PERANCANGAN ALAT PROSES
SIMULASI HYSYS DESTILASI MULTIKOMPONEN
Disusun Oleh: Annisa Tadya Nurlaila
(03031381520056)
Aulia Gayendra Putri
(03031381520068)
Ayu Risky Utami
(03031381320030)
Isdianti Permata
(03031381520054)
Muhammad Ridho Habibie
(03031281520084)
Titi Lahanda Susanti
(03031381520044) Kelas B
Kampus Palembang
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2017 i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha atas segala berkat, rahmat, taufik, serta hidayah-Nya yang tiada terkira besarnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas yang berjudul “PERANCANGAN ALAT PROSES SIMULASI HYSYS DISTILASI MULTIKOMPONEN” dengan sebaik-baiknya. Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Perancangan Alat Proses di Fakultas Teknik Kimia Universitas Sriwijaya Palembang pada semester genap tahun pelajaran 2017. Ucapan terima kasih tidak lupa kami haturkan kepada Ibu Bazlina dan temanteman yang banyak membantu dalam penyelesaian tugas ini. Kami menyadari di dalam penyusunan tugas ini masih jauh dari kesempurnaan. Masih banyak kekurangan yang harus diperbaiki, baik dari segi tata bahasa maupun dalam hal pengkonsolidasian. Oleh karena itu kami meminta maaf atas ketidaksempurnaannya dan juga memohon kritik dan saran untuk kami agar bisa lebih baik lagi dalam membuat tugas-tugas berikutnya. Harapan kami mudah-mudahan tugas yang kami susun ini bisa memberikan manfaat untuk diri kami sendiri, teman-teman, serta orang lain.
Palembang, 29 Maret 2017
Penulis
ii
DAFTAR ISI JUDUL ............................................. .................................................................... ............................................. ............................................ .................................... .............. i KATA PENGANTAR................................................... ......................................................................... ............................................ ............................ ......ii DAFTAR ISI.......................................................... ................................................................................. .............................................. .................................. ...........iii DAFTAR GAMBAR..................................................... ........................................................................... ............................................. ............................ ..... v BAB I PENDAHULUAN .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 1
1.1
Latar Belakang........................................... ................................................................. ............................................ ....................................... ................. 1
1.2
Rumusan Masalah ............................................ .................................................................. ............................................ ................................ .......... 2
1.3
Tujuan ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ............................ ..... 2
1.4
Manfaat ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. ............................ ..... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................... ............................................................... ........................................... ..................... 3
2.1
Kolom Distilasi .......................................... ................................................................ ............................................ ....................................... ................. 3
2.2
Distilasi Multikomponen .......................................... ................................................................. ............................................. ........................ 4 2.2.1 Key Components Pada Distilasi Multikomponen ......................................... ......................................... 6
2.3
Reboiler ............................................. .................................................................... ............................................. ............................................. ......................... 6 2.3.1 Jenis-Jenis Reboiler Jenis-Jenis Reboiler ...................... ............................................ ............................................. ........................................... .................... 7 2.3.2 Sistem Kerja Reboiler Kerja Reboiler ................... ......................................... ............................................ ........................................... ..................... 8
2.4
Hidrokarbon........................................... ................................................................. ............................................ ........................................... ..................... 8 2.4.1 Propana ......................................... ............................................................... ............................................ ........................................... ..................... 8 2.4.2 n-Butana ........................................... ................................................................. ............................................ ....................................... ................. 9 2.4.3 n-Pentana .......................................... ................................................................ ............................................ ....................................... ................. 9
BAB III METODE SIMULASI SIMULASI HYSYS ............................ .................................................. ......................................... ................... 10
3.1
Short Cut Distillation ............................................ .................................................................. ............................................ .......................... .... 10
3.2
Distillation Column .......................................... ................................................................ ............................................ .............................. ........ 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................ ................................................................... .......................... ... 28
4.1
Hasil Operasi Hysys ......................................... ............................................................... ............................................ .............................. ........ 28 4.1.1 Soal ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ...................... 28 4.1.2 Hasil............................................................. ................................................................................... ............................................. .......................... ... 28
4.2
Pembahasan ........................................... ................................................................. ............................................ ......................................... ................... 29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................... .................................................. ............................................. ...................... 30
5.1
Kesimpulan ............................................ .................................................................. ............................................ ......................................... ................... 30
5.2
Saran ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. .............................. ....... 30 iii
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................31
iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pemisahan Tiga Komponen A, B, dan C ..................................................... 5 Gambar 2.2 Kettle Reboiler s ........................................................................................... 7 Gambar 2.3 Thermosyphon Reboilers ............................................................................. 8 Gambar 3.1 Simulation Basis Manager ......................................................................... 10 Gambar 3.2 Penambahan Komponen ............................................................................ 10 Gambar 3.3 Pemilihan Fluid Package ........................................................................... 11 Gambar 3.4 Pemilihan Peng-Robinson sebagai Fluid Package..................................... 11 Gambar 3.5 Enter Simulation Environment .................................................................. 11 Gambar 3.6 Penambahan Aliran Pertama dan Kondisinya ........................................... 12 Gambar 3.7 Penentuan Basis Komposisi Aliran Pertama ............................................. 12 Gambar 3.8 Penentuan Komposisi Aliran Pertama ....................................................... 13 Gambar 3.9 Penentuan Kondisi Aliran Pertama Selesai ............................................... 13 Gambar 3.10 Pemilihan Short Cut Distillation ............................................................. 14 Gambar 3.11 Pengisian Inlet Short Cut Distillation ...................................................... 14 Gambar 3.12 Pengisian Kondisi Connection Short Cut Distillation ............................. 15 Gambar 3.13 Pengisian Kondisi Parameter Short Cut Distillation ............................... 16 Gambar 3.14 Tampilan Short Cut Distillation .............................................................. 16 Gambar 3.15 Tampilan Worksheet Short Cut Distillation ............................................ 17 Gambar 3.16 Tampilan Composition Short Cut Distillation ......................................... 17 Gambar 3.17 Tampilan Kondisi Performance Short Cut Distillation ........................... 18 Gambar 3.18 Pemilihan Alat Destilasi .......................................................................... 18 Gambar 3.19 Tampilan Distillation Column Input Expert ............................................ 19 Gambar 3.20 Pengisian Kondisi Kolom Distilasi.......................................................... 20 Gambar 3.21 Pengisian Kondisi Tekanan pada Kondensor dan Reboiler ..................... 20 Gambar 3.22 Pengisian Kondisi Temperatur Optimal pada Kondensor dan Reboiler .. 21 Gambar 3.23 Pengisian Kondisi Rasio Refluks pada Kolom Destilasi ......................... 21 Gambar 3.24 Tampilan Kondisi Connection Kolom Destilasi ...................................... 22 Gambar 3.25 Pengisian Kondisi pada Monitor Kolom Destilasi .................................. 22 Gambar 3.26 Penambahan Spesifikasi pada Monitor.................................................... 23 Gambar 3.27 Pengisian Kondisi Spesifikasi pada Monitor ........................................... 23 Gambar 3.28 Pengisian Kondisi Spesifikasi Kondensor pada Monitor ........................ 24
v
Gambar 3.29 Penambahan Spesifikasi Kedua pada Monitor ........................................ 24 Gambar 3.30 Penambahan Kondisi Spesifikasi Reboiler pada Monitor ....................... 25 Gambar 3.31 Komponen Data Non-Active .................................................................... 25 Gambar 3.32 Komponen Data Active ............................................................................ 26 Gambar 3.33 Tampilan Simulasi Destilasi Selesai........................................................ 26 Gambar 3.34 Tampilan Kondisi Worksheet Kolom Destilasi ....................................... 27 Gambar 3.34 Tampilan Komposisi Hasil Kolom Destilasi ........................................... 27
vi
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
Pada industri-industri di Indonesia metode pemisahan merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan atau memurnikan suatu senyawa atau sekelompok senyawa yang mempunyai susunan kimia yang berkaitan dari suatu bahan, baik dalam skala labolatorium maupun skala industri. Metode pemisahan bertujuan untuk mendapatkan zat murni atau beberapa zat murni dari suatu campuran. Salah satu metode pemisahan yang terdapat pada industi-industri kimia yaitu Destilasi. Destilasi (penyulingan) merupakan salah satu metode pemisahan campuran yang menggunakan prinsip perbedaan titik didih untuk pemisahannya. Destilasi merupakan suatu proses yang berprinsip pada proses pemisahan komponen dari suatu campuran yang berupa larutan cair-cair dimana karakteristik dari campuran tersebut adalah mampu-campur dan mudah menguap, selain itu komponen-komponen tersebut mempunyai perbedaan tekanan uap dan hasil dari pemisahannya menjadi komponenkomponennya atau kelompok-kelompok komponen. Karena adanya perbedaan tekanan uap, maka dapat dikatakan pula proses penyulingan merupakan proses pemisahan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan t itik didihnya. Dalam industri kimia, perancangan suatu pabrik harus dilakukan dengan tepat agar pada saat pengaplikasiannya, tidak akan terjadi kecelakaan kerja yang membahayakan pekerja. Maka dari itu digunakan sebuah program yang dapat membantu seorang Engineers merancang pabrik, salah satunya bernama hysys untuk mempermudah menyelesaikan suatu proses yang berkaitan dengan pengolahan pada suatu pabrik industri kimia. Hysys sendiri merupakan singkatan dari Hyphothetical System (sistem hipotesa). Hysys merupakan program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam suatu pabrik. Dengan menggunakan program ini, perhitungan-perhitungan untuk medesain suatu proses yang rumit dan memerlukan waktu yang lama bila dikerjakan secara manual dapat dilakukan degan cepat. Simulasi proses artinya membuat suatu proses produksi suatu bahan ke dalam diagram alir dan mengitung neraca massa dan neraca energi/panas pada masing-masing peralatan yang digunakan. Maka dari itu penyusun menulis makalah ini untuk memberikan contoh suatu pemecahan masalah terkait proses distilasi dengan menggunakan program Hysys. 1
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan sebelumnya, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1. Apa pengertian dari Kolom Destilasi? 2. Apa pengertian dari Destilasi Multikomponen? 3. Apa pengertian Key Component pada Destilasi Multikomponen? 4. Apa pengertian dari Reboiler ? 5. Apa saja jenis-jenis dari Reboiler ? 6. Bagaimana sistem kerja dari Reboiler ?
1.3
Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini antara lain: 1. Mengetahui pengertian Kolom Destilasi 2. Mengetahui pengertian Destilasi Multikomponen 3. Mengetahui apa itu Key Component pada Destilasi Multikomponen 4. Mengetahui pengertian Reboiler . 5. Mengetahui jenis-jenis dari Reboiler . 6. Mengetahui sistem kerja dari Reboiler .
1.4
Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan makalah ini antara lain: 1. Mahasiswa dapat memahami mengenai pengertian Kolom Destilasi, Destilasi Multikomponen dan Reboiler secara umum. 2. Mahasiswa dapat mengetahui sistem kerja dari Kolom Destilasi, Destilasi Multikomponen dan Reboiler . 3. Mahasiswa dapat memperdalam pengetahuan mengenai penggunaan alat bantu program Hysys.
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Kolom Distilasi
Kolom distilasi adalah sarana melaksanakan operasi pemisahan komponenkomponen dari campuran fasa cair, khususnya yang mempunyai perbedaan titik didih dan tekanan uap yang cukup besar. Perbedaan tekanan uap tersebut akan menyebabkan fasa uap yang ada dalam kesetimbangan dengan fasa cairnya mempunyai komposisi yang perbedaannya cukup signifikan. Fasa uap mengandung lebih banyak komponen yang memiliki tekanan uap rendah, sedangkan fasa cair lebih banyak mengandung komponen yang memiliki tekanan uap tinggi. Kolom distilasi dapat berfungsi sebagai sarana pemisahan karena sistem perangkat sebuah kolom distilasi memiliki bagian-bagian proses yang memiliki fungsifungsi: 1. Menguapkan campuran fasa cair (terjadi di Reboiler ) 2. Mempertemukan fasa cair dan fasa uap yang berbeda komposisinya (terjadi di kolom distilasi) 3. Mengondensasikan fasa uap (terjadi di kondensor) Kolom distilasi adalah kolom fraksionasi kontinu yang dilengkapi berbagai perlengkapan yang diperlukan dan mempunyai bagian rektifikasi (enriching) dan bagian stripping. Umpan dimasukkan di sekitar pertengahan kolom dengan laju tertentu. Tray tempat masuk umpan dinamakan feed plate. Semua tray yang terletak di atas tray umpan adalah bagian rektifikasi (enriching section) dan semua tray di bawahnya, termasuk feed plate sendiri, adalah bagian stripping . Umpan mengalir ke bawah pada stripping section ini, sampai di dasar kolom di mana permukaan ditetapkan pada ketinggian tertentu. Cairan itu lalu mengalir dengan gaya gravitasi ke dalam Reboiler . (Mc Cabe, 1978) Secara garis besar sistem kontrol pada kolom distilasi terdiri dari pressure control , reflux control , Reboiler control , pump arround control , feed control . Pressure control sangat penting dalam kolom distilasi karena berguna untuk menjaga kestabilan kondisi equilibrium material dalam kolom. Bila pressure kolom berubah-ubah maka proses pemisahan menjadi tidak sempurna (upset ). Pemilihan setpoint untuk pressure control merupakan hasil kompromi dua kepentingan. Di satu sisi, pressure 3
harus diambil cukup tinggi agar proses kondensasi overhead vapor oleh condensor (heat exchanger dengan medium pendingin) bisa terjadi, namun disisi lain pressure harus cukup rendah agar proses vaporisasi bottom liquid oleh Reboiler (heat exchanger dengan medium pemanas) juga bisa terjadi. Pemilihan pressure ini dilakukan pada saat design karena akan menentukan ukuran/spec dari peralatan yang digunakan terutama condensor dan Reboiler . (Wain, 2009) Konfigurasi pressure control yang akan digunakan sangat bergantung pada jenis phase product/stream yang dihasilkan dan bergantung juga pada kandungan uncondensable materials (material yang tidak terkondensasi) dalam overhead vapor . Dalam kolom distilasi terdapat beberapa variabel yang perlu dikendalikan seperti level, temperatur, tekanan, aliran dan pH (tingkat keasaman). Variabel-variabel tersebut berinteraksi satu sama lain. Interaksi diantara variabel berpengaruh terhadap kestabilan kolom distilasi dan kemurnian komposisi yang diperoleh. (Perry, 1984) Kolom distilasi terdiri dari banyak tray yang diasumsikan ideal. Jika diperhatikan tray ke-n dari puncak kolom, maka tray yang langsung berada di atasnya adalah tray ke n-1 dan tray yang langsung berada di bawahnya adalah tray ke-n+1. Ada 2 aliran fluida yang masuk ke dalam dan 2 arus keluar dari tray n. Aliran zat cair L n-1 (mol/jam) dari tray n-1 dan aliran uap Vn+1 dari tray n+1 (mol/jam) mengalami kontak di tray n. Aliran uap Vn naik ke tray n-1 dan aliran cairan Ln turun ke tray n+1. Jika konsentrasi aliran uap dalam fasa V ditandai dengan y, dan konsentrasi aliran cairan ditandai dengan x, maka konsentrasi aliran yang masuk dan yang keluar tray n adalah: uap keluar dari tray (yn), cairan keluar dari tray (xn), uap masuk ke tray (yn+1), dan cairan masuk ke tray (xn-1). (Mc Cabe, 1978) Faktor-faktor penting dalam merancang dan mengoperasikan kolom distilasi adalah jumlah tray yang diperlukan untuk mendapatkan pemisahan yang dikehendaki, diameter kolom, kalor yang dikonsumsi dalam pendidih, dan rincian konstruksi tray. Sesuai dengan asas-asas umum, analisis unjuk kerja kolom distilasi tray didasarkan pada neraca massa, neraca energi, dan kesetimbangan fasa. (Mc Cabe, 1978)
2.2
Distilasi Multikomponen
Pada umumnya, di industry proses pemisahan menggunakan distilasi melibatkan lebih dari dua komponen. Secara umum, desain untuk menara distilasi multikomponen sama dengan distilasi dua komponen (binary). Begitu pula dengan neraca massa, pada 4
distilasi multikomponen terdapat neraca massa untuk masing-masing komponen di dalam campuran. (Geankoplis, 2003) Pada distilasi dua komponen hanya digunakan satu menara untuk memisahkan dua komponen A dan B menjadi komponen yang lebih murni. Komponen A mempunyai sifat lebih volatile daripada komponen B, sehingga pada hasil proses distilasi komponen A sebagai produk atas dan komponen B sebagai produk bawah. Berbeda dengan distilasi dua komponen, pada campuran multikomponen yang terdiri dari n komponen, akan dibutuhkan n-1 fractionator untuk memisahkan komponen-komponen tersebut. Sebagai contoh, untuk memisahkan komponen-komponen tersebut. Sebagai contoh, untuk memisahkan komponen A, B, dan C. A dan B merupakan komponen yang paling mudah menguap dengan volatilitas berdekatan dan C merupakan komponen yang paling sulit menguap. Untuk memisahkan ketiga komponen tersebut dibutuhkan dua buah kolom seperti pada Gambar 2.1. Umpan yang terdiri dari komponen A, B, dan C didistilasi di kolom 1. Produk atas yang dihasilkan, yaitu komponen A dan B, sedangkan produk bawahnya merupakan komponen C. di bottom masih dapat terkandung komponen A dan B dalam jumlah yang sedikit (sering disebut trace component). A, B
A
Umpan 1
2
A, B, C
C
B
Gambar 2.1 Pemisahan Tiga Komponen A, B, dan C
Pada kolom 2 terjadi pemisahan komponen A dan B. Distilat yang dihasilkan, yaitu komponen A dengan sejumlah kecil komponen B, sedangkan pada bottom dihasilkan komponen B yang juga mengandung sedikit komponen A dan C. 5
Pada campuran multikomponen, dengan mengetahui komposisi dari satu komponen tidak dapat langsung mengetahui komposisi dari komponen lainnya. Selain itu, jika umpan mengandung lebih dari dua komponen tidak dapat ditentukan komposisi produk atas dan produk bawahnya secara langsung. Akan tetapi, hal tersebut dapat diketahui dengan menentukan dua komponen kunci ( Key Components). (Sinnot, 2005)
2.2.1
Key Components Pada Distilasi Multikomponen
Proses pemisahan dari campuran multikomponen pada menara distilasi hanya akan terjadi pada dua komponen saja. Misalnya, untuk campuran A, B, C, D, dan seterusnya, proses pemisahan dalam satu menara distilasi hanya dapat terjadi antara komponen A dan B, atau B dan C, dan seterusnya. Misalnya, pada distilasi multikomponen ini terjadi pemisahan antara komponen A dan B. Komponen A merupakan light key component dan komponen B merupakan heavy key component . (Geankoplis, 2003) Light key component merupakan komponen yang lebih mudah menguap (LK) yang akan dihasilkan pada distilat. Heavy key component merupakan komponen yang lebih sulit menguap dan akan dihasilkan pada bottom. Komponen-komponen yang lebih mudah menguap dari light key component disebut dengan light components yang akan terdapat dalam jumlah yang sedikit pada bottom. Untuk komponen-komponen yang lebih sulit menguap daripada heavy key components akan terdapat pada distilat dalam jumlah yang sedikit. (Geankoplis, 2003)
2.3
Reboiler
Reboiler adalah salah satu exchanger panas yang merupakan suatu penguap (vaporizer ) dengan pemansan uap ( steam) yang dapat menghasilkan komponen uap (vapor ) dan mengembalikannya ke dasar kolom. Komponen uap tersebut lalu mengalir ke atas sepanjang kolom. Pada ujung Reboiler terdapat suatu tanggul. Produk bawah dikeluarkan dari kolam zat cair itu pada bagian ujung tanggul dan mengalir melalui pendingin. Pendinginan ini juga memberikan pemanasan awal pada umpan melalui pertukaran kalor dengan hasil bawah yang panas (Perry, 1984). Menurut (Rahman, 2013) bahwa tangki Reboiler vertikal dan horizontal bekerja dengan sirkulasi natural,
6
dimana aliran yang mengalir ke Reboiler disebabkan oleh ketidakseimbangan tekanan hidrostatik antara cairan didalam tower dan campuran didalam tube Reboiler .
2.3.1
Jenis-Jenis R eboiler
Reboiler memiliki beberapa jenis, yaitu: 1. Kettle Reboiler s Dalam konfigurasi ini, jumlah vapor yang dihasilkan dikontrol dengan cara mengatur aliran panas ke Reboiler , dalam hal ini aliran steam/uap. Jumlah produk bawah (bottom product ) yang diuapkan menjadi vapor ditentukan dari besarnya setpoint steam flow control (FC). Semakin
besar
setpoint
FC,
semakin
banyak
vapor
yang
dihasilkan. Jumlah produk bawah yang dikeluarkan/dihasilkan dikontrol dengan menggunakan level control (LC). (Wain, 2009)
Gambar 2.2 Kettle Reboiler s
2. Thermosyphon Reboiler s Pada konfigurasi ini, produk bawah (residu) diambil/dikeluarkan langsung dari kolom. Konfigurasi lainnya adalah aliran uap ( steam flow) diatur oleh Reboiler level control (LC), sedangkan aliran produk dikontrol oleh flow controller (FC) seperti gambar berikut. (Wain, 2009)
7
Gambar 2.3 Thermosyphon Reboilers
3. Fired Reboiler s 4. Forced Sirkulasi Reboiler
2.3.2
Sistem Kerja Reboiler
Reboiler digunakan untuk memanaskan sebagian produk bawah kolom distilasi sehingga berubah menjadi gas. Gas yang terbentuk dipompakan kembali menuju kolom distilasi sebagai pemanas untuk proses distilasi. Panas di suplai ke Reboiler untuk menghasilkan uap. Sumber panas dapat berasal dari fluida, tetapi kebanyakan juga digunakan steam. Pada penguapan, sumber panas di dapat dari aliran keluar dari kolom lain. Uap terbentuk pada Reboiler diinput kembali pada bagian bottom. Liquid dikeluarkan dari Reboiler dikenal sebagai produk bottom. (Komariah, 2009).
2.4
Hidrokarbon 2.4.1
Propana
Propana adalah senyawa alkana dengan tiga karbon (C 3H8) berwujud gas dalam keaadaan normal, tetapi dapat dikompresi menjadi cairan yang mudah dipindahkan dalam container yang tidak mahal. Senyawa ini diturunkan dari produk petroleum lain pada pemrosesan minyak bumi atau gas alam. Propana umumnya
digunakan
sebagai
bahan
bakar,
untuk
mesin,
barbeque 8
(pemanggang), dan di rumah-rumah.. Propana memiliki titik didih sebesar 42oC, titik lebur sebesar -188oC, densitas sebesar 2,01 kg/m 3. (Anonim, 2017)
2.4.2
n-Butana
Butana, juga disebut n-butana, adalah alkana rantai lurus dengan empat atom karbon CH3CH2CH2CH3. Butana juga digunakan sebagai istilah kolektif untuk
n-butana
dan
satu-satunya
isomernya,
isobutana
(disebut
juga
metilpropana), CH(CH3)3. Butana sangat mudah terbakar, tidak berwarna, dan merupakan gas yang mudah dicairkan. Nama butana diturunkan dari nama asam butirat. (Raymond Chang, 2005). Perubahan energi potensial akibat rotasi ikatan C2-C3 pada butana. Konformasi “anti” butana mempunyai energi potensial yang lebih rendah. (McMurry, 2001). Butana memiliki titik didih sebesar -0,5 oC atau setara dengan 272,6 K, titik lebur sebesar -138,4 oC atau setara dengan 135,4 K, densitas sebesar 2,48 kg/m 3 untuk gas dan 600 kg/m 3 untuk cairan . (Anonim, 2016)
2.4.3
n-Pentana
Pentana adalah sebuah senyawa oraganik dengan rumus kimia yaitu alkane dengan 5 atom karbon. Rumus kimia ini dapat merujuk untuk ketiga isomer strukturnya sesuai dengan tata nama IUPAC, tetapi, pentana yang dimaksud di sini adalah hanya untuk isomer n-pentana saja, dua yang lain disebut “metil butana” dan “dimetil propana”. Siklopentana bukanlah isomer dari pentane. Pentana pada umumnya digunakan sebagai campuran bahan bakar dan juga dipakai sebagai pelarut di laboratorium. Ciri-ciri senyawa ini sangat mirip dengan butana dan heksana. Butana memiliki titik didih sebesar 36,1 oC atau setara dengan 308 K, titik lebur sebesar -129,8 oC atau setara dengan 143 K, densitas sebesar 0,626 g/mL untuk cairan .(Anonim, 2017)
9
BAB III METODE SIMULASI HYSYS
3.1
Short Cut Distillation
Adapun metode simulasi hysys pada Short Cut Distillation sebagai berikut: 1. Ketika mulai program Hysys, akan muncul tampilan seperti di bawah ini, lalu klik “Add”.
Gambar 3.1 Simulation Basis Manager
2. Kemudian akan muncul tampilan seperti di bawah ini, pilih komponen yaitu Propane, n-Butane, n-Pentane, kemudian klik “ Add Pure” untuk menambahkan komponen tersebut ke dalam sistem.
Gambar 3.2 Penambahan Komponen
3. Setelah selesai, pindah dari tab “Components” menuju tab “Fluid Pkgs” untuk memilih jenis Fluid Packages yang akan digunakan. Klik “Add” d an kemudian pilih 10
Peng-Robinson, lalu Exit tampilan “Fluid Package: Basis-1” sehingga akan kembali ke tampilan “Simulation Basis Manager”.
Gambar 3.3 Pemilihan Fluid Package
Gambar 3.4 Pemilihan Peng-Robinson sebagai Fluid Package
4. Kemudian klik “Enter Simulation Environment” untuk masuk ke dalam PFD (Process Flow Diagram).
Gambar 3.5 Enter Simulation Environment
11
5. Hal pertama yang harus dilakukan adalah membuat aliran massa, yaitu yang disimbolkan dengan tanda panah berwarna biru. Setelah itu klik 2x pada aliran yang telah dibuat. Isi nama aliran pada baris “Stream Name” sesuai dengan yang diinginkan. Lalu isi data temperature yaitu 50°C dan tekanan 5 atm pada baris “Temperature” dan “Pressure”.
Gambar 3.6 Penambahan Aliran Pertama dan Kondisinya
6. Kemudian klik “Composition” di sebelah kiri untuk menentukan komposisinya. Lalu klik “Basis” untuk mengubah basisnya, dan klik “Mole Flows” agar basis yang digunakan menjadi laju alir molar.
Gambar 3.7 Penentuan Basis Komposisi Aliran Pertama
12
7. Kemudian klik “Edit” untuk memasukkan data laju alir molarnya, yaitu propane 200 kmol/h, n-butane 150 kmol/h, dan n-pentane 100 kmol/h. Setelah itu klik “Ok”.
Gambar 3.8 Penentuan Komposisi Aliran Pertama
8. Setelah diklik “Ok”, warna baris di bagian bawah akan menjadi hijau yang berarti bahwa data – data pada aliran Feed telah terpenuhi.
Gambar 3.9 Penentuan Kondisi Aliran Pertama Selesai
9. Kemudian pilih Short Cut Distillation pada kolom yang berisi simbol – simbol alat. Tampilan Short Cut Distillation akan muncul seperti gambar di bawah ini. 13
Gambar 3.10 Pemilihan Short Cut Distillation
10. Kemudian klik 2x pada gambar Short Cut Distillation (kolom berwarna merah), dan pilih inletnya yaitu nama aliran yang akan dijadikan umpan, dalam kasus ini adalah “Feed”.
Gambar 3.11 Pengisian Inlet Short Cut Distillation
11. - Untuk aliran energi dan aliran keluaran, nama alirannya ditentukan sendiri. Dalam kasus ini, nama-nama tersebut adalah “Energi Kondensor”, “Produk Atas” untuk 14
distilat yang keluar dari bagian atas kolom, “Energi Reboiler”, dan “Produk Bawah” untuk produk yang keluar dari bagian bawah kolom. -
Produk keluaran dari bagian atas kolom diinginkan dalam fase cair, sehingga pada bagian “Top Product Phase” dipilih “Liquid”.
Gambar 3.12 Pengisian Kondisi Connection Short Cut Distillation
12. Kemudian klik “Parameters” di sebelah kiri untuk mengisi data – data yang diperlukan pada Short Cut Distillation. Berdasarkan soal: - pada produk bagian atas kolom terdapat n-Butana sebesar 0.5%, sehingga pada baris “Heavy Key in Distillate” diisi komponen n-Butane dengan Mole Fraction 0.005 (0.5%); - pada produk bagian bawah kolom terdapat propana se besar 0.5%, sehingga pada baris “Light Key in Bottoms” diisi komponen propane dengan Mole Fraction 0.005 (0.5%); -
tekanan kondensor sebesar 4 atm, sehingga pada baris “Condenser Pressure” diisi 4 atm;
-
tekanan reboiler sebesar 6 atm, sehingga pada baris “Reboiler Pressure” diisi 6 atm;
-
rasio refluks sebesar 2, sehingga pada baris “External Reflux Ratio” diisi dengan nilai 2. 15
Setelah itu, warna baris di bagian bawah akan menjadi hijau yang berarti bahwa data – data pada Short Cut Distillation telah terpenuhi.
Gambar 3.13 Pengisian Kondisi Parameter Short Cut Distillation
13. Setelah semua data telah selesai, maka akan muncul tampilan seperti di bawah ini.
Gambar 3.14 Tampilan Short Cut Distillation
14. Untuk melihat semua kondisi operasi pada kolom distilasi, maka klik 2x pada gambar Short Cut Distillation, dan klik tab “Worksheet” di bagian bawah, sehingga akan muncul tampilan seperti di bawah ini. 16
Gambar 3.15 Tampilan Worksheet Short Cut Distillation
15. Kemudian klik “Composition” di sebelah kiri untuk melihat komposisi semua aliran umpan (feed) dan produk.
Gambar 3.16 Tampilan Composition Short Cut Distillation
16. Untuk mengetahui rincian mengenai Tray, Temperatur, dan Aliran, klik tab “Performance” pada bagian bawah. Pada bagian Tray dapat dilihat jumlah minimal dan jumlah aktual tray / piringan di dalam kolom distilasi, serta pada tray / piringan ke berapa umpan harus dialirkan agar optimal. Pada bagian Temperature dapat dilihat temperatur pada kondensor dan reboiler. 17
Gambar 3.17 Tampilan Kondisi Performance Short Cut Distillation 3.2
Distillation Column
Short Cut Distillation sebenarnya dilakukan untuk mengetahui data – data krusial yang diperlukan untuk Distillation Column, yaitu jumlah minimum dan jumlah aktual tray / piringan, piringan ke berapa umpan harus dialirkan agar optimal, serta temperatur pada kondensor dan reboiler. 17. Langkah pertama adalah memilih Distillation Column pada kolom yang berisi simbol – simbol alat. Tampilan Distillation Column akan muncul seperti gambar di bawah ini
Gambar 3.18 Pemilihan Alat Destilasi
18
18. Lalu klik 2x pada gambar kolom distilasi tersebut, dan akan muncul tampilan seperti di bawah ini.
Gambar 3.19 Tampilan Distillation Column Input Expert
19. Pada bagian “Inlet Stream”, pilih aliran umpan (aliran bernama “Feed” dalam kasus ini). -
Aliran energi dan aliran produk ditentukan sendiri nama alirannya.
-
Pada bagian “Condenser” di bagian atas, pilih “Total” karena prod uk keluaran atas kolom diinginkan dalam fase cairan dan semuanya terkondensasi.
-
Pada bagian tengah gambar kolom, isi “n = ” dengan jumlah piringan aktual yang didapat dari Short Cut Distillation yang telah dilakukan. Jumlah piringan aktual yang didapat adalah 21.899, sehingga diisi dengan nilai 22 (pembulatan ke atas).
-
Pada bagian “Inlet Stream”, terdapat kolom “Inlet Stage”. Maksudnya adalah pada stage / piringan ke berapa aliran umpan akan dimasukkan / diumpankan agar optimal. Data yang didapat dari Shor t Cut Distillation, nilai “Optimal Feed Stage” adalah 10.879. Nilai tersebut dibulatkan ke atas sehingga didapat nilai optimal feed stage sebesar 11. Berdasarkan data tersebut, maka pada kolom “Inlet Stage” diisi dengan stage ke – 11, atau “11_Main_Stage”.
-
Setelah itu klik “Next >”.
19
Gambar 3.20 Pengisian Kondisi Kolom Distilasi
20. Kemudian diisi data tekanan kondensor dan reboiler , yaitu 4 atm pada “Condenser Pressure” dan 6 atm pada “Reboiler Pressure”. Setelah itu klik “Next >”.
Gambar 3.21 Pengisian Kondisi Tekanan pada Kondensor dan Reboiler
21. Lalu diisi data temperatur kondensor dan reboiler, yaitu -4.856°C pada “Optional Condenser
Temperature
Estimate”
dan
71.04°C
pada
“Optional
Reboiler
Temperature Estimate” (berdasarkan data yang didapat dari Short Cut Distillation). Setelah itu klik “Next >”. 20
Gambar 3.22 Pengisian Kondisi Temperatur Optimal pada Kondensor dan Reboiler
22. Kemudian diisi data rasio refluks yaitu 2 pada “Reflux Ratio”. Setelah itu klik
“Done”.
Gambar 3.23 Pengisian Kondisi Rasio Refluks pada Kolom Destilasi
23. Kemudian akan muncul tampilan seperti gambar di bawah ini. Terlihat bahwa warna baris di bagian bawah masih berwarna merah. Hal tersebut berarti bahwa masih terdapat data yang kurang pada kolom distilasi tersebut. 21
Gambar 3.24 Tampilan Kondisi Connection Kolom Destilasi
24. Kemudian klik “Monitor” di sebelah kiri untuk memberikan input data lebih rinci pada kolom distilasi. Pada kasus ini, data yang akan dimasukkan adalah data fraksi pengotor pada produk keluaran kolom distilasi.
Gambar 3.25 Pengisian Kondisi pada Monitor Kolom Destilasi
25. Selanjutnya klik “Add Spec…” pada bagian bawah. Lalu pilih “Column Component Fraction” dan klik “Add Spec(s)…”.
22
Gambar 3.26 Penambahan Spesifikasi pada Monitor
26. Akan muncul jendela baru mengenai fraksi yang akan diinput, seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.27 Pengisian Kondisi Spesifikasi pada Monitor
27. Berdasarkan data dari soal, diketahui bahwa terdapat n-Butana sebesar 0.5% pada produk bagian atas kolom. Sehingga pada jendela baru dari component fraction: -
Pada baris “Stage” dipilih “Condenser”, karena terdapat pada bagian atas kolom.
-
Pada baris “Components:” dipilih komponen “n-Butane”.
-
Pada baris “Spec Value” diisi “0.005” (5%).
Setelah semua data terpenuhi, klik Close. 23
Gambar 3.28 Pengisian Kondisi Spesifikasi Kondensor pada Monitor
28. Lalu untuk memberikan input data mengenai fraksi pada produk bagian bawah kolom, harus ditambahkan lagi spesifikasinya. Klik “Add Spec…” pada bagian bawah. Lalu pilih “Column Component Fraction” dan klik “Add Spec(s)…”.
Gambar 3.29 Penambahan Spesifikasi Kedua pada Monitor
29. Berdasarkan data dari soal, diketahui bahwa terdapat propana sebesar 0.5% pada produk bagian bawah kolom. Sehingga pada jendela baru dari component fraction: -
Pada baris “Stage” dipilih “Reboiler”, karena terdapat pada bagian bawah kolom. 24
-
Pada baris “Components:” dipilih komponen “propane”.
-
Pada baris “Spec Value” diisi “0.005” (5%).
Setelah semua data terpenuhi, klik Close.
Gambar 3.30 Penambahan Kondisi Spesifikasi Reboiler pada Monitor
30. Akan muncul tampilan seperti gambar di bawah. Kemudian agar data yang telah diinput (“Comp Fraction” dan “Comp Fraction – 2”) dapat digunakan, maka pada kolom “Active” harus dicentang untuk dua data tersebut.
Gambar 3.31 Komponen Data Non-Active
25
Namun terlebih dahulu harus dinonaktifkan Spec selain dua data tersebut. Sehingga klik tanda centang yang terdapat pada kolom “Aktif” baris “Reflux Ratio” dan baris “Distillate Rate”. 31. Setelah itu klik pada kolom “Active” dan baris “Comp Fraction” & “Comp Fraction – 2” agar dua Spec data tersebut dapat diaktifkan. Terlihat bahwa warna baris di bagian bawah berubah menjadi hijau yang menandakan bahwa semua data yang dibutuhkan pada kolom distilasi telah terpenuhi.
Gambar 3.32 Komponen Data Active
32. Setelah diklik Close maka akan muncul tampilan seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.33 Tampilan Simulasi Destilasi Selesai
26
22. Untuk mengetahui semua kondisi operasi pada kolom distilasi, maka klik 2x pada
gambar Distillation Column, dan klik tab “Worksheet” di b agian bawah, sehingga akan muncul tampilan seperti di bawah ini.
Gambar 3.34 Tampilan Kondisi Worksheet Kolom Destilasi
23. Kemudian klik “Composition” di sebelah kiri untuk melihat komposisi semua aliran
umpan (feed) dan produk.
Gambar 3.34 Tampilan Komposisi Hasil Kolom Destilasi
27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Hasil Operasi Hysys 4.1.1
Soal
Fresh feed pada 50oC dan 5 atm berupa (di KD) a. Propane 200 kmol/h b. n-Butane 150 kmol/h c. n-Pentane 100 kmol/h akan dipisahkan propana dari komponen pengotornya dimana kemurnian propana hasil sebesar 99.5 % mol (dengan pengotor 0.5% mol n-Butane) sedangkan propana pada bottom sebesar 0.5 %. Kondisi dalam KD sendiri adalah 4 atm di kondensor, 6 atm di Reboiler dan memiliki refluks sebesar 2 atm. Tentukan: a. Minimum dan actual tray b. stage saat feed masuk c. temperatur dikondensor dan di Reboiler d. komposisi %mol di top dan bottom produk
4.1.2
Hasil
a. Minimum Number of Trays = 8,867
9
≈
Actual Number of Trays = 21,899 ≈ 22 b. Optimal Feed Stage = 10,879
11
≈
c. Temperature Condenser = -4,856 oC Temperature Reboiler = 71,04 oC d. Komposisi %mol di top dan bottom produk Top
Propane = 99,5% n-Butane = 0.5% n-Propane = 0%
Bottom
Propane = 0.5 % n-Butane = 59,54% n-Pentane = 39,96%
28
4.2
Pembahasan
Pada simulasi Hysys ini digunakan Fluid Package Peng-Robinson karena fluid package ini telah dimutakhirkan sedemikian rupa sehingga kalkulasi kesetimbangan fasa bisa mempunyai keberlakuan untuk system temperatur rendah kriogenik sampai temperature tinggi di system reservoir, atau dengan kata lain Peng-Robinson memiliki range tekanan dan temperatur yang paling lebar. Minimum Number of Trays pada hasil Shortcut Distillation menunjukkan angka 8,867. Angka tersebut tidak akan ditemukan pada aplikasi Kolom Destilasi dikarenakan number of trays pada pengaplikasiannya memakai angka bulat. Sehingga untuk Destilasi selanjutnya, minimum number of trays dibulatkan ke atas menjadi 9. Sedangkan Actual Number of Tray menunjukkan angka 21,899. Seperti pada minimum numer of trays, angka tersebut tidak akan ditemukan pada aplikasi Kolom Destilasi yang sebenarnya, karena pada pengaplikasiannya, penomoran Tray Kolom Destilasi menggunakan angka bulat, sehingga Actual Number of Trays harus dibulatkan ke atas menjadi 22 trays. Optimal Feed Stage merupakan stage optimal pada kolom destilasi untuk memasukkan feed. Pada hasil Shortcut Distillation, optimal feed stage menunjukkan angka 10,879. Seperti pada Minimum Number of Trays dan Actual Number of Trays, bahwa tidak ada penomoran pada kolom destilasi menggunakan angka di belakang koma, sehingga nilai optimal feed stage dibulatkan menjadi 11 yang bearti, feed masuk pada stage ke-11 di Kolom Destilasi. Temperatur Condenser merupakan keadaan suhu di dalam Condenser. Sedangkan Tempearature Reboiler merupakan keadaan suhu di dalam Reboiler . Hasil Shortcut Distillation menunjukkan Temperatur Condenser dan Temperature Reboiler berturut-turut sebesar -4,856oC dan 71,04 oC. Sebagai hasil dari proses destilasi, didapatkan distillate yang sering disebut top product dan residu atau sering disebut bottom product . Hasil dari Shortcut Distillation menunjukkan bahwa komposisi dari distillate terdiri dari 99,5% mol Propane dan 0,5% mol n-Butane, sedangkan komposisi dari residu ( bottom product ) terdiri dari 0,5% mol Propane, 59,54% mol n-Butane, dan 39,96% mol n-Pentane.
29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan
1. Destilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan dan kemudahan menguap (volatilitas) bahan. 2. Penggunaan fluid package peng-robinson dikarenakan peng-robinson memiliki range tekanan dan temperatur paling lebar. 3. Minimum Number of Trays dan Actual Number of Trays pada Destilasi Multikomponen ini berturut-turut adalah 9 dan 22. 4. Optimal Feed Stage dimana feed diumpankan ke kolom destilasi yaitu pada stage ke-11. 5. Kondisi Temperature pada Condenser dan Reboiler bertutut-turut adalah 4,856oC dan 71,04 oC. 6. Komposisi dari distillate (Top Product) terdiri dar i 99,5% mol Propane dan 0,5% mol n-Butane. 7. Komposisi dari residu (bottom product) terdiri dari 0,5% mol Propane, 59,54% mol n-Butane, dan 39,96% mol n-Pentane.
5.2
Saran
Dalam merancang suatu industri kimia seorang engineer dituntut untuk cepat dan tepat dalam melakukan perhitungan serta kondisi-kondisi peralatan yang akan beroperasi. Maka sangat disarankan menggunakan software -software yang cocok untuk perhitungan industri. Salah satu software tersebut adalah Hysys (Hyphothetical System) yang merupakan program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam suatu pabrik. Dengan menggunakan program ini, perhitungan-perhitungan untuk medesain suatu proses yang rumit dan memerlukan waktu yang lama bila dikerjakan secara manual dapat dilakukan degan cepat. Tidak hanya untuk simulasi proses destilasi, Hysys juga dapat membantu engineer untuk mensimulasikan proses-proses yang lain
30
