case. 3. Simulation Basis Manager akan terbuka. Klik Add. Pilih komponen (ethanol dan isopropanol / 2-propanol). Kemudian keluar window dengan klik x. Bisa dicari dengan menulis fomulanya komponen dan klik pada formula. 4. Klik tab Fluid Pkgs pilih Peng Robinson SV sebagai Base Property Package dan EOS equation of state. PRSV adalah modifikasi persamaan PR untuk system yang sangat tidak ideal. 5. Klik Enter Simulation Environment dan klik Distillation column dalam Object Palette dan klik pada Process Flow Diagram (PFD). 6. Doble klik pada kolom distilasi. Isi nama aliran masuk d an keluar. Masukan jumlah stage 24. Pilih Total reflux. Stage numbering klik pada TOP DOWN. Misal,umpan masuk pada stage ke 10. kemudian klik next.

7. Proses berlangsung pada tekanan atmosfer dan tidak ada pressure drop, maka masukan 1 atm baik di kondensor maupun di boiler. Klik next.


8. Window ini berisi nilai awal temperatur di kondensor, top stage dan reboiler. Karena optional bisa kita tinggalkan dan klik next.

9. Dalam window ini kita bisa memasukan nilai reflux ratio atau flow rate produk atas (salah satu jika keduanya akan over spesifikasi). Klik done. Maka HYSYS mulai perhitungan. Akan muncul perhitungan unconverged. Kita lanjutkan dengan mengisi aliran umpan dan kondisi operasi yang lain.


o

10. Dobel klik umpan dan masukan kondisi operasi umpan 25 C 1 atm sebesar 163 lb/h. klik composition masukan 0.5 dan 0.5 untuk ethanol dan isopropanol. Diasumsi sebesar 120.000 Btu/h energi dimasukan ke reboiler, lakukan ini dengan doble klik Qr. 11. Kita ingin baik produk atas dan bawah dalam phase liquid oleh karena itu klik produk atas dan maukan 0 pada vopour fraction. Lakukan hal yang sama untuk produk bawah. 12. Run simulasi Dobel klik kolom distilasi, masih terlihat unconverged. Klik monitor (Design), dari sini terlihat bahwa degree of freedom bernilai –1. hal ini berarti bahwa over spesifik (kelebihan nilai yang dimasukan), mestinya degree of freedom bernilai nol. Telah kita tetapkan bahwa independent variablenya adalah reflux ratio, oleh karena itu distillate flow rate kita non-aktif-kan. Maka hasil perhitungan converged. Hasil bisa dilihat pada workbook atau worksheet.

Ada 2 kasus untuk menglustrasikan bagaimana HYSYS bisa digunakan untuk mengevaluasi kondisi operasi yang berbeda . Kasus 1: Misalkan kita ingin tahu berapa jumlah steam (beban reboiler dalam BTU/hr) yang akan digunakan sehingga konsentraasi ethanol di produk atas 55% jika kondisi yang lain tetap. Berikut adalah prosedure penegerjaannya : 1. Klick SPECS ( doble klik kolom, design/specs) 2. Klik add Pada column specifications. Kita pilih variable yang akan dispesifikasi yaitu konsentrasi ethanol, pilih column component fraction. Klik component ratio kemudian klik view. Maka akan muncul window Comp Ratio Spec. Karena kita ingin produk atas 0.55% mass fraksi ethanol, maka kita pilih stage condensor, flow basis mass fraction. Kemudian masukan nilai 0.55. Component kita masukan ethanol. Nama bisa kita ubah (missal mass fraksi ethanol top)


3. Hapus beban reboiler dengan cara, klik Qr pad PFD. Kemudian delete heat flow-nya. Kemudian keluar window. 4. Doble klik kolom, design /monitor. Maka akan nampak bahwa degree of freedom sama dengan 1. Hal ini disebut under spesification, karena kita belum meng-aktif-kan mass fraksi ethanol top. Begitu kita aktifkan maka HYSYS mulai menghitung dan beban reboiler yang diperlukan: 174.000 BTU/hr. Kasus 2: Dalam kasus ke 2, misalnya kita ingin mengetahui reflux ratio untuk menghasilkan konsentrasi ethanol 80% dengan beban reboiler 300.000 Btu/hr dengan spesifikasi umpan yang sama. Prosedure adalah sebagai berikut: 1. Klik design/monitor. Hapus nilai di kotak reflux ratio. 2. Ubah nilai Qr menjadi 320,000 BTU/hr. 3. Kembali ke monitor, ubah mass fraksi ethanol top menjadi 0.8. 4. Deaktifkan reflux ratio, akan didapat reflux ration 36,7.


2._Pengenalan_simulasi_dengan_hysys_pdf

Recommend Documents