sintesis dan integrasi proses · pdf fileperancangan konseptual menunjukkan bagian dari proyek...

SINTESIS DAN INTEGRASIPROSES KIMIA

Design

1. Conceptual design: develop a preliminary flowsheet usingapproximate methods.

2. Preliminary design: use rigorous simulators to evaluate steady-state and dynamic performance of proposed flowsheet.

2

state and dynamic performance of proposed flowsheet.

3. Detailed design: specify type of trays, no. of sieve tray holes,piping, pumps etc.

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Process Design

Definisi berikut menurut Douglas (1988) yangmenyoroti bahwa merancang proses merupakansuatu kegiatan kreatif:

Merancang Proses adalah aktivitas kreatif dimanakita menghasilkan ide-ide dan kemudian

3

kita menghasilkan ide-ide dan kemudianmenerjemahkannya mereka ke dalam peralatandan proses untuk memproduksi bahan-bahan baruatau untuk secara signifikan meningkatkan nilaibahan yang ada.


Perancangan konseptual menunjukkan bagian dariproyek perancangan yang berhubungan denganpendefinisian elemen dasar suatu proses: flowsheet,neraca massa dan energi, spesifikasi dan peralatankinerja, konsumsi utilitas, keamanan dan isu-isu

4

kinerja, konsumsi utilitas, keamanan dan isu-isulingkungan, serta efisiensi ekonomi.

Oleh karena itu, dalam perancangan konseptualpenekanannya adalah pada perilaku proses sebagaisebuah sistem, bukan pada ukuran dari itemperalatan.


Penting untuk dicatat bahwa perancangankonseptual bertanggung jawab untuk sebagianbesar dari biaya investasi dalam sebuah pabrik,bahkan jika fraksi dalam biaya proyek sangatterbatas.

5

terbatas.

Sebuah keputusan yang salah di tingkat konseptualakan menyebarluaskan seluruh mata rantai dariperancangan detil dan pengadaan peralatan.Bahkan jauh lebih tinggi biaya yang diperlukankemudian dalam operasi untuk memperbaikikesalahpahaman dalam desain dasar.


6

Insentif ekonomi dalam suatu proyek


Sintesis dan Analisis

Metodologi terdiri dari kombinasi langkah analisisdan sintesis. Dalam hal ini konteks, yang kitamaksud dengan kegiatan analisis ditujukanuntuk pengetahuan elemen sistem, sepertipenyelidikan sifat fisik komponen dan campuran,karakteristik kinerja reaktor dan unit operasi, atau

7

karakteristik kinerja reaktor dan unit operasi, atauevaluasi profitabilitas. Sintesis berkaitan dengankegiatan yang bertujuan untuk menentukanarsitekturarsitektur sistemsistem, seperti pemilihan komponenyang sesuai, organisasinya dalam kerangkastruktur serta kajian hubungan dan interaksinya.


Synthesis versus Analysis

8


Sebuah masalah perancangan selalu underdefined,baik oleh kurangnya data, atau tidak cukup waktudan sumber daya. Selain itu, masalah desain selaluterbuka (open ended). Tidak pernah ada solusitunggal. Solusinya tergantung pada keputusan

9

tunggal. Solusinya tergantung pada keputusanperancangan seorang perancang yang harusmengambil berbagai tahap pengembangan proyekuntuk memenuhi teknis atau kendala ekonomis, atauhanya untuk menghindari masalah lisensi.


Intensifikasi Proses

Generasi alternatif sistematis adalah fitur yangpaling penting dari perancangan konseptual modern.Solusi terbaik adalah diidentifikasi sebagai salahsatu yang optimal dalam konteks kendala denganmenggunakan evaluasi yang konsisten dan peringkatalternatif. Tren perancangan proses saat ini adalah

10

alternatif. Tren perancangan proses saat ini adalahpada intensifikasi proses. Intensifikasi prosesmenunjukkan perkembangan teknik dan peralatanbaru yang dapat mencapai perbaikan yang signifikandalam produktivitas, serta dalam efisiensi energidan ramah lingkungan proses.


11


Pengembangan di bidang ini dapat diklasifikasikandalam dua wilayah (Stankiewicz dan Moulijn, 2000):

1) Proses-mengintensifkan peralatan, seperti reaktornovel, pencampuran intensif dan peralatan transferpanas dan transfer massa;

12

panas dan transfer massa;

2) Proses mengintensifkan metode, seperti integrasireaksi dan tahap-tahap pemisahan dalam reaktormultifungsi (contoh: distilasi reaktif, reaktormembran, fuel cell), pemisahan hibrid (contohdistilasi membran), sumber energi alternatif, danmode operasi baru (misalnya operasi periodik).


Pertama, intensifikasi proses yang mengarah padapenurunan yang signifikan dalam ukuran peralatandan biaya. Manfaat lain adalah pengurangankeselamatan dan risiko ekologi karena persediaanyang lebih kecil, khususnya penting dalam kasus

13

yang lebih kecil, khususnya penting dalam kasusbahan berbahaya. Pabrik yang mobile bisa membawapembuatan bahan kimia berbahaya lebih dekat kepengguna-akhir, menghilangkan penyimpanan dantransportasi yang mahal. Intensifikasi proses jugadiperlukan untuk mengembangkan peralatan untukteknologi yang sedang berkembang, khususnyadalam rekayasa biokimia.


Integrasi Proses

Integrasi proses (PI) muncul pada dekade 1980-1990 sebagai disiplin baru dalam teknik kimiadengan penekanan pada efisiensi penggunaanenergi. PI mengungkapkan bahwa penghematanenergi yang signifikan dapat dicapai dengan

14

energi yang signifikan dapat dicapai denganmenganalisis masalah hanya dalam konteks darikeseluruhan proses (sistem), dan tidak dari sudutpandang unit yang berdiri sendiri.


15

Pendekatan perancangan proses terintegrasi


Pendekatan Hirarkis

0 .Basis Perancangan (masukan informasi)

1. Analisis reaksi kimia dan termodinamika

2. Analisis struktur input/output

3. Struktur recycle pabrik

16

3. Struktur recycle pabrik

4. Sistem pemisahan pabrik

5. Integrasi Energi

6. Alternatif desain

7. HAZOP analisis

8. Sistem pengendalian proses


17

Pendekatan hirarkis perancangan konseptual


Level 0: Basis Perancangan.

Langkah ini terdiri daripengumpulan teknologi yangmendasar dan data ekonomi yang

18

diperlukan untuk melakukanperancangan konseptual, termasukkesehatan, keselamatan dan risikolingkungan.


Level 1: Reaksi Kimia dan Termodinamika.

Tingkat ini berkaitan dengan analisis pengetahuandasar yang dibutuhkan untuk melakukan prosesdesain konseptual. Penjelasan rinci tentang reaksikimia sangat penting untuk merancang reaktorkimia, serta untuk menangani keamanan dan isu-isu

19

kimia, serta untuk menangani keamanan dan isu-isulingkungan. Di sini, batasan yang ditatur olehkesetimbangan kimia atau kinetika kimiadiindentifikasi. Perilaku nonideal campuran utamadianalisis dalam pandangan pemisahan, yaitudengan distilasi.


Level 2: Input/output Analisis

Tahap ini menetapkan kerangka neraca massakeseluruhan yang dipisahkan oleh bahan baku padainput, dan produk, produk samping dan limbah padaoutput. Keputusan perancangan utama berkaitan kinerjasistem reaksi. Atas dasar ini, kelayakan awal dievaluasidengan suatu ukuran potensial ekonomi atau denganukuran lain untuk nilai tambah. Analisis ini harus

20

ukuran lain untuk nilai tambah. Analisis ini harusmencakup biaya yang dikeluarkan dalam penangananmasalah lingkungan. Jika reaksi sangat endoterm,perkiraan biaya energi berdasarkan proses yang adadapat dimasukkan untuk analisis lebih realistis.Perhatikan bahwa potensi ekonomi pada tingkat I/Oharus cukup tinggi untuk menerima pengurangan lebihlanjut saat biaya operasional dan modal diperhitungkan.


Level 3: Reaktor/Pemisahan/Recycle.

Tingkat ini berkaitan dengan pendefinisian elemen utamaarsitektur proses, yaitu reaktor kimia yang berinteraksidengan pemisahan melalui daur ulang. Penekananditempatkan pada perancangan reaktor pada daur ulangberdasarkan basis kinetik. Reaksi sekunder danpembentukan pengotor dipertimbangkan, setidaknya

21

pembentukan pengotor dipertimbangkan, setidaknyasecara kuantitatif. Desain ini dilakukan tidak hanya sekitarsatu titik operasi yang dianggap optimal, tapi dalam suatu"operasi jendela" yang didefinisikan oleh fleksibilitas lajuproduksi dan variabilitas bahan baku.


(lanjutan)

Fitur lainnya adalah analisis awal tentang integrasipanas reaktor kimia, sebelum menerapkan analisispich-pich point untuk keseluruhan flowsheet. Reaksiyang sangat eksotermis merupakan bagian utamayang berkenaan dengan (1) stabilitas sistem reaksikimia yang dihadapkan pada umpan balik dari

22

kimia yang dihadapkan pada umpan balik daribahan-bahan dan energi, dan (2) penggunaan energiyang optimum untuk menutupi kebutuhan sendiridan mengekspor surplus tersebut. Pada sisi lain,reaksi endotermis dibatasi oleh ketersediaan utilitas,serta dengan perangkat mahal untuk menghasilkanpanas dan listrik.


(lanjutan)

Jika Level 3 diselesaikan dengan baik,pengembangan flowsheet harus mengikuti trekhampir berurutan terdiri dari sintesis subsistem danmemecahkan masalah integrasi lokal. Secara khusus,penghematan energi dapat membawa beberapamodifikasi mengenai sistem pemisahan, tapi tanpa

23

modifikasi mengenai sistem pemisahan, tapi tanpamempengaruhi baik desain reaktor kimia ataustruktur daur ulang. Jadi, levelreaktor/pemisah/aurulang muncul sebagai bagianpaling penting dalam hierarki perancangankonseptual.


Level 4: Sistem Pemisahan.

Setelah memecahkan split terlebih dulu, masalah sintesisdibagi menjadi submasalah untuk menangani fluidahomogen, yang pada gilirannya menghasilkan subsistempemisahan untuk gas, cairan dan padatan. Tujuannyaadalah menemukan pemisahan urutan pemisahanoptimum untuk setiap subsistem. Pendekatan ini terdiridari mengidentifikasi tugas pemisahan dengan cara

24

dari mengidentifikasi tugas pemisahan dengan carapemilih logis, yang memiliki efek pengurangansignifikan dalam mencari ruang. Peringkat teknikpemisahan ini didasarkan pada indentifikasi dariproperti karakteristik antara komponen campuran.Penyusunan urutan pemisahan bergantung padasebagian besar heuristik, meskipun mungkin termasukmetode optimasi.


(lanjutan)

Pada akhir level 4, hasilnya adalah flowsheet prosesyang mendekati optimum bersama dengan neracamassa yang konsisten. Tingkat berikutnya akanmemiliki sebagai tujuan solusi dari masalah yangberhubungan dengan penggunaan optimal dari

25

berhubungan dengan penggunaan optimal darisumber daya energik dan bahan utilitas, sertadengan minimisasi limbah dan proses plantwidekontrol.


Level 5: Integrasi Energi

Tingkat ini melibatkan berbagai kegiatan perancanganyang berkaitan dengan meminimalkan energi dan utilitasmaterial. Ini bisa diklasifikasikan sebagai berikut:

5a. Analisis Pinch point untuk panas yang optimal dankonsumsi daya.

5b. Perancangan pemisahan energi yang terintegrasi.

26

5b. Perancangan pemisahan energi yang terintegrasi.

5c. Perancangan sistem pendingin (refrigerasi).

5d. Minimisasi Air: merancang sistem yang efisien untukdaur ulang air.

5e. Minimisasi Pelarut: merancang sistem yang efisienuntuk daur ulang pelarut.

5f. Integrasi tempat untuk energetik dan material.Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Level 6: HAZOP dan Lingkungan

Karena faktor yang menyebabkan bahaya danmasalah lingkungan ditangani pada tahap awal,pada tahap ini seharusnya hanya menerapkanevaluasi kuantitatif terhadap efek dengankonsekuensi yang terbatas pada perancangan

27

konsekuensi yang terbatas pada perancangankonseptual


Level 7: Sistem Pengendalian (control)Proses

Isu-isu penting proses dinamis dan pengendalian,yaitu kebijakan umpan segar dan stabilitas operasipada sistem reaksi/pemisahan/daur ulang,diselesaikan di Level 3. Sehingga, pelaksanaansistem pengendalian proses dapat direalisasikan

28

sistem pengendalian proses dapat direalisasikantanpa mempengaruhi struktur flowsheet dasar,tetapi dengan mempertimbangkan prinsip-prinsippengendalian proses yang mendasar. Bagianselanjutnya akan menjelaskan secara lebih rinci isidari level yang berbeda.


Metodologi di atas berlaku untuk semua jenisindustri proses kimia. Hasil yang terbaik akandiperoleh ketika pengguna berjalan melalui semualangkah-langkah, menghindari godaan reproduksiflowsheets ada. Pendekatan ini berharga tidak

29

flowsheets ada. Pendekatan ini berharga tidakhanya untuk proses baru, tetapi juga untukperbaikan proses yang sudah ada (revamping danretrofitting), di mana dimulai dari "awal" adalahcara terbaik untuk merangsang ide inovatif.


Flowsheet

30


PFD

31


PFD- heat integration

32


sintesis dan integrasi proses · pdf fileperancangan konseptual menunjukkan bagian dari proyek...

Documents