BASIC OF SHORT CUT & RIGOROUS COLUMN DISTILLATION SIMULATION IN HYSYS CREATED BY DENNY FIRMANSYAH Email :
[email protected]
EXAMPLE CASE Sebuah larutan yang merupakan campuran dari komponen methanol dan air memiliki laju alir sebesar 1000 kmol/hr tekanan 2 atm dan temperatur sebesar 50 C, Komposisi larutan terdiri dari methanol sebesar 45% dan air sebesar 55% (mol fraksi). Larutan ini akan dipisahkan menggunakan menara distilasi. Produk methanol akan didapatkan di puncak kolom dengan komposisi minimal sebesar 99,5% W dan diharapkan methanol yang terecovery dari umpan sebesar 95% dari umpan masuk. Sekarang bagaimana anda membuat simulasi distilasi dengan menggunakan aspen hysys? Pasti diawal ketika selesai membaca case, akan timbul banyak pertanyaan sebagai berikut: 1. Berapa jumlah stage kolom yang dibutuhkan 2. Umpan masuk pada stage berapa 3. Berapa rasio refluk minimalnya 4. Berapa suhu di puncak dan dasar kolom
SOLUTION Secara umum beberapa pertanyaan tersebut dapat diselesaikan dan terjawab menggunakan teori di bangku perkuliahan salah satu dengan metode MCCABE THIELE menggunakan kurva komposisi dua komponen antara methanol dan air
TETAPI BAGAIMANA JIKA KITA INGIN MENYELESAIKAN MENGGUNAKAN PROCESS SIMULATOR SOFTWARE ASPEN HYSYS?
SHORT CUT DISTILLATION HYSYS Short cut distillation di HYSYS merupakan salah satu tool aplikasi unit operasi pemisahan yang ada di hysys yang sangat berguna di tahap awal dalam menentukan konsisi operasi awal sebelum dilakukan simulasi dengan menggunakan real column distillation. Adapun data-data awal yang dapat diperoleh dari short cut distillation adalah sebagai berikut: Number of stages (jumlah stage) Reflux ratio Feed stage location (lokasi stage feed) Column pressure (tekanan Kolom) End-point temperatures (temperatur End-Point) Product flows and compositions (komposisi dan flowproduk) Note: component spec is an impurity in the product
MASS BALANCE COMP Methanol Water
FEED COMPOSITION Mol flow Mass Flow COMP % Mol (kmol/hr) (kg/hr) Methanol 45% 450 14400.00 Water 55% 550 9900.00
TOP PRODUCT Mol Flow Mass Flow % Mol (kmol/hr) (kg/hr) 99.11% 427.50 13680.00 0.89% 3.82 68.74
%W 99.50% 0.50%
%W 59.26% 40.74%
COMP Methanol Water
BOTTOM PRODUCT Mol Flow Mass Flow % Mol (kmol/hr) (kg/hr) 3.96% 22.50 720.00 96.04% 546.18 9831.26
%W 3.96% 96.04%
SHORT CUT DISTILLATION SIMULATION BY HYSYS
Masukkan terlebih dahulu komponen (methanol, air) & fluid package yang akan digunakan (Peng Robinson)
Setelah memasukkan komponen & fluid package yang akan digunakan, simulasi siap digunakan dengan meng klik “Simulation”
Inilah tampilan awal dari blank simulation, langkah pertama ambil material stream masukkan data sesuai dengan kondisi operasi feed yang ada di soal
Setelah feed stream sudah ok, ambil simbol pallate short cut distillation
Pada bagian kolom component terdapat istilah “light key in bottom” & “heavy key in distillate”. Light key in bottom merupakan fraksi berat (komponen yg memiliki titik didih tinggi) di campuran yang masih terdapat di dalam bottom product. Sedangkan heavy key in distillate merupakan fraksi ringan (komponen yg memiliki titik didih rendah) di campuran yang masih terdapat di dalam top product. Setelah memasukkan data di kolom pressure & component. Maka nilai rasio refluk minimum akan muncul terhitung secara otomatis. Kemudian masukkan external refluk ratio sesuai variabel yang diinginkan misal R=1,5 R min
Pada bagian kolom pressure, masukkan kondisi operasi condenser & reboiler pressure sesuai yang di inginkan. Tetapi perlu diperhatikan P reb > P cond. Supaya uap yang terbentuk dapat naik ke bagian atas kolom , sesuai prinsip aliran fluida. Gas akan mengalir dr P tinggi ke P rendah
Setelah itu coba di klik tab performance maka semua data yang pada awal membuat kita bingung, dapat terjawab. Data yang diperoleh cukup lengkap mulai dari Minimum number tray, actual tray, hingga kebutuhan energy di kondenser dan reboiler dapat diketahui. Data ini akan digunakan untuk simulasi rigorous column distillation
RIGOROUS DISTILLATION SIMULATION BY HYSYS
Masukkan data jumlah tray dan tray feed masuk sesuai dengan data yang di peroleh dari short cut distillation. Kemudian klik tombol next
Diperhatikan pada saat data dimasukkan di akhir kita dapatkan keterangan bahwa simulasi distillation column yang dibuat masih unconverged, artinya masih perlu ada parameter operasi yang dimasukkan
Setelah itu klik spec pada tab design, perhatikan apa yang akan muncul selanjutnya
Pada bagian column specification delete semua terlebih dahulu, perhatikan pada keterangan degree of freedom muncul angka 2. Ini artinya masih ada 2 column specification yang perlu dimasukkan supaya simulasi dapat berjalan. Column specification merupakan parameter operasi yang telah ditentukan di awal saat kita mendesign. Sebagai contoh kemurnian produk atau persentase recovery produk seperti pada soal di bagian awal, ataupun nilai Rasio refluksnya
Tambakan column specifications dengan klik tombol add, adapun parameternya: 1. Reflux ratio 2. Column component recovery 3. Column component ratio
Masukkan column specification “reflux ratio” sebesar 1,5
Masukkan column specification “component recovery” methanol sebesar 95% pada stream top produk
Masukkan column specification “component fraction” methanol sebesar 99,5%W pada stream top produk
Setelah memasukkan tiga parameter column specification, maka akan menimbulkan pertanyaan. Pada slide sebelumnya diketahui bahwa degree of freedomsnya ada 2, artinya kita hanya perlu masukkan 2 parameter. Tetapi nyatanya dimasukkan 3 parameter, artinya degree of freedom menjadi tidak nol dan simulasi tidak dapat diselesaikan. Untuk menjawab pertanyaan tsb, mari buka slide selanjutnya
Setelah itu di klik monitor maka akan muncul tampilan sebagai berikut Perhatikan di bagian specification telah ada 3 column specification yang telah kita masukkan sebelumnya. Perhatikan kotak check list active dan estimate. Active dan estimate memiliki perbedaan, untuk estimate nilai tersebut hanya sebagai estimasi awal dan tidak diharuskan untuk tercapai, sedangkan active artinya nilai parameter tersebut akan tercapai
Sekarang mari kita mulai beralah dari operator process simulator menjadi process engineer. Lakukan dua skenario operasi: 1. Check list active untuk reflux ratio dan comp fraction, serta estimae untuk comp recovery 2. Check list active untuk comp recovery dan comp fraction, serta estimate untuk reflux ratio Perhatikan perbedaan apa yang terjadi setelah kita klik tombol run di kedua skenario tersebut
SIMULATION SCENARIO 1
SIMULATION SCENARIO 2
RANGKUMAN Ternyata ada perbedaan hasil simulasi antara skenario 1 dan skenario 2, perhatikan dengan seksama kebutuhan energi di reboiler dan kondenser. Kenapa terjadi perbedaan tersebut dan bagaimana pengaruhnya terhadap parameter column specificationserta hubungan antara satu parameter dengan parameter lain
SELAMAT MENCOBA
