Tutorial Hysys Untuk Mahasiswa(1)

HYSYS PROCESS SIMULATION SOFTWARE TRAINING

Pengenalan Software Simulasi Proses HYSYS Langkah membuat simulasi menggunakan HYSYS adalah berikut: 1. Memilih komponen (Selection of components) 2. Memilih model termodinamik (Selection of a thermodynamic properties package) 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.

1


Contoh 1: Heater Berapa beban yang diperlukan untuk memanaskan suatu aliran (1250 kg/s) yang terdiri equal molar methane o

o

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.

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 kemudian 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 Basis 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 2


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, dan 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.

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 panas untuk mengetahui panas yang 9

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-kwong (SRK). 9

Apakah duty berubah menjadi 2.509x10 kJ/h? dan coba lagi dengan Lee-Kessler-Plocker. Apakah 3

HYSYS PROCESS SIMULATION SOFTWARE TRAINING 9

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.

4


Contoh 2: Flash Separation (kompresor, cooler) 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 menjadi 2 aliran produk. Berapa flow rate dan komposisi kedua aliran produk tersebut? Jawab 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.

5


Contoh 3: Proses yang melibatkan Reaksi and Separasi Toluene diproduksi dari n-heptane dengan dehydrogenasi menggunakan katalis Cr2O3: 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.

6


Contoh 4: Memodifikasi proses 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 HDuty, 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.). langkah-langkah 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).

7


Perhatian :

o

o

Jika batas atas suhu pre-heat 700 F maka pada state tertentu akan didapat UA negatif (pada 640 F). dan HE berwarna kuning (tidak realistis). Contoh 5: Proses yang melibatkan Recycle 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. 8


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 components (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.

9


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.

10


Contoh 6: Kolom 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 dan 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.

11


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. Klik SPECS (doble klik kolom, design/specs) 2. Klik add Pada column specifications. Kita pilih variable yang akan dispesifikasi yaitu konsentrasi ethanol, pilih 12


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.

13


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.

14


Produksi Propilen Glikol Deskripsi Proses Proses yang akan dimodelkan adalah konversi propilen oksida dan air menjadi propilen glikol pada Reaktor Tangki Ideal Kontinu (RTIK/CSTR). Produk reaksi akan dipisahkan menggunakan kolom distilasi. Diagram alirnya adalah sebagai berikut :

Propilen oksida dan air dicampurkan pada sebuah mixer sebelum diumpankan ke dalam reaktor yang beroperasi pada tekanan atmosferik. Pada kolom distilasi, seluruh propilen glikol dipisahkan pada produk bawah (bottom product). Kondisi umpan adalah sebagai berikut : o Propilen oksida = Temperatur 75 F, Tekanan 1.1 atm 100% propilen oksida , 150 lbmol/hr o H2O = Temperatur 75 F, Tekanan 16.17 psia 100% water , 11000 lb/hr Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut  H2O + C3H6O  C3H8O2 Pada reaktor, diketahui data-data kinetika sebagai berikut : 13 4 A = 1.7 x 10 dan E = 3.24 x 10 Btu/lbmole 3 Reaktor memiliki volume 280 ft dan 85% dari volume tersebut berisi cairan. Sementara itu, kolom distilasi yang digunakan memiliki 10 jumlah tahap dan umpan masuk pada tahan ke-5. Refluks rasio = 1 dan menggunakan partial condenser dimana distilat fasa uap memiliki laju alir 0 (nol) lbmole/hr. Diharapkan kadar air (H2O) dalam produk glikol adalah 0.5%. Diketahui tekanan reboiler 17 psia dan tekanan condenser 15 psia dengan pressure drop masing-masing 0 (nol) psia. Simulasi ini akan dibangun melalui langkah-langkah dasar sebagai berikut : 1. Menentukan satuan-satuan 2. Memilih property package 3. Memilih komponen 4. Mendefinisikan reaksi 5. Membuat dan mendefinisikan aliran umpan 6. Meletakkan dan mendefinisikan mixer dan reaktor 7. Meletakkan dan mendefinisikan kolom distilasi SETTING SESSION PREFERENCES Anda akan memulai melakukan simulasi menggunakan HYSYS dan membuat kasus yang baru. Tugas pertama anda adalah mengeset session preferences. 1. Dari menu Tools, pilih Preferences. Tampilan Session Preferences akan muncul.

15


2. Klik menu Variables dan pilih halaman Units. Menentukan Satuan 1. Pada bagian Available Units Sets, pilih Field. Default untuk satuan laju alir volumetrik adalah barrel/day, dan anda akan merubahnya menjadi USgpm.

2. Klik tombol Clone. Unit set yang baru akan muncul dengan nama NewUser. 3. Pada Unit Set Name, buatlah nama untuk unit set anda yang baru, misalnya USgpm. Sekarang anda sudah dapat merubah-rubah satuan pada variabel yang anda inginkan. 4. Temukan sel Lid. Vol. Rate. dan klik sel barrel/day yang ada di sampingnya. 5. Gantilah satuan tersebut dengan USgpm.

16


6. Unit set yang baru sudah terdefinisikan, dan tutuplah jendela ini. MEMBANGUN SIMULASI 1. Klik ikon New Case. 2. The Simulation Basis Manager akan muncul seperti berikut :

Langkah berikutnya adalah menentukan fluid package. Fluid Package ini minimum berisi komponen dan propertinya yang akan digunakan HYSYS untuk melakukan perhitungan proses seperti yang tercantum di dalam flowsheet. Berdasarkan contoh kasus ini, fluid package juga mengandung informasi lain seperti reaksi dan parameter interaksi. Memilih Komponen 1. Pada menu Components di Simulation Basis Manager, klik tombol View sehingga muncul daftar komponen.

17


Masing-masing komponen dapat muncul dalam tiga bentuk, yaitu Sim Name, Full Name/Synonym, dan Formula. Pada tutorial ini, anda akan menggunakan komponen propilen oksida, air, dan propilen glikol. 2. Pastikan bahwa Sim Name sudah dipilih dan cek (√) Show Synonyms. 3. Pada bagian Match, ketiklah propyleneoxide dalam satu kata.

4. Pilihlah Propyleneoxide pada daftar dan tambahkan pada kolom Selected Components List dengan melakukan salah satu aksi sebagai berikut : - Tekan tombol Enter pada keyboard anda. - Klik tombol Add Pure - Double-klik Propyleneoxide Maka komponen akan masuk ke dalam kolom Selected Components.

18


Lakukan hal yang sama untuk air dan propilen glikol sehingga akan didapatkan tiga komponen seperti yang diinginkan. Daftar komponen akhir pada tutorial ini adalah sebagai berikut :

Melihat properti komponen Untuk membuka properti dari satu atau lebih komponen pilih komponen yang dimaksud dan klik tombol View Component. HYSYS akan membuka properti dari komponen yang dimaksud. Contohnya : 1. Klik 12-C3diol pada daftar Selected Components. 2. Klik tombol View Component maka akan muncul properti yang dimaksud.

3.

Tutup tampilan properti ini dan tutup pula tampilan Component List untuk kembali ke Simulation Basis Manager.

19


Menentukan Fluid Package 1. Klik menu Fluid Pkgs pada Simulation Basis Manager. 2. Klik tombol Add hingga muncul tampilan fluid package property sebagai berikut :

Jendela ini memungkinkan anda untuk memberikan seluruh informasi yang dibutuhkan agar Fluid Package terdefinisi secara lengkap. Pada tutorial ini, anda akan memilih menu : Set Up, Binary Coeffs (Binary Coefficients), dan Rxns (Reactions). Anda akan memilih property package pada menu Set Up karena property package masih belum terpilih (lihat kotak warna kuning). Pada tutorial ini anda akan memilih UNIQUAC. 3. Temukan UNIQUAC pada Property Package Selection lalu diklik. Saat ini, telah terdefinisi property package UNIQUAC (lihat kotak warna kuning).

Menentukan Binary Coefficient Berikutnya adalah menentukan parameter interaksi biner (Binary Interaction Parameters, BIP’s) 1. Klik menu Binary Coeffs pada tampilan Fluid Package.

HYSYS akan memberikan data yang sudah tersedia untuk parameter interaksi Aij pada setiap pasangan komponen. Terlihat bahwa hanya pasangan 12C3Oxide/12-C3diol yang tidak memiliki data koefisien. Nilai koefisien ini dapat dimasukkan apabila anda memiliki data.Tetapi jika tidak, nilai ini dapat diperkirakan oleh HYSYS dengan salah stau metode estimasinya. Selanjutnya, anda akan menggunakan metode estimasi UNIFAC VLE untuk memperkirakan data koefisien interaksi yang tidak diketahui. 20


2. Pada bagian Coeff Estimation, pilihlah UNIFAC VLE. 3. Klik tombol Unknowns Only sehingga HYSYS akan memberikan nilai estimasi untuk parameter interaksi yang tidak diketahui.

21


MENDEFINISIKAN REAKSI 1. Kembali ke Simulation Basis Manager dengan cara meng-klik title bar atau ikon Home View. 2. Klik menu Reactions. Menu ini memungkinkan anda untuk mendefinisikan seluruh reaksi yang terlibat pada flowsheet.

Reaksi yang terlibat pada tutorial ini adalah sebagai berikut : H2O + C3H6O  C3H8O2 Memilih komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi Tugas pertama untuk mendefinisikan reaksi adalah memilih komponen-komponen yang terlibat di dalam reaksi. Pada tutorial ini, seluruh komponen terpilih (dalam fluid package) terlibat di dalam reaksi sehingga tidak diperlukan modifikasi berkenaan dengan hal ini. Untuk sistem yang lebih kompleks, anda diharuskan untuk menambah atau mengurangi komponen dari daftar terpilih. Untuk menambah/mengurangi komponen, klik tombol Add Comps, maka akan muncul tampilan Componen List. Menentukan reaksi 1. Pada kolom Reactions, klik tombol Add Rxn, lalu pilih Kinetic. Berikutnya klik tombol Add Reaction hingga muncul tampilan Kinetic Reaction.

2. Pada kolom Component, letakkan kursor pada sel *Add Comp* dan pilih komponen-komponen yang terlibat pada reaksi-1, yaitu H2O, C3H6O, dan C3H8O2 3. Tahap berikutnya adalah mengisikan koefisien stoikiometri pada kolom Stoich Coeff. Untuk reaktan, dahulukan dengan tanda negatif (-) sedangkan produk reaksi positif. Makan tampilan menu Kinetic Reaction akan tampak sebagai berikut :

22


Terlihat bawah pada sel Balance Error menunjukkan nilai 0.0000 yang artinya reaksi telah setimbang. HYSYS juga akan menghitung panas reaksi. Pada tutorial ini terlihat bahwa nilai panas reaksi negatif yang artinya reaksi menghasilkan panas (eksotermik). 4. Pada kolom Fwd Order untuk komponen H2O, masukkan nilai 0 untuk merefleksikan bahwa H2O yang digunakan berlebih (excess water).

5. Klik menu Basis dan masukkan Base Component, yaitu Propilen Oksida. 6. Pilih CombinedLiquid pada sel Rxn Phase. 7. Untuk sel Min. Temperature, Max. Temperature, Basis Units, dan Rate Units isilah sesuai dengan default.

8. Klik menu Parameters. Pada menu ini, anda diminta mengisikan konstanta Arrhenius untuk kinetika reaksi. Dalam tutorial ini, tidak ada reaksi balik sehingga hanya diisikan untuk reaksi ke kanan. 9. Pada kolom Forward Reaction, isikan sel A = 1.7e13 dan sel E = 3.24e4 (Btu/lbmole)

23


Tampak bahwa terjadi perubahan pada kotak status dari Not Ready menjadi Ready yang artinya bahwa reaksi telah terdefinisikan dengan lengkap. 10. Tutuplah baik tampilan Kinetic Reaction Property dan Reactions. 11. Klik ikon Home View untuk memastikan bahwa Simulation Basis Manager aktif. Pada menu Reactions telah muncul Rxn-1 sebagai sistem reaksi pada flowsheet ini.

Menciptakan Reaction Set 1. Pada kolom Reaction Sets, klik tombol Add Set maka tampilan Reaction Set Property akan muncul dengan default Set-1

2. Pada kolom Active List, pilih Rxn-1. 3. Label cekbox muncul secara otomatis di samping kolom Active List. Kotak status akan berubah dari Not Ready menjadi Ready. 4. Tutup tampilan Reaction Set dan kembali ke Simulation Basis Manager. Reaction Set yang baru (Set-1) muncul pada kolom Reaction Sets.

24


Mendefinisikan Reaction Set pada Fluid Package 1. Klik Set-1 pada menu Reactions. 2. Klik tombol Add to FP hingga muncul tampilan Add ‘Set-1’ yang menyarankan anda untuk memilih Fluid Package yang akan ditambahkan pada Reaction Set. Pada tutorial ini hanya ada satu Fluid Package, yaitu Basis-1.

3. Pilih Basis-1 dan klik tombol Add Set to Fluid Package.

4. Klik menu Fluid Pkgs untuk menampilkan summary dari Fluid Package yang lengkap.

25


MASUK KE SIMULATION ENVIRONMENT Masuk ke Simulation Environment dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : Klik tombol Enter Simulation Environment pada tampilan Simulation Basis Manager, atau Klik ikon Enter Simulation Environment pda toolbar. Ketika anda masuk pada Simulation Environment , tampilan awal tergantung pada setting preferences untuk tampilan Initial Build Home. Ada tiga tampilan awal yang tersedia, yaitu ; PFD, Workbook, dan Summary. Ketiganya dapat ditampilkan kapan saja, tetapi hanya salah satu yang akan muncul pada saat pertama memasuki Simulation Environment. Sebagai contoh adalah tampilan awal Workbook sebagai berikut :

Sebelum berlanjut pada tahapan simulasi berikutnya, ada baiknya untuk menyimpan kasus anda dalam bentuk file. Gunakan salah satu cara sebagai berikut : Klik ikon Save pada toolbar Dari menu File, pilih Save Tekan CTRL S Lalu pada tampilan Save, isikan nama file untuk kasus anda, misalnya Glycol, lalu klik OK. Untuk membuka kembali kasus anda suatu saat, gunakan ikon Open Case.

26


MENGGUNAKAN KERTAS KERJA (WORKBOOK). Memasukkan Aliran Umpan Secara umum, tugas pertama anda adalah memasukkan satu atau lebih aliran umpan. Pada bagian ini, anda akan memasukkan aliran umpan menggunakan kertas kerja. 1. Aktifkan kertas kerja dengan meng-klik ikon Workbook pada toolbar. 2. Pada menu Material Streams, berilah nama Prop Oxide. HYSYS secara otomatis akan menciptakan aliran umpan baru.

o

Selanjutnya, anda akan memasukkan kondisi umpan yaitu temperatur 75 F dan tekanan 1,1 atm. o

4. Klik sel Temperatur, dan ketik 75 (pilih satuan F)

5. Klik sel Pressure, ketik 1.1 (pilih satuan atm)

6. Masukkan juga laju alir umpan sebesar 150 lbmole/hr pada sel Molar Flow. Memasukkan komposisi umpan 1. Pada kertas kerja, double-klik sel Molar Flow pada aliran Prop Oxide.

27


2. Pastikan bahwa tombol Mole Fractions telah terpilih 3. Klik sel input untuk komponen pertama, yakni 12-C3Oxide. Aliran ini berupa 100% propilen oksida. 4. Ketik 1 untuk fraksi mol propilen oksida. Artinya, pada umpan ini hanya berupa propilen oksida saja. 5. Klik tombol Normalize untuk membuat seluruh angka fraksi mol komponen yang lain menjadi nol. Tampilannya adalah sebagai berikut :

6. Klik tombol OK, spesifikasi aliran umpan sekarang telah lengkap. HYSYS akan melakukan perhitungan flash pada kondisi umpan yang telah dispesifikasikan sebelumnya.

Angka yang diberikan (dispesifikasikan) berwarna biru sedangkan yang hitam adalah nilai yang terhitung. Menambahkan aliran umpan yang lain Selain propilen oksida, juga terdapat aliran umpan lain yaitu H2O dan anda akan menambahkannya pada flowsheet yang akan dibuat dengan melakukan salah satu cara sebagai berikut : Tekan tombol F11 Dari menu Flowsheet, pilih Add Stream. 28


Double-klik ikon Material Stream pada object pallete. Klik ikon Material Stream pada object pallete, lalu klik tombol Add Object pallete. 1. Spesifikasikan aliran umpan ini sebagai berikut ; Stream name = Water Feed o Temperatur = 75 F Pressure = 16.17 psia 2. Masukkan laju alir umpan ini, yaitu 11000 lb/hr H2O (umpan ini berupa H2O saja) - Pastikan bahwa Mass Flows telah terpilih pada bagian Composition Basis. 3. Klik tombol OK

29


Memasukkan Unit-Unit Operasi Mixer Unit operasi yang pertama adalah mixer yang digunakan untuk mencampurkan dua aliran umpan. Ada beberapa metode untuk mendefinisikan unit operasi yang dilakukan HYSYS. Salah satu cara yang akan dilakukan adalah melalui menu Unit Ops pada kertas kerja. 1. Klik ikon Workbook untuk memastikan aktifnya kertas kerja. 2. Klik menu Unit Ops pada kertas kerja. 3. Klik tombol Add UnitOp yang diikuti dengan munculnya tampilan UnitOps dimana terdapat daftar unit operasi yang ada. 4. Pilih unit operasi Mixer, lalu klik tombol Add.

5. Tampilan properti mixer akan tampak sebagai berikut :

Tampilan ini mengandung semua informasi yang dibutuhkan untuk mendefinisikan unit operasi . 6. Pada halaman Connection, masukkan nama/kode unit operasi, yaitu MIX-100. 7. Definisikan aliran masuk (inlet) dan aliran keluar (outlet). Aliran inlet adalah Prop Oxide dan Water Feed sedangkan aliran outlet adalah Mixer Out.

30


Kotak status telah berubah menjadi warna biru dengan tanda OK di dalamnya. Hal ini berarti bahwa hubungan antar aliran telah lengkap dan perhitungan neraca massa dan energi sudah lengkap. 8. Masuk ke halaman Parameters. Lalu Set Outlet to Lowest Inlet. 9. Masuk ke halaman Worksheet untuk melihat neraca massa dan energi aliran keluar mixer.

10. Tutup tampilan mixer dan kembali pada kertas kerja. MEMASUKKAN UNIT OPERASI PADA PFD Selain Workbook, PFD merupakan tampilan utama yang lain pada HYSYS yang dapat anda gunakan untuk membangun simulasi. Untuk membuka PFD, klik ikon PFD pada Toolbar.

31


Saat anda membuka tampilan PFD, maka akan muncul gambar sebagai representasi grafik dari apa yang sudah anda definisikan sebelumnya saat mendefinisikan flowsheet melalui Workbook. Tampilan tersebut adalah sebagai berikut :

PFD menampilkan hubungan (koneksi) antara seluruh aliran dan unit operasi, yang juga disebut sebagai “object”. Masing-masing object diwakili dengan simbol yang memiliki nama (label) yang terletak di dekat simbol aliran atau unit operasi yang dimaksud. Menginstal Reaktor 1. Pastikan bahwa object pallete tampak di layar (jika tidak, tekan F4) 2. Klik CSTR pada object pallete dan letakkan CSTR ini di samping mixer dengan cara menggeser (drag) kursor menuju lokasi PFD yang diinginkan.

3. Setelah CSTR diletakkan di PFD, maka secara otomatis HYSYS memberinya nama CSTR-100 dan kotak status berwarna merah yang menandakan bahwa reaktor ini membutuhkan aliran inlet dan outlet. Menambahkan aliran pada reaktor 1. Klik ikon Attach Mode pada toolbar. Attach mode akan selalu aktif sampai anda mematikannya kembali dengan cara meng-klik ikon tersebut.

2. Posisikan kursor di sebelah kanan aliran Mixer Out sampai muncul kotak kecil transparan bertuliskan Out pada kursor.

3. Klik dan tahan tombol mouse hingga kotak transparan tersebut menjadi gelap. 4. Gerakkan kursor menuju reaktor dan terbentuk garis koneksi di antara keduanya. Pada reaktor akan muncul beberapa titik koneksi berwarna biru. 5. Letakkan kursor pada salah satu titik biru tersebut sampai kotak pada kursor berwarna putih. 6. Lepaskan mouse dan terbentuklah aliran antara mixer dengan reaktor.

32


7. Untuk aliran outlet reaktor, posisikan kursor di sebelah kanan atas reaktor, klik dan tahan lalu gerakkan ke sebelah kanan untuk membuat aliran baru (yaitu aliran 1).

8. Cara yang sama digunakan untuk aliran keluaran reaktor yang lain (yaitu aliran 2)  aliran 1 menunjukkan „vapor product‟ dan aliran 2 menunjukkan „liquid product‟. 9. Sementara untuk aliran energi, letakkan kursor di sebelah kiri bawah reaktor. Klik dan gerakkan mouse ke sebelah kiri bawah lalu lepaskan. Aliran energi yang baru ini akan dinamakan Q-100. 10. Klik ikon Attach Mode untuk kembali pada Move Mode. 11. Double-klik ikon aliran 1 untuk melihat tampilan properti aliran. Pada sel Stream Name, berilah nama Reactor Vent. 12. Begitu pula untuk aliran 2 dengan Reactor Prods dan aliran energi dengan Coolant. Memasukkan spesifikasi/informasi pada reaktor 1. Double-klik ikon CSTR untuk melihat tampilan properti. 2. Masuk ke halaman Connections dan lihat menu Design. Nama-nama aliran yang sudah diberikan sebelumnya akan terlihat di layar. 3. Pada sel Name, gantilah nama CSTR-100 menjadi Reactor.

4. Masuk ke halaman Parameters. Nilai yang ada pada DP dan volume adalah default. 5. Pilih tombol cooling, karena reaksi ini berlangsung secara eksotermik sehingga membutuhkan pendinginan.

33


6. Klik menu Reactions untuk memasukkan set reaksi yang telah didefinisikan pada Basis Environment. Pada Reaction Set, pilih Set-1 hingga muncul tampilan sebagai berikut :

7. Untuk memasukkan perameter vessel, klik menu Dynamics dan pilih halaman Specs. 3 8. Masukkan Vessel Volume = 280 ft dan Liq Volume Percent = 85. HYSYS otomatis akan menghitung volume cairan di dalam vessel yang tercantum pada halaman Parameters menu Design.

34


9. Klik menu Worksheet.

Pada saat ini, aliran produk reaktor dan aliran energi (yaitu coolant) masih belum terhitung karena derajat kebebasan reaktor (DOF) masih 1. Oleh sebab itu diperlukan sebuah informasi lain untuk melengkapi data. Data yang mungkin diisikan adalah beban pendinginan atau temperatur keluaran reaktor. Yang akan diisikan pada tutorial ini adalah o temperatur keluaran, yaitu 75 F. o Dengan asumsi bahwa reaktor isotermal maka temperatur keluaran akan sama dengan temperatur umpan (75 F). 10. Pada kolom Reactor Prods, klik sel temperatur dan isikan nilai 75.

11. Klik menu Reactions, lalu pilih halaman Results dan akan muncul konversi reaksi pada tabel hasil perhitungan reaktor ini.

35


Pada kondisi ini, konversi yang dicapai adalah 40.3%. Oleh sebab itu, temperatur reaktor harus diatur hingga mencapai konversi 85 – 95%. o

o

12. Klik menu Worksheet, dan ubahlah temperatur keluaran reaktor dari 75 F menjadi 100 F. 13. Kembali ke menu Reactions dan cek konversi. Diperoleh hasil 72.28%.

o

14. Ubahlah lagi temperatur keluaran reaktor dengan cara yang sama di atas menjadi 140 F, maka akan diperoleh hasil 94.7%.

15. Tutuplah tampilan reaktor ini. Menginstal kolom distilasi 1. Sebelum memasukkan kolom distilasi, klik Tools pada toolbar dan pilih Preferences. Pada menu Simulation, klik halaman Options dan pastikan bahwa kotak Use Input Expert telah dicek-mark (√). 2. Double-klik ikon kolom distilasi pada Object Palette, hingga muncul tampilan sebagai berikut :

36


3. Pada tutorial ini, kolom distilasi memiliki 10 tahap dan umpan masuk pada tahap ke-5. 4. Aliran masuk kolom distilasi merupakan aliran keluaran reaktor, sehingga harus dipilih Reactor Prods pada bagian inlet stream. 5. Pada bagian condenser, dipilih Partial yang artinya produk atas terkondensasi secara parsial. 6. Aliran uap keluar dari condenser diberi nama OvhdVap, sementara produk cairnya diberi nama RecyProds. Sementara itu beban condenser didefinisikan sebagai CondDuty. 7. Pada bagian Bottom Liquid Outlet, beri nama aliran tersebut dengan Glycol. Beban reboiler pada Reboiler Energy Stream dengan nama RebDuty.

8. Setelah selesai menyelesaikan spesifikasi pada halaman ini, maka tombol Next akan aktif. Klik-lah tombol ini untuk mencapai halaman Pressure Profile. 9. Tekanan di condenser adalah 15 psia sehingga pada bagian Condenser Pressure diisikan 15 psia. 10. Demikian pula halnya dengan Reboiler Pressure sebesar 17 psia. Asumsi yang diambil untuk pressure drop (Condenser Pressure Drop) adalah nol.

37


11. Klik tombol Next untuk mencapai halaman Optional Estimates. Pada tutorial ini, tidak ada estimasi yang diberikan. Secara umum, HYSYS memiliki tiga spesifikasi default. Laju alir uap distilat dan rasio refluks akan digunakan sebagai spesifikasi yang aktif. Selanjutnya anda akan menspesifikasikan kemurnian glikol yang diinginkan. Sementara, spesifikasi default ketiga yaitu laju alir cair distilat tidak digunakan. 12. Pada bagian Vapor Rate, masukkan 0 lbmole/hr. Pada bagian Reflux Ratio, berikan nilai 1.

13. Klik tombol Done dan tampilan properti kolom akan muncul. Pada menu Design, pilih halaman Monitor.

38


Monitor akan menampilkan status kolom yang akan dihitung. Menambahkan spesifikasi kolom DOF kolom saat ini adalah nol yang menindikasikan bahwa kolom siap untuk disimulasikan. Pada contoh ini, anda akan menspesifikasikan bahwa fraksi mol air pada aliran produk adalah 0.005 (0.5%). 1. Non-aktifkan cekbox Active pada laju alir distilat, sehingga DOF menjadi 1 yang artinya dibutuhkan data spesifikasi aktif yang lain sehingga DOFnya menjadi nol kembali. 2. Pada menu Design, pilih halaman Specs. 3. Pada bagian Column Specification, klik tombol Add sehingga tampilan Add Specs. 4. Pilih Column Component Fraction, lalu klik tombol Add Spec(s) hingga muncul tampilan Comp Frac Spec seperti berikut:

5. Pada sel Name, ketik H2O fraction. 6. Pada sel Stage, pilih reboiler.

39


7. Pada sel Spec Value, ketik 0.005 yaitu nilai fraksi mol H2O pada produk bawah. 8. Pada daftar komponen, pilih H2O.

9. Tutup tampilan ini untuk kembali pada tampilan properti kolom. Spesifikasi baru muncul pada list spesifikasi. 10. Kembali pada halaman Monitor dimana spesifikasi baru muncul pada bagian bawwah list spesifikasi. 11. Klik tombol Group Active untuk membawa spesifikasi baru ini ke bagian atas list secara langsung bersama dengan spesifikasi aktif yang lain.

Menjalankan simulasi kolom distilasi 1, Klik tombol Run untuk memulai kalkulasi.

40


Tampak bahwa kurva profil temperatur muncul di pojok kanan atas. Kurva profil tekanan dan laju alir dapat dilihat dengan meng-klik tombol Press atau Flows. 3. Untuk menampilkan profile kolom secara detail, klik menu Performance dan pilih halaman Column Profile.

Menampilkan sub-flowsheet kolom distilasi 1. Klik tombol Column Environment. Saat masuk pada tampilan column environment, anda dapat melalukan hal-hal sebagai berikut : - menampilkan PFD sub-flowsheet kolom dengan meng-klik ikon PFD. - menampilkan kertas kerja sub-flowsheet kolom dengan meng-klik ikon Workbook. - Akses properti bagian dalam kolom distilasi dengan meng-klik ikon Column Runner Tampilan sub-flowsheet kolom adalah sebagai berikut :

41


2. Setelah selesai menampillkan column environment, kembali pada flowsheet utama dengan meng-klik ikon Enter Parent Simulation Environment. 3. Buka PFD flowsheet utama dan pilih Auto Position All pada menu PFD.

42


MENAMPILKAN HASIL 1. Klik ikon Workbook untuk mengakses hasil perhitungan flowsheet utama. Aliran bahan dan komposisi akan tampak sebagai berikut :

Menggunakan navigator objek Untuk membuka navigator, lakukan salah satu aksi sebagai berikut : Tekan F3 Dari menu flowsheet, pilih Find Object Double-klik di setiap ruang kosong pada desktop HYSYS. Klik ikon Object Navigator. Tampilan navigator object adalah sebagai berikut :

Menggunakan buku data (databook)

43


HYSYS memberikan cara yang nyaman untuk mengevaluasi flowsheet lebuh detail. Databook dapat digunakan untuk untuk memonitor variabel kunci pada berbagao skenario proses dan menampilkan hasilnya baik dalam format tabel maupun grafik. 1. Sebelum mengakses databook, tutup navigator object dan tampilan-tampilan properti lain yang dibuka melalui navigator object. 2. Untuk membuka databook, lakukan salah satu aksi sebagai berikut : - Tekan CTRL D - Dari mnenu Tools, pilih Databook. Tampilannya adalah sebagai berikut :

Tugas pertama adalah menambahkan variabel kunci pada databook. Pada tutorial ini, efek dari temperatur reaktor terhadap beban pendinginan reaktor dan produksi propilen glikol akan dianalisa. 3. Pada menu Variables, klik tombol Insert hingga muncul navigator variabel. 4. Pada bagian Object Filter, pilih UnitOps. 5. Pada daftar object, pilih Reaktor. Variabel-variabel yang ada untuk reaktor akan muncul di daftar variabel. 6. Pada daftar variabel, pilih Vessel Temperature dan muncul Variable Description.

7. Isikan dengan Reactor Temp, pada bagian Variable Description, lalu klik tombol OK. Variabel ini akan muncul di dalam databook.

44


8. Untuk menambahkan variabel selanjutnya, klik tombol Insert dan akan muncul navigator variables. 9. Pada bagian Object Filter, pilih Streams. 10. Pada daftar object, pilih Coolant di daftar object..

11. Pada bagian Variable Description, beri nama dengan Cooling Duty lalu klik tombol Add. 12. Untuk variabel berikutnya, yaitu produksi propilen glikol, pilih Glycol pada daftar object. Sementara pada daftar variabel, pilih Liq Vol Flow@std Cond. 13. Pada bagian Variable Description, beri nama dengan Glycol Production lalu klik tombol Add. 14. Klik tombol Close untuk kembali pada tampilan databook. Tampilan lengkap variabel yang telah didefinisikan adalah sebagai berikut :

15. Klik menu Process Data Tables, lalu klik tombol Add. HYSYS akan membuat tabel nama ProcData1 (default). Gantilah nama ini dengan Key Variables.

45


16. Aktifkan masing-masing variabel kunci dengan cara meng-klik cekbox (√) yang tersedia.

17. Klik tombol View untuk menampilkan tabel data yang baru..

Tabel ini akan diakses kembali nanti untuk mendemonstrasikan bagaimana hasil perhitungan terbaru ketika anda melakukan perubahan-perubahan parameter pada flowsheet. 18. Minimize tampilan tabel di atas. Sebelum melakukan perubahan pada flowsheet, anda akan merekam/mencatat angka sebelum dilakukan perubahan dari variabel-variabel kunci di atas. 19. Klik menu Data Recorder pada databook.

46


Ketika menggunakan Data Recorder, sebelumnya anda membuat sebuah scenario yang mengandung satu atau lebih variabel kunci, lalu catat variabel tersebut pada keadaan sebelum dilakukan perubahan. 20. Pada bagian Available Scenarios, klik tombol Add. HYSYS akan menciptakan scenario dengan nama default Scenario-1. 21. Pada bagian Data Recorder Data Section, aktifkan masing-masing variabel dengan meng-klik cekbox pada kolom include.

22. Klik tombol Record untuk mencatat nilai variabel kunci pada keadaan saat ini sehingga tampilan The New Solved State muncul. Beri nama catatan tersebut dengan Base Case, lalu klik OK.

23. Pada bagian Available Display, pilih tombol Table lalu klik tombol View. Tampilan Data Recorder akan muncul dengan nilai variabel pada saat ini.

Sekarang anda dapat melakukan perubahan pada flowsheet dan nilai variabel di atas akan tercatat sebagai nilai permanent kecuali anda memilih untuk menghapusnya. 24. Klik ikon Object Navigator pada Toolbar. Pada bagian Filter, pilih tombol Stream. 25. Pada daftar aliran, pilih Reactor Prods lalu klik tombol View. Tampilan properti aliran ini akan muncul. 26. Pastikan bahwa anda berada pada menu Worksheet, halaman Conditions pada tampilan properti ini. 27. Susunlah agar tampilan Key Variables Data dan property aliran Reactor Prods tampak bersamaan seperti berikut ini.

47


o

o

Saat ini temperatur reaktor adalah 140 F. Variabel kunci akan dicek pada temperatur 180 F. o

28. Pada tampilan Reactor Prods, ubahlah sel temperatur menjadi 180 F. HYSYS akan menghitung kembali flowsheet ini secara otomatis. Hasil terbaru adalah sebagai berikut :

Sebagai dampak dari perubahan, beban pendinginan berkurang dan produksi glikol meningkat. 29. Tutup tampilan properti Reactor Prods dan kembali pada Databook. Sekarang anda dapat mencatat hasil variabel kunci pada kondisi yang baru. 30. Klik menu Data Recorder pada Databook. 31. Klik tombol Record. Berikan nama 180F Reactor pada tampilan The New Sloved State lalu klik OK. 32. Pada bagian Available Display, klik tombol View hingga muncul tampilan Data Recorder yang menampilkan hasil terbaru dari variabel kunci.

48


49


MENGGUNAKAN CASE STUDY Menu ini digunakan untuk memonitor respons steady state dari perubahan suatu variabel kunci (independent variable) terhadap variabel-variabel lainnya (dependent variable). Independent variables akan divariasikan pada nilai-nilai tertentu tergantung pada rentang nilai yang anda spesifikasikan (low and high bound). Sedangkan dependent variable akan dihitung berdasarkan variasi nilai dari independent variable. Hasil dari kalkulasi ini dapat ditampilkan dalam bentuk grafik atau tabel. Contoh case study Anda diminta untuk menampilkan grafik pengaruh temperatur keluaran reaktor terhadap beban pendinginan (cooling duty) dan produksi glikol (masih pada file tutorial-1). Rentang temperatur keluaran reaktor yang hendak dievaluasi o adalah 75 – 135 F. Pada kasus ini, yang bertindak sebagai independent variable adalah temperatur keluaran reaktor (Reactor Prods). Sedangkan dependent variable adalah beban pendinginan dan laju alir Glycol. 1. Buka tampilan Databook dan pastikan bahwa variabel-variabel di atas sudah terdapat dalam bagian Available Data Entries di menu Variables. Jika belum, masukkan variabel tersebut dengan mengklik tombol Insert.

Tampilan menu Variables di atas telah memuat 3 varibel yang akan didefinisikan pada case study ini. 2. Buka menu Case Studies. Klik tombol Add pada bagian Available Case Studies. Beri nama Reactor Prods Temp Effect pada bagian Current Case Study.

3. Klik Reactor Prods – Temperature sebagai Independent Variable dan Cooling Duty serta Glycol Production sebagai Dependent Variable.

50


4. Klik tombol View sehingga muncul tampilan Case Study Setup. Pada menu Independent Variables Setup, isikan o o low bound 75 F, high bound 135 F dan step size 10.

5. Sedangkan pada menu Display Properties, pilih Graph untuk menampilkan hasil dalam bentuk grafik.

6. Klik tombol Start dan biarkan HYSYS menghitung setiap step dari rentang temperatur Reactor Prods yang sudah dispesifikasikan, Setelah selesai melakukan perhitungan, tampilan menu Display Propeties menjadi sebagai berikut :

51


7. Klik tombol Result untuk menampilkan hasil. Grafik pengaruh temparatur keluaran reaktor terhadap beban pendinginan dan produksi glikol adalah sebagai berikut :

8. Pilih Table untuk menampilkan dalam bentuk tabel.

o

Jika high bound dirubah hingga 210 F, maka akan tampak grafik sebagai berikut :

52


53


PRODUKSI GAS SINTESIS DESKRIPSI PROSES

Pada proses pembuatan gas sintesis dibutuhkan empat buah reaktor. Namun pada model simulasi ini memerlukan lima reaktor karena reaksi kesetimbangan dan reaksi konversi tidak bisa ditempatkan pada satu model reaktor. Combustor dibagi menjadi dua reaktor, yakni model reaktor kesetimbangan (equilibrium reactor) dan model reaktor konvesi (conversion reactor). Gas yang alam yang telah dihilangkan sulfurnya (desulfurized) sebagai sumber hydrogen mengalami proses reformasi pada model reaktor konversi (reformer) dengan penambahan uap. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CH4 + H2O  CO + 3H2 konversi = 40% CH4 + 2H2O  CO2 + 4H2 konversi = 30% Udara (sebagai suber nitrogen) ditambahkan pada reaktor kedua dengan laju alir yang diatur sehingga rasio hydrogen : nitrogen pada gas sintesis sebesar 3:1. Oksigen dari udara akan terkonsumsi pada reaksi pembakaran sedangkan nitrogen inert akan mengalir terus ke dalam sistem. Reaksi pembakaran yang berlangsung adalah sebagai berikut : CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O konversi = 100% Penambahan uap memiliki dua tujuan, yaitu untuk mempertahankan temperatur reaktor dan memastikan bahwa metana berlebih dari gas alam dapat terkonsumsi. PAda dua reaktor terakhir adalah water gas-shift reaction dengan resaksi : CO + H2O ↔ CO2 + H2

Laju alir umpan seperti pada tabel sebagai berikut : Nama aliran Temperature (oF) Tekanan (psia) Laju alir molar (lbmole/hr) Komposisi (fraksi mol) CH4 H2O CO CO2 H2 N2 O2

Natural Gas

Reformer Steam

Air

Combustion Steam

700 500 200

475

60

475

520

200**

300**

1 0 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0.79 0.21

0 1 0 0 0 0 0

54


Langkah-langkah simulasi 1. 2.

Tentukan fluid package, reaction set, dan komponen-komponen yang terlibat. Lakukan simulasi steady state dengan unit-unit operasi kunci sebagai berikut : Reformer, yaitu model conversion reactor dimana metana bereaksi dengan uap air menjadi hydrogen karbonmonoksida, dan karbondioksida. Combustor, yaitu model conversion reactor. Shift Reactors, yaitu dua seri model equilibrium reactor.

Reactions Pada kasus ini melibatkan empat buah reaksi sebagai berikut : Reaction view

Type

Menu Stoichiometry

Conversion pada sel ini …….

masukkan …….

Comments

methane (-1) water (-1) CO (1) Hydrogen (3) Base component Methane Rxn phase Vapor phase Conversion 40% CH4 + H2O → CO + 3H2

Reaction view

Type

Basis

Component (stoich. Coeff)

Menu Stoichiometry


masukkan …….

Comments

Methane (-1) water (-2) CO2 (1) Hydrogen (3) Base component Methane Rxn phase Vapor phase Conversion 30% CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2

Reaction view

Type

Basis


Menu Stoichiometry


masukkan …….

Comments

methane (-1) oxygen (-2) CO2 (1) water (2) Base component Methane Rxn phase Vapor phase Conversion 100% CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Reaction view

Type

Basis

Menu Library


Equilibrium pada sel ini ……. masukkan ……. CO + H2O ↔ CO2 + H2

55


Reaction Sets Buatlah tiga set reaksi meliputi : Reformer rxn set Combustor rxn set Shift rxn set

: rxn-1 dan rxn-2 : rxn-1, rxn-2, dan rxn-3 : rxn-4

REFORMER Menu (halaman) Design (connection)

Design (parameters) Worksheet (condition) Reactions (Results) Comments

pada sel ini ……

masukkan …….

Feeds

Natural Gas Reformer steam Vapor outlet Combustor feed Liquid outlet Reformer liq. Energy Reformer Q Optional heat transfer heating o Combustor feed temperature 1700 F Reaction set Reformer rxn set CH4 + H2O → CO + 3H2 CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2

COMBUSTOR Menu (halaman) Design (connection)

Reactions (Results)

pada sel ini …… Feeds

Vapor outlet Liquid outlet Reaction set Rxn-1 conversion Rxn-2 conversion Rxn-3 conversion

masukkan ……. Combustor feed Air Combustion steam Mid combustion Mid liq Combustor Rxn Set 35% 60% 100%

CH4 + H2O → CO + 3H2 Comments

CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

56


SET OPERATION SET operation pada kasus ini digunakan untuk menspesifikasikan tekanan uap dan aliran udara. Sebuah metode alternatif untuk mengeset tekanan uap dan tekanan udara adalah dengan mengimpor tekanan gas alam ke spreadsheet. Kopi nilai masing-masing aliran dan ekspor nilai yang terkopi ke aliran). SET-1 Menu Connections

pada sel ini ……. Target object Target variable Source object

masukkan…… Reformer stream Pressure Natural gas

Parameters

Multiplier Offset

1 0

SET-2 Menu Connections

pada sel ini ……. Target object Target variable Source object

masukkan…… Combustion steam Pressure Natural gas

Parameters

Multiplier Offset

1 0

SET-3 Menu

pada sel ini …….

masukkan……

Connections

Target object Target variable Source object

Air Pressure Natural Gas

Parameters

Multiplier Offset

1 0

SHIFT REACTORS Pemodelan untuk ketika shift reactor adalah equilibrium reactor dimana terjadi reaksi water-gas shift. Masukkan tiga model equilibrium reactor di atas dan masukkan parameter-parameter seperti tabel di bawah ini : Combustion Shift Menu (halaman) Design (connections)

Reactions (details) Comments Shift Reactor 1 Menu (halaman) Design (connections)

Design (parameters) Worksheet (conditions) Reactions (details) Comments

Pada sel ini …… Masukkan …….. Feeds Mid combustion Vapor oulet Shift 1 Feed Liquid outlet Mid combustion liq Reaction set Shift rxn set CO + H2O ↔ CO2 + H2

pada sel ini …….. masukkan …….. Feeds Shift 1 Feed Vapor oulet Shift 2 Feed Liquid outlet Shift 1 Liq. Energy Shift 1 Q Optional Heat Transfer Cooling o Synthesis gas temperature 800 F Reaction set Shift rxn set CO + H2O ↔ CO2 + H2

57


Shift Reactor 2 Menu (halaman) Design (connections)

Design (parameters) Worksheet (conditions) Reactions (details) Comments

pada sel ini ……..

masukkan ……..

Feeds Shift 2 Feed Vapor oulet Synthesis gas Liquid outlet Shift 2 Liq Energy Shift 2 Q Optional Heat Transfer Cooling o Synthesis gas temperature 750 F Reaction set Shift rxn set CO + H2O ↔ CO2 + H2

ADJUST OPERATION Laju alir steam Untuk mengontrol suhu reaktor pembakaran, laju alir steam menuju reaktor tersebut harus dikendalikan. Seperti yang terlihat pada PFD bahwa Combustor dimodelkan oleh dua reaktor yang terpisah, maka suhu pada reaktor equilibrium (combustor shift) menjadi target pengaturan. Feature ADJUST akan digunankan untuk o memanipulasi laju alir Combustion Steam untuk mempertahankan Combustion Shift Reactor pada suhu 1700 F. Menu

pada sel…….

Connections

Adjusted object Adjusted variable Target object Target variable Spec. target value

Masukkan……. Combustion Steam Molar flow Combustor Shift Vessel Temp o 1700 F

Parameters

Method Tolerance Step size Maximum iterations

Secant o 0.1 F 50 lbmole/hr 25

Klik tombol Start untuk memulai pengaturan.

58


Laju alir udara Untuk mengontrol perbandingan molar H2:N2 pada gas sintesis, anda memerlukan perhitungan rasio pada feature spreadsheet dan gunakan ADJUST. Gas sintesis harus memiliki perbandingan H2:N2 sebesar 3:1. Pada spreadsheet, buatlah nama SSRatio dan masukkan variable-variabel berikut : Synthesis Gas Comp Molar Flow of Hydrogen Synthesis Gas Comp Molar Flow of Nitrogen Sel pada spreadsheet (B4) digunakan untuk menghitung rasio H2:N2. Rasio akan dihitung menggunakan format berikut : +‟sel yang mengandung lajualir H2‟/‟sel yang mengandung laju alir N2‟ Masukkan nama variabel pada menu Parameters di sel B4 dengan H2:N2 Ratio. Diperlukan juga untuk membuat „dummy steam‟ untuk mengekspor rasio yang dibuat pada spreadsheet. Buatlah aliran dengan nama Dummy Steam and ekspor rasio ke laju alir molar di Dummy Steam. Untuk mengekspor rasio, pada menu Connections di tampilan spreadsheet, tekan tombol Add Export dan pilih tujuan variabel yang diekspor. Nomor sel yang muncul pada menu Connections adalah nilai yang diekspor. Sekarang anda dapat mengatur laju alir udara sebagai berikut : Menu Connections

pada sel……. Adjusted object Target variable Spec. target value

Parameters

Method Tolerance Step size Maximun iterations

masukkan……. Air Molar Flow Sprdsht-1 Cell (molar flow of dummy steam) 3.05 Secant 0.005 lbmole/hr 39.68 lbmole/hr 20

Klik tombol Start untuk memulai pengaturan. HASIL Neraca Massa

Komposisi aliran 59


Energi

60


STUDI KASUS ….. PROPYLENE – PROPANE SPLITTER

Splitter ini memiliki banyak tahap dan sering dibuat sebagai dua kolom terpisah. Simulasi ini mengandung dua kolom, yaitu Stripper dan Rectifier. Stripper beroperasi selayaknya Reboiled Absorber dengan 94 tahap teoritis. Sementara Rectifier beroperasi selayaknya Refluxed Absorber dengan 89 tahap teoritis. Stripper memiliki dua aliran umpan, yaitu aliran umpan (feed) dan aliran bottom dari Rectifier. Propana keluar melalui Stripper bottom (95%) dan propilen/propena keluar melalui Top rectifier (99%). Aliran umpan (FEED) adalah sebagai berikut : * Vapour frac :1 * Pressure (psia) : 300 * Molar flow (lbmole/hr) : 1350 * Comp Mole Frac (propane) : 0.4 * Comp Mole Frac (propena) : 0.6 Ada dua langkah dasar pada simulasi ini, yaitu : 1. Setup  Property package = Soave Redlich Kwong (SRK) Components = propane dan propene 2. Steady State Simulation  Kasus ini akan melibatkan sebuah kolom yang dibagi menjadi 2 seksi yaitu seksi stripper dan seksi rectifier. SETUP - pilih komponen, yaitu propane dan propena - pilih Property Package , yaitu Soave Redlich Kwong (SRK) STEADY STATE SIMULATION Digunakan Custom Column dimana kedua seksi ini akan dibuat pada satu kolom saja. Aliran Umpan (Feed) - Masukkan aliran umpan di atas pada Main Simulation Environment.

61


Instal Kolom - Klik ikon Custom Column pada Object Palette. Ikon ini akan digunakan untuk membangun dua kolom dalam satu lingkungan kolom. - Klik tombol Starting with a Blank Flowsheet. Double-klik kolom pada PFD untuk membuka tampilan kolom. - Klik menu Flowsheet dan buka halaman Setup. - Pada bagian Inlet Streams, masukkan aliran umpan (Feed) sebagai External Feed Stream yang membuat aliran ini dapat diakses. Pada contoh ini, anda membutuhkan Total Condenser, Reboiler, dan dua Tray Section. Tray Section pertama dan Condenser akan berfungsi sebagai Rectifier (Refluxed Absorber). Tray Section berikutnya dan Reboiler akan berfungsi sebagai Stripper (Reboiled Absorber). Produk atas Stripper merupakan umpan Rectifier sedangkan produk bawah Rectifier merupakan umpan Stripper yang masuk pada tahap - 1. STRIPPER/REBOILED ABSORBER Instal Tray Section - Klik ikon Tray Section pada object palette dan tempatkan pada PFD. - Double-klik ikon tersebut dan muncul tampilan Tray Section Property. Isikan informasi-informasi berikut ini pada tampilan tersebut. Name : Stripper Liquid Inlet : Rectifier Out Vapour Inlet : Boiled Up Vapour Outlet : To Rectifier Liquid Outlet : To Reboiler Optional Feed Streams : Feed (stage 47) Jumlah tahap : 94 Tekanan di tray 1 : 290 psia Tekanan di tray 2 : 300 psia - Tutup tampilan Tray Section. Instal Reboiler - Klik ikon Reboiler pada object palette dan tempatkan pada PFD. - Double-klik ikon tersebut dan masukkan informasi-informasi di bawah ini pada tampilan Reboiler Property. Name : Reboiler Boilup : Boiled Up Inlets : To Reboiler Bottom Outlet : Propane Energy : Reboiler Duty RECTIFIER/REFLUXED ABSORBER Instal Tray Section - Klik ikon Tray Section pada object palette dan tempatkan pada PFD. - Buka tampilan tray section property dan masukkan informasi/parameter-parameter berikut ini. Name : Rectifier Liquid Inlet : Reflux Vapour Inlet : To Rectifier Vapour Outlet : To Condenser Liquid Outlet : Rectifier Out Jumlah tahap : 89 Tekanan di tray 1 : 280 psia Tekanan di tray 89 : 290 psia - Tutup tampilan Tray Section. Instal Total Condenser - Klik ikon Total Condenser pada object palette. - Buka tampilannya dan masukkan informasi-informasi berikut ini. Name : Condenser Inlets : To Condenser Distillate : Propene Reflux : Reflux Energy : Condenser Duty MEMASUKKAN SPESIFIKASI Dua spesifikasi dibutuhkan pada kolom ini, yaitu : 1. Laju alir distilat pada seksi Rectifier (Propene) = 775 lbmole/hr 2. Reflux ratio pada seksi Rectifier = 16 Menambahkan spesifikasi laju alir distilat - Klik tombol Add pada halaman Monitor menu Design. 62


- Pilih tipe spesifikasi yang diinginkan, yaitu Column Draw Rate. Beri nama spek ini Propene dan masukkan nilai 775 lbmole/hr Menambahkan spesifikasi reflux ratio - Klik tombol Add pada halaman Specs menu Design. - Pilih tipe spesifikasi yang diinginkan, yaitu Column Reflux Ratio. Beri nama spek ini Reflux Ratio dan masukkan nilai 16.

HASIL Hasil simulasi adalah sebagai berikut : Aliran Bahan

63


Komposisi Aliran

Aliran Energi

Pada aliran komposisi terlihat bahwa kemurnian propane = 92.12% (dari 95% yang diinginkan) dan kemurnian propena = 98.74% (dari 99% yang diinginkan). Usulkan alternarif perubahan spesifikasi yang dapat diusulkan untuk mendapatkan nilai seperti yang diinginkan.

64

Tutorial Hysys Untuk Mahasiswa(1)

Recommend Documents