BAHAN AJAR
PERANCANGAN PROSES TEKNIK KIMIA
Dosen : Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PERTEMUAN 1 - 2 RUANG LINGKUP PERENCANGAN PROSES
Perencanaan proses (process design) yang digambarkan disini kadang-kadang, disebut sebagai “process engineering”. Karena pada beberapa operasi perencanaan proses semua fungsi perencanaan proses mungkin tidak detail. Process design disini mencakup : 1. Pengembangan siklus proses, hubungan dari pilot atau data penelitian dan hubungan data fisik. Pengembangan siklus proses tidak terlepas dari hubungan data pilot plant, penelitian dan data fisik bahan – bahan yang dipakai dan dihasilkan dalam siklus yang dibuat. Ini memerlukan analisa dan analogi atas berbagai data yang digunakan sebagai referensi pengembangan siklus proses. Serta applikasi dari berbagai prinsip proses produksi. Kombinasi dari data yang digunakan harus menghasilkan perencanaan siklus proses yang seimbang dari sisi massa, panas, keselamatan personal/lingkungan, mudah dioperasikan, stabil serta ekonomis. 2. Keseimbangan materi dan panas proses. Perencanaan proses harus menentukan dan menetapkan dengan jelas dan ringkas kesetimbangan massa dan panas atas siklus proses yang direncanakan. Ini mencakup bahan baku dan bahan kimia pembantu serta utilitas yang dipakai, katalis, produk yang dihasilkan, hingga dengan mudah dapat diperoleh gambaran effisiensi penggunaan bahan – bahan yang digunakan serta energi. 3. Pelayanan material dan neraca panas. Mencakup supplai bahan – bahan yang dipakai dan energi panas dalam siklus proses yang direncanakan. Ini juga mencakup penyimpanan bahan baku, pembantu, intermediat dan bahan recycle. 4. Pengembangan flowsheet dan penyelesaian yang detail. Mencakup pembuatan diagram yang dapat memberikan penjelasan singkat atas siklus proses yang direncanakan. Mulai dari dari diagram balok, diagram alir balok, diagram alir proses, diagram alir instrumen proses. Diagram – diagram ini dapat digunakan untuk mengambarkan; mengambarkan siklus proses yang direncanakan secara sederhana mengambarkan neraca massa & energi mengambarkan effesiensi pengunaan bahan baku/pembantu & energi mengambarkan effisiensi produk dan daur ulang basis membuat prosedur kerja basis mengurut perbaikan suatu masalah (traced back of the problems) dalam operasi
basis perencanaan ulang siklus proses, sebagian atau menyeluruh serta menjadi referensi ; * waktu, * jumlah tenaga keja * purchasing of equipments (pembelian peralatan) * koordinasi antar disiplin bidang keahlian * persiapan peralatan untuk memulai proyek * monitoring tingkat kesiapan proyek * monitoring kelengkapan peralatan yang dipasang dalam suatu proyek * monitoring proses yang sedang dilakukan. dalam pembangunan pabrik atas suatu siklus proses yang direncanakan. 5. Performa perencanaaan teknik kimia untuk alat-alat spesifik yang dibutuhkan untuk suatu flowsheet dan interpretasi alat-alat mekanik untuk kepentingan praktis dengan alasan yang spesifik. Bagian ini mencakup penentuan spesifikasi peralatan yang diperlukan secara spesifik (dalam suatu siklus proses yang spesifik pula), yaitu bentuk, dimensi, berat, spesifikasi bahan alat yang digunakan. Semua disesuaikan dengan kondisi spesifik yang ditentukan dalam siklus proses yang direncanakan. Spesifikasi alat yang digunakan harus mengutamakan keselamatan dalam siklus proses, operasional, manusia dan lingkungan. 6. Instrumentasi yang berhubungan dengan performa proses atau presentasi dan interpretasi atas hal-hal yang perlu bagi tenaga ahli instrument. Dalam perancangan proses, skope juga mencakup pemilihan, penggunaan dan penentuan alat – alat instrument (indikator parameter kontrol, recorder, unit alat pengendali manual dan otomatis) yang diperlukan dalam siklus proses yang direncanakan. Hal ini untuk mendukung performa operasi, kontrol dan monitoring proses, menyelesaikan masalah proses/human error. Alat – alat ini diperlukan untuk kemudahan dan keamanan operasional, meningkatkan effesiensi siklus proses/ monitoring dan control. Perancangan alat ini dalam siklus proses akan memudahkan koordinasi/komunikasi antar bagian proses dengan bagian instrument, dalam menganalisa dan menyelesaikan masalah proses yang terkait alat – alat juga human error, simulasi proses, perbaikan/ penggantian/merancanh ulang alat – alat instrument pada bagian tertentu dari siklus proses, yang perlu bagi ahli instrument. 7. Interpretasi proses untuk struktur mekanika, sipil, listrik, instrument dan sebagainya yang tepat, menangani phase individual yang perlu untuk proyek. Perancangan proses juga mencakup struktur pondasi yang diperlukan seluruh bangunan pabrik, individual equipment seperti pompa, kompressor, blower, reaktor, kolom distillasi atau fraksinasi, evaporator, tangki penyimpan (storage tanks) bahan baku, pembantu, intermediate
atau produk. Skope ini menuntut koordinasi bagian perencana siklus proses dengan bagian mekanik, sipil, listrik dan instrument untuk mengatur phase tertentu dalam proyek pembangunan dan pemasangan semua kelengkapan suatu siklus proses yang direncanakan, terutama yang menyangkut pekerjaan yang berpotensi besar tumpang tindih, agar proyek tidak terlambat dan tidak boros. Basis penjadwalan (scheduling) proyek. 8. Persiapan atas spesifikasi pada format yang tepat atau detail untuk digunakan oleh team proyek. Perencana proses harus merencanakan dengan detail segala aksesories yang diperlukan dalam merancang silklus proses, yang terkait perpipaan, alat – alat transporatsi fluida, reaktor, berbagai separator (fluida- fluida, fluida - gas, partikel, campuran fluida - partikel, campuran padat – padat), berbagai penyimpan (storage tanks, vessel receiver, intermediate vessel process). Termasuk dalam hal ini specs detail semua peraltan yang digunakan (bahan konstruksi, dimensi kapasitas, berat dsb). Semua dituangkan dalam suatu form yang khusus yang dapat dipedomani oleh berbagai bidang keahlian yang bergabung dalam satu team proyek. 9. Evaluasi dan rekomendasi vendor yang bermutu. Skop perancangan process juga bertugas untuk mengevaluasi dan mencari rekomendasi beberapa vendor yang bermutu untuk membantu dalam perancangan siklus proses. Dalam arti mencari beberapa refferensi yang bisa digunakan sebagai bagian dari pertimbangan pada sebagian perencanaan siklus proses dan seperti mesupplai alat – alat yang sesuai dengan spesifikasi peralatan yang direncanakan pada siklus proses yang dibuat, seperti steam traps, controllers, indicators, recorders, reaktor, receiver vessels, storage tanks, separators. Hal ini disebabkan tidak semua perancang proses dalam bentuk perusahaan memproduksi semua peralatan yang diperlukan untuk siklus proses yang direncanakan. Gambar 1 dan 2a dan 2b di bawah ini diharapkan dapat membantu untuk memahami semua penjelasan ringkas yang telah disampaikan di atas. Perancangan proses tidak hanya sekedar merancang siklus proses. Diagram Balok untuk perencanaan proses, penjadwalan dan diagram alir Pembuatan Blended Asam Stearat (BSA) Crude Palm Oil Treatment and Hydrolysis
Fatty Acids Hydrogenation
Fatty Acids Distillation
Fatty acids fractionation
99,9 % H2 30 bars +Ni+ BE
Recycling
Gambar 1. Diagram balok alir pembuatan BAS
shipment Isotanks
Amonia Process Low temperature Clean –up of Refinery gas
3500 psi
99.9 % H2
99 % + N2 Iron Air separation
Compression n
or 5000 psi
Reactions, Cooling, Condensing, Separation
Low temperature Clean –up of Refinery gas
shipment
Recycle Compression
Catatan : dengan konsep diagram balok, derajat detail dapat bervariasi untuk disesuaikan dengan tujuan penggunaan. Gambar 2a. Diagram balok alir pembuatan amonia (Ernest & Ludwig) Pembuatan asam lemak terhidrogenasi (hydrogenated fatty acid)
Gambar 2b. Diagram balok alir pembuatan asam lemak terhidrogenasi
PERTEMUAN 3-5 TIPE DIAGRAM ALIR PROSES
Flowsheet, adalah roadmap suatu proses dan melayani untuk mewujudkan dan fokus pada proses untuk semua hubungan dan gabungan fungsi proyek sebagai suatu proyek yang sedang berlangsung. Para sarjana dari berbagai latar belakang pendidikan teknik dapat membaca porsi tanggung jawab masing-masing dari flowsheet, walaupun mereka kemungkinan tidak mengerti tentang proses atau detail beberapa proses lain dari enginering. Disini process engineer dan/atau project engineer melayani untuk bekerja bersama pada segmen-segmen kerja yang diperlukan. Ini sering menunjukkan penjelasan yang jelas memuaskan untuk mendapatkan / menyediakan kelompok-kelompok lain guna memperoleh gambaran yang jelas atas sasaran dan masalah-masalah yang berhubungan dengan upaya mendapatkannya. Flowsheet atau diagram alir selain berguna menjelaskan atau memahami prosesproses juga memanage hal-hal yang terkait dengan persiapan studi ekonomi atas proses yang dievaluasi. Suatu flowsheet proses yang baik yang disajikan secara pictorial dan grafik khusus menjelaskan langkah-langkah proses kimia pada squens yang tepat. Ini dilakukan untuk menggambarkan hal – hal yang penting secara detail dan lengkap atas suatu interpretasi yang tepat dari suatu bahan kimia pada siklus proses yang direncanakan. Pembuatan dan pemahaman diagram alir suatu siklus proses dilatar belakangi oleh beberapa alasan penting, seperti : Memperoleh keuntungan bersifat rumit melibatkan bahan – bahan kimia yang bersifat racun, korosif, reaktifitas tinggi dan beroperasi pada suhu dan tekanan tinggi. menghidari atau menekan kesalahan manusia atau human error meningkatkan effisiensi monitoring dan kontrol operasi siklus proses dan dampak lingkungan. meningkatkan komunikasi antar bagian yang terlibat dalam siklus proses untuk perbaikan dan pengembangan proses dan keselamatan kerja dan lingkungan. Salah satu tool yang dipakai untuk meningkatkan komunikasi dalam memahami, membuat
basis,
menyelesaikan
masalah,
memonitoring,
merancang,
merevisi/megembangkan, effisiesi suatu siklus proses, adalah melalui diagram alir. Beberapa Tipe Flowsheet 1. Diagram Alir Balok , seperti ditampilkan pada Gambar 1dan 2 di atas. Diagram balok digunakan sebagai dasar utama atau basis konsep pengolahan tanpa penjelasan yang detail. Diagram balok tidak menjelaskan bagaimana suatu langkah proses
dibuat/dicapai, tetapi secara garis besar hanya menggambarkan apa yang dilakukan dalam siklus proses. Diagram ini sering digunakan dalam menggambarkan : hasil survey kepada managemet, ringkasan hasil penelitian langkah-langkah proposal berbicara tentang suatu ide pengolahan Pada Gambar 1, 2, 3 dan 4 dapat dilihat beberapa diagram balok beberapa siklus proses yang digunakan untuk presentasi pada management, membantu menjelaskan illustrasi basis siklus aliran proses yang dibuat dan/atau direncanakan. Asam palmitat, C16 = 99 % Fatty Acids
Umpan C16-18 (50 : 50)
Distil lation
Asam stearat, C18 = 99 %
Gambar 3. Diagram balok alir proses pembuatan asam palmitat dan stearat Catatan : Menggambarkan siklus pemisahan C16 dan C18 dari C16-18 (komposisi 50:50) dengan neraca massa tersirat. Naraca massa yang bisa dipahami dengan mudah oleh process engineer
Pembuatan Asam Oleat
CPO
Hydrolysis
Fatty Acids Crystallitation on
Fatty Acids Distillation
shipment Isotanks
Hydrogenation Recycling Catatan : Diagram balok sebagai proporsal untuk alternatif siklus proses atau siklus proses pembuatan asam lemak.
Gambar 4. Diagram balok alir pabrik pembuatan asam oleat Gambar 3 merupakan diagram balok tunggal yang menjelaskan diskripsi proses tunggal pembuatan asam lemak C16 dan C18 dari umpan asam lemak C16-18 dengan distillasi fraksinasi secara garis besar. Pada dasarnya siklus proses terbentuk dari sejumlah proses tunggal membentuk diagram balok ganda, seperti ditampilkan pada Gambar 1, 2 di atas dan Gambar 4 di bawah. Namun tidak berarti diagram balok yang terdiri dari 1 balok mencerminkan diagram balok tunggal, bisa juga menggambarkan diagram balok ganda. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2 balok 1 yang bisa terdiri dari degumming, bleaching dan hidrolisa CPO yang dapat membentuk proses ganda. Di sini dituntut pemahaman siklus proses. Personal belatar belakang process engineering diharapkan
dapat dengan mudah memahami hal ini. Demikian pula untuk memahami neraca massa yang bisa dipahami pada Gambar 3 di atas. Diskripsi ringkas Gambar 1 dapat dibuat sbb : memproduksi produk atas asam lemak dengan mutu (C16 = 99,0; C18 = 1 %) dan produk bawah asam lemak dengan mutu (C18 = 99,0 %; C16 = 1 %) dari umpan asam lemak C16-18 (50 : 50) melalui proses distillasi fraksinasi. Untuk tiap 1000 kg/jam umpan dapat diproduksi produk atas dan produk bawah masing – masing 500 kg/jam.
Informasi tentang nama, mutu bahan baku dan produk serta effisiensi pemisahan dapat dipahami dari Gambar 3. Informasi lain yang dapat ditarik dari Gambar 3, adalah tersirat. Misalnya cara pemenuhan bahan baku, menyimpan bahan baku dan produk, kondisi pemisahan yang dapat dilihat secara pendekatan dari sifat – sifat fisika dan kimia bahan dan produk yang terlibat dalam siklus proses ini, tidak detail. Diagram ini utamanya menjelaskan proses ringkas pembuatan asam palmitat dan stearat dari asam lemak C16-18 dengan distillasi fraksinasi. Informasi lainnya harus digambarkan pada tipe diagram yang lebih komplit yang akan di bahas pada halaman berikutnya. Diagram balok selain menggambarkan unit proses pada tiap balok sebagai ciri khasnya, beberapa keterangan yang umum dipakai dalam menggambarkan siklus proses secara garis besar, adalah : dilengkapi over all neraca massa sederhana, relatif tidak lengkap dan masih membutuhkan penjelasan lebih lengkap khususnya bagi personal yang belatar berbeda dengan process engineer. Sangat relatif dilengkapi kondisi operasi sederhana pada unit operasi terkait, namum relatif lengkap pada unit utama yang akan didiskusikan, khususnya jika hendak digunakan pada diskusi detail untuk merevisi kondisi operasi dalam rangka diversifikasi bahan baku atau produk, peningkatan safety atau dalam rangka memberikan penjelasan pada management tentang perubahan siklus proses, terkait problem solving siklus proses, sekali lagi secara garis besar. 2. Diagram pictorial Diagram pictorial digambarkan dengan tujuan yang sama dengan penggambaran diagram balok dalam menggambarkan diagram alir. Perbedaan mendasar terletak pada penggambaran pada tiap unit operasi pada diagram pictorial. Jika pada diagram balok unit proses digambarkan dengan balok, maka pada diagram pictorial digambarkan sesuai dengan simbol spesifik peralatan utama yang digunakan. Arah aliran urutan proses ditandai dengan tanda panah. Penggambaran simbol spesifik peralatan utama berbasis simbol yang umum digunakan untuk menjelaskan maksud proses yang sama. Jadi sedikit lebih terikat. Dengan diagram ini dapat diketahui secara mendasar visualisasi alat utama yang digunakan untuk mejelaskan unit proses terkait. Pada Gambar 5 dan Gambar 6 dapat diperhatikan contoh diagram pictorial dalam menjelaskan siklus proses secara garis besar juga. Gambar 4 dalam bentuk 2 dimensi dan Gambar 5 dalam bentuk 3 dimensi. Pembuatan gambar ini sedikit lebih rumit dari diagram balok
dan memerlukan keahlian lebih dibandingkan dengan penggambaran siklus proses dengan diagram balok.
Gambar 4. Diagram alir pictorial untuk prinsip operasi ; recovery phospate (Ernest)
Gambar 5 Diagram alir pictorial kunci tahap pengolahan pembuatan (Ernest)
Gambar 6. Gambar Lay out Pictorial (Ernest)
Prinsip diagram Pictorial dapat juga digunakan untuk menggambarkan lay out pabrik, seperti ditunjukkan pada Gambar 6 di atas. 3. Flowsheet proses atau Diagram Alir Proses (Process flow diagram or PFD) Digunakan untuk menggambarkan neraca massa dan panas suatu siklus proses dengan tanda/penjelasan yang spesifik atau lebih detail dijelaskan tentang kecepatan aliran, suhu dan tekanan untuk setiap bagian peralatan atau langkah proses. Bisa juga digambarkan dalam bentuk diagram alir balok atau block flow diagram (BFD). Pada diagram alir proses atau flow sheet process unit peralatan proses digambarkan dengan simbol standar yang umum dipakai dalam industri (informasi peralatan) dengan keterangan lokasi, interaksi dan alur - alurnya. Simbol – simbol standar ini diberikan secara khusus pada bagian halaman pertama pada paket flow sheet suatu siklus proses, yang dikeluarkan suatu vendor. Terdapat sedikit perbedaan atas beberapa simbol – simbol ini dikeluarkan oleh vendor yang berbeda untuk memberikan penjelasan ringkas yang sama. Diperlukan konsistensi menggunakan simbol – simbol yang dipakai dari suatu vendor, sepanjang konsisten tidak menjadi masalah. Pada diagram ini juga digambarkan pelayanan utilitas pada suatu proses, steam, air, udara, fuel gas, refrigerasi, circulation oil, gas nitrogen, dan sebagainya. Tipe flowsheet ini tidak perlu dibuat pada gambar yang sama pada flowsheet perpipaan yang dijelaskan berikut pada point (3, 4, 5,6). Penomoran peralatan menggunakan format umum : XX –YZZ - A/B, dimana : XX = huruf identifikasi untuk klarifikasi jenis peralatan yang dipakai; Y = angka yang menyatakan bagian atau area proses pada suatu pabrik; ZZ = nomor urut peralatan berdasarkan jumlah dan A/B = kode alat tang alat paralel atau back up. Diskripsi peralatan secara umum dibuat di atas diagram alir. Perhatikan Gambar 7 di bawah untuk penomoran peralatan yang dipergunakan dalam diagram alir.
Penomoran Alat – alat yang dipergunakan dalam diagram alir shipment
CPO
Seksi - 1
Seksi -3
Seksi -4 Isotanks
Seksi - 2 Seksi -5 Catatan : Diagram balok sebagai proporsal untuk alternatif siklus proses atau siklus proses pembuatan asam lemak.
Gambar 7. Illustrasi urutan penomoran bagian atau area pabrik untuk mengisi Y pada format penomoran Huruf identifikasi untuk klarifikasi jenis peralatan yang dipakai berupa huruf besar yang terdiri dari relatif 2 huruf boleh juga 1 huruf, tergantung mana yang dipakai asal konsisten tidak menjadi masalah. Tiap vendor punya style yang berbeda dalam hal ini. Huruf yang merupakan ringkasan nama peralatan yang dipakai dsb, tergantung pada vendor pembuat. Sepanjang diberikan keterangan tentang arti dan kepanjangan ringkasan pada halaman pertama (Legend) pada paket flow sheet juga tidak bermasalah. Sebagai contoh : E = exchanger P = pump V = vessel untuk identifikasi 1 huruf atau EX = exchanger PS = pump VS vessel untuk identifikasi 2 huruf.
Singkatan huruf yang sama harus dihindari untuk
menerangkan alat yang berbeda. Lihat beberapa identifikasi XX pada Tabel 1 di bawah. Tabel 1A. Beberapa ringkasan huruf yang digunakan untuk penomoran peralatan proses Alat – alat proses XX huruf identifikasi untuk klasifikasi peralatan Pompa PS atau P Alat penukara panas (Cooler, EX atau E Condenser, heater, reboiler) Vessel VS atau V (intermediate tank, flash distiller, reflux receiver) Reaktor RC atau R Kolom distillasi CD atau C Tangki penyimpan TF atau T Filter FT atau F Kompressor CR atau C Burner BT atau B Filter bag PF atau P Pada Gambar 7 di atas Seksi 1 menyatakan bagian atau area pabrik Hidrolisa CPO, Seksi 2 bagian atau area pabrik hidrogenasi asam lemak dari hidrolisa, Seksi 3 bagian atau area pabrik kristallisasi asam lemak dari hidrolisa, Seksi 4 bagian atau area pabrik Distillasi asam lemak dari bagian kristallisasi dan hidrogenasi dan Seksi 5 bagian atau area pabrik untuk mengolah asam lemak yang bisa diolah ulang (recovered). Penomoran Y boleh juga 2 angka, misalnya 52, 53, 60, 61, 71, 80 dsb. Seksi – seksi inilah yang dimaksud dengan kode Y pada aturan penomoran di atas. Kode penomoran awal ini boleh satu atau dua atau tiga angka, tergantung sistim urutan yang akan
dibuat sebagai awalnya, misalnya 1, 10, atau 100. Dengan memilih awal penomoran, maka penomoran bagian atau area pabrik lainnya berikutnya dibuat sebagai 2, 11, 101 dst. Jadi jika pompa umpan yang memindahkan CPO ke bagian atau are proses hidrolisa merupakan alat pertama yang diidentifikasi sebagai alat ke -1 dan hanya satu pompa direncanakan, maka A, adalah 1 atau 01 atau 001, tergantung sistem penomoran yang dipakai. Dengan demikian nomor pompa yang diberikan, adalah P 1 – 1 atau P 1 – 01 atau P 10 – 1 atau
Gambar 8. Simbol – simbol alat yang umum dipakai pada pembuatan diagram alir proses (Ernest)
P 10 – 01 atau P 100 – 1 atau P 100 – 01 atau PS 1 – 1 atau PS 1 – 01 atau PS 10 – 01 atau PS 100 -1 dan PS 100 - 01 , tergantung sistem penomoran yang dipilih untuk dipakai. Pompa kedua yang direncanakan setelah pompa ini diberi nomor P 1 – 2 atau P 1 – 02 atau P 10 – 2 atau P 10 – 02 atau P 100 – 2 atau P 100 – 02 atau PS 1– 2 atau PS – 02 atau PS 10 – 02 atau PS 100 -2 dan PS 100 – 02. Simbol pompa yang diberikan pada diagram alir disesuaikan dengan jenis pompa yang dipilih dalam rancangan demikian pula untuk alat alat – alat yang lain. Perhatikan Gambar 8a di atas, Gambar 8b dan Gambar 8c di bawah dapat diperhatikan tentang beberapa simbol – simbol alat yang dipakai pada pembuatan flow sheet proses.
Gambar 8b. Simbol – simbol alat yang umum dipakai pada pembuatan diagram alir proses (Ernest)
Gambar 8c. Simbol – simbol alat yang umum dipakai pada pembuatan diagram alir proses (Ernest)
Pada Gambar 9, 10, 11 bisa diperhatikan contoh beberapa flowsheet yang hasilkan oleh beberapa vendor yang berbeda.
Catatan; diagram alir proses yang menggambarkan siklus proses fraksinasi asam lemak, lengkap dengan kondisi operasi, neraca massa & panas umpan, produk & utilitas pada alat yang dipakai, simbol alat – alat yang dipakai, dan nama alat – alat. Nama dan mutu umpan & produk tidak diidentifikasi secara rinci (sebaiknya dirinci) juga tidak digambarkan alat – alat kontrol utama. Ini tidak memerlukan tabel terpisah untuk menunjukkan neraca massa, panas, kondisi dan mutu, karena diagram ini tidak kompleks.
Gambar 9. Keseimbangan massa dan panas pada diagram proses distillasi asam lemak. Kebutuhan massa dan panas yang diperhitungkan dengan baik (Ernest). Diagram flowsheet ini menjadi basis memahami suatu siklus proses yang sangat mendukung diantaranya; kegiatan pelatihan untuk memahami, dasar problem solving, sistem kendali, monitoring dan koordinasi terkait siklus proses.
Catatan; Diagram alir proses yang menggambarkan siklus proses minyak dan lemak, lengkap dengan utilitas pada alat yang dipakai dan simbol alat – alat yang dipakai. Nama dan mutu umpan & produk tidak diidentifikasi/dirinci (sebaiknya dirinci) juga tidak digambarkan alat – alat kontrol utama dan tidak ada penomoran alur proses. Ini memerlukan tabel terpisah untuk menunjukkan neraca massa & panas, kondisi dan mutu. Diagram alir ini termasuk sederhana.
Gambar 10. Diagram alir sederhana hidrogenasi minyak dan lemak (Hydise).
Catatan ; diagram alir dari siklus proses yang sedikit lebih lengkap atas utilitas pada alat yang dipakai, simbol alat – alat yang dipakai, dan nama alat – alat, kondisi operasi, beberapa katup kontrol manual, neraca massa & panas, mutu umpan & produk dilampirkan pada tabel terpisah (pada angka sesuai urutan nomor pada diagram alir, tidak ditunjukkan di sini), karena tidak cukup pada halaman diagram ini.
Gambar 11. Style diagram alir yang berbeda pada proses produksi benzen via hidroalikilasi toluen (Richard).
Gambar 12. Beberapa simbol alat yang dipakai untuk diagram alir pada Gambar 11.
4. Diagram alir dan instrument proses atau Process flow instruments diagram (PFID) Diagram ini menggambarkan siklus proses lengkap dengan beragam simbol spesifik alat alat proses (dari alat – alat terkecil hingga alat – alat utama), beragam aksoseris pada berbagai alur proses yang berurut, berupa indikator/recorder & alat – alat sistem kendali (katup manual dan control valve) parameter – paremeter proses, sambungan/drain/flushing perpipaan/vessel vessel/tangki - tangki, hubungan alat – alat instrumen & kendali proses dengan alat – alat utama,
alat – alat safety proses, bahan konstruksi serta dimensi alat – alat, insulasi dan jenisnya, pemanas jalur perpipaan & koneksi alat – alat instrumen & vessel, serta lokasi alat - alat yang dipergunakan untuk kendali dan monitoring, utilitas dan hubungannya dengan bagian utilitas proses serta pengolahan limbah yang dipakai dalam perancangan siklus proses yang direncanakan. Beberapa vendor menunjukkan lokasi peralatan yang dipakai secara garis besar. Keterangan berbagai simbol spesifik untuk PFID ini juga disediakan pada halaman pertama paket diagram alir proses yang direncanakan oleh suatu vendor pabrik. Semua aspek mekanik ditampilkan dalam diagram alir ini kecuali suhu, tekanan dan aliran bahan, struktur pondasi, dan panjang pipa. Diagram ini dipergunakan untuk beberapa fungsi yang amat penting pada pembangunan pabrik, pelatihan personal proses dan solving problems (penyelesaian masalah proses), seperti : Acuan untuk process engineer dalam memulai dan mengontrol pembangunan pabrik Panduan bagi penanggung jawab perancangan akhir dan konstruksi, bagi civil dan mechanical engineer untuk memasang pondasi dan konstruksi pondasi alat – alat yang membutuhkannya, bagi instrument engineer untuk memasang dan memeriksa sistem kendali dan bagi project engineer untuk penjadwalan dan konstruksi proyek pembanguan siklus proses. Alat pelatihan bagi personal proses atau produksi dalam memahami siklus proses, monitoring dan mengontrol kondisi siklus proses secara normal. Alat untuk analisis penyelesaian masalah proses, pengembangan dan modifikasi siklus proses. Alat untuk pembelian peralatan.
Gambar 13, Gambar 14, dan Gambar 15 (Scan dari Ecogreen ttg Falco). berikut dapat diperhatikan untuk membedakan diagram ini dengan Process flow diagram (PFD). Ketiga gambar ini dapat diperhatikan perbedaannya dan masing – masing dapat dipergunakan sebagai basis membuat PFID. Perbedaan dapat diperhatikan pada lay out penulisan ringkasan nama alat, sistem penomoran dan penamaan peralatan, letak atau keterangan tentang neraca massa, style simbol peralatan yang dipakai oleh masing – masing vendor.
Gambar 13 Diagram alir Splitting minyak dan lemak (versi Inter oleo Technology Sdn Bhd)
Gambar 14 Diagram alir distillasi asam lemak (versi Feld and Hahn)
Gambar 15 Fatty alcohol post hydrogenation (versi Lurgi GmbH)
5. Petunjuk pengaturan umum pembuatan flow sheet proses Tiap pase dari proses sangat direkomendasikan dibuat flowsheet tersendiri yang menyangkut tenaga listrik, fuel gas, saluran buang dan bamyak lagi kebutuhan sistem, sangat direkomendasikan dibuat flow sheetnya secara individu, terpiasah. Semua harus dilengkapi dengan semua jalur – jalur utama. Titik – titik cabang untuk penggunaan, sambungan (tie in) pada titik titik sambung yang diketahui dsb. Hanya dengan cara ini semua keputusan dapat sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan untuk berbagasi bagian kontribusi yang berhubungan dengan proyek. Masternya proyek ataau flow sheet diagram alir mekanik harus berisi acuan spesifik pada sheet yang lain untuk kelanjutan dari koordinasi yang detail dan lengkap. Ukuran flow sheet mungkin sangat berbeda bergantung pada basis penggunaannya tersendiri. Sistim yabng paling umum memakai ukuran sheet 24 x 26 inchi untuk semua flow sheet. Untuk keperluan study awal ukuran sheet bisa 24 x 60 inchi atau 24 x 72 inchi, berbentuk gulunagn, tetapi ini sulit disimpan dalam rak dan sulit dihandle. Ukuran sheet bisa diperkecil jadi 11 x 36 inchi dan lebih meyakinkan bekerja dengan sheet ukuran ini. Karena flow sheet merupakan referensi utama untuk semua engineer yang bekerja pada suatu proyek, flow sheet harus mengandung semua kondisi, data, hubungan aliran, venting, buangan dsb yang dapat dimasukkan secara logis, tanpa bingung dan sulit membacanya. Penting diingat, bahwa berbagai item dari suatu peralatan dan katup dipasang digambarkan seacar Pictorial dan ukurannya mudah dibacam dimengerti dan terurut. Gambar ini
dibuat berkesan cantik untuk diliohat sehingga menjadi menarik untuk dilihat dan mempermudah memperoleh pengertian yang disampaikan dalam flow sheet itu. Dengan menggunakan skala gambar akan terlihat secara proporsional.. Simbol – simbol flow sheet Untuk mengurangi keterangan tertulis yang detail pada flow sheet biasanya para praktisi mengembangkan atau mengadopsi satu set simbol dan kode untuk penggunaan. Simbol – simbol standar telah dikembangkan berbagai professional yang bervariasi untuk kebutuhan khususu mereka. Kebanyakan hal ini diadopsi dari ANSI (American National Standard Institutes).
Simbol jalur pada flow sheet Ada dua tipe garis pada flow sheet, antara lain adalah 1. Menggambarkan jalur keluar dan detail peralatan, instrument dsb 2. Menggambarkan pipa proses atau cairan utilitas, solid atau uap dan listrik atau sambungan instrument. Lihat Gambar.
Gambar 16 Simbol jalur dalam flow sheet (Ernest)
Untuk menggambarkan tipe basis dari larutan yang mengalir dlam suatu jalur, singkayan atau kode jalur dapat dikembangkan untuk tiap proses. Sejumlah kode – kode khusu, adalah RW – river water TW – treated water SW – sea water CW – chilled water or cooling water dsb Kadang – kadang perlu untuk menambah singkatan awal dengan simbol L untuk menunujukkan bahwa penandaan adalah untuk jalur dan bukan untuk vessel atau instrument. Penandaan biasanya lengkap mengandung hal – hal sbb : 1. ukuran jalur 2. Kode material
3. Urutan nomor Contoh : 2” – CL – 6 atau 2 – CL – 6 3” – CL – 6a atau 3 – CL – 6a 3” – CL – 7 atau 3 – CL – 7 16” – P – 50 atau 16 – LP – 50 Beberapa engineer mengatur ulang urutan kode kondisi informasi yang ada sexara esensial sama. Urutan jalur diatur sesuai ketepatan dimulai dari (1) atau 100 untuk tiap penandaan fluida (CL, P dsb). Jika urutan nomor hanya untuk koordinasi semata, nomor tidak ada tanda khusus. Itu oerlu memulai penomoran pada flow sheet pertama dan dilanjutkan secara berurut pada sheet berikut. Terkadang ini mungkin saat beberapa detailer sedang mempersiapkan sheet yang berebeda – beda, sehingga tiap sheet bisa dimulai dengan nomor awal 100, 300, 1000 dsb. Walaupun uruatan nomor nungkin berubah karean jalur disambung dari satu alat ke alat lain. Ini menjadi kesepakatan menggunakan konsep sistem dan menggunakan awalan/akhiran alphabet untuk mempersiapkan urutan nomor, seperti ditunjukkan pada Gambar 17. Ini sangat berperan pada kesiapan flow sheet.
Gambar 17 Menggunakan awalan simbol untuk penandaan jalur pipa proses Tiap ja;ur pada flow sheet harus menggambarkan keadaan aktual atau sesuai perpipaan pada keadaan akhir dan pada deawing perpipaan. Petunjuk yang disarankan untuk identifikasi komposisi fluida, adalah : 1. Jalur utama harus tetap dipertahankan pada urutan yang sama Gambar 18 2. Urutan baru penomoran harus dibuat ; a.
pada saat memasuki atau keluar suatu alat
b. Meninggalkan atau jalur cabang dari jalur cabang dari jalur utama 3. Penomoran singkatan alpabet sebaiknya digunakan pada keadaaan sepanjang dibutuhkan, jika tidak tambah urutan penomoran baru.
b) Penomoran di sekitar jalur by pass
a) Penomoran jalur utama (header) dengan jalur – jalur cabang (take offs)
Gambar 18 Contoh – contoh penomoran jalur a. Untuk cabang sekunder dari jalur uatams atau jalur utama b. Untuk jalur by pass peralatan, control valve. Pertahankan urutan nomor yang sama pada jalur inlet dan outlet c. Untuk sistim ganda yang identik, perpipaan terkait pelayanan yang identik dan jalur - jalur. Dalam hal koordinasi flow sheet yang dibutuhkan pada spesifikasi perpipaaan dapat dibuat tabel seperti ditunjukkan pada Gambar 19 di bawah.
Gambar 19 Tabel koordimasi spesifikasi perpipaan Penandaan kode peralatan dapat dikembangkan dengan proses tertentu/khusus atau menggunakan suatu master coding yang dibuat dan dapat digunakan semua proyek. Lihat Tabel 1B dan 1C di bawah. Beberapa item yang bervariasi adalah tipe penandaan yang biasa digunakan. Contoh dapat diperhatikan pada Table 1 D di bawah. Tabel 1B Suatu sistem penandaan peralatan (Ernest)
Tabel 1C Identifikasi khusus untuk Fungsi flow sheet proses (Ernest)
Tabel 1D Beberapa variasi pengkodean dalam flow sheet (Ernest) Kode item
Menjelaskan
C -1a
3 kompressor yang sama pada area proses yang sama
C-1b
dan dihubungkan secara
C-1c
paralel
C-2
kompressor tunggal pada area servis yang berbeda
S-1
kompressor pertama dalam suatu proses
S-1
kompressor kedua dalam suatu proses
S-3a
2 kompressor yang sama yang dihubungkan paralel
S- 3b
dalam area servis yang sama
Sejumlah sistem pengkodean nomor peralatan pada semua item dalamsheet pertama dengan seri 100 seperti C -101, C-1012, P- 106 yang menerangkan nomor kompressor no 101 dan 102 pada lokasi yang berbeda dan pompa p- 106 sebagai pompa ke- 6 pada flow sheet proses, Flow sheet -2 menggunakan seri 200 dsb.
Simbol – simbol instrument pada Table 1E dan 1F, adalah beberapa tipe simbol yang dikenbangkan oleh Instrument Sociaty of America dan beberapa perusahaan lain. Tabel 1E Identifikasi umum lengkap – Penamaan Instrument (Ernest)
Sejumlah lain sistem penandaan menunjukkan recording atau fungsi indikasi di depan atau di belakang fungsi instrument. Contoh pada Tabel 1F di bawah. Tabel 1E Identifikasi umum lengkap – Penamaan Instrument (Ernest)
Control valve menggunakan penandaan yang sama sebagai instrument kemana dihubungkan.
Thermocouple menggunakan penandaan yang sama sebagai redorder atau indikator kemana disambungkan. Urutan nomor ditunjukkan. Contoh pada Tabel 1G di bawah.
Tabel 1G Beberapa versi lain penandaan thermocouple (Ernest)
Kode identifikasi katup biasanya digunakan pada tipe katup yang digunakan pada flow sheet. Ini akan mempermudah pekerjaan, karena satu pabrik pembuat katup akan semakin mudah membuat daftar katup yang diperlukan suatu proyek, berdasarkan flow sheet disesuaikan dengan katalog katup. Beberapa diberi kode V- 1, V- 63, V- 103 dsb. Dengan membuat spesifikasi lengkap katup pada buku terpisah untuk berbagai variasi katup – katup ; globe, butterfly, plug, flanged end, screwed end, welding end – dapat diidentifikasi untuk semua orang yang terlibat dalam proyek termasuk personal perpipaan dan tenaga – tenaga kontraktor. Lihat Gambar 20 di bawah.
Gambar 20 Simbol – simbol diagram alir, katup – katup, dan aksesoris perpipaan (Ernest)
Dalam hal koordinasi flow sheet yang dibutuhkan pada spesifikasi perpipaaan dengan aksesorisnya dapat dibuat tabel seperti ditunjukkan pada Gambar 21 di bawah.
Gambar 21 Dafar perpipaan dengan aksesorisnya (Ernest) . 6. Flowsheet perpipaan atau diagram aliran mekanik, Digunakan untuk menggambarkan detail tipe mekanik pada perencanaan perpipaan dan mekanik vessel, listrik, instrumen dan perencanaan lain yang tidak secara langsung dibutuhkan pada detail proses. Sheet ini menggambarkan ukuran pipa, semua ukuran dan tipe katup, titiktitik temperatur dan hal-hal khusus yang detail yang dibutuhkan untuk memastikan suatu basis pekerjaan yang umum untuk semua personal atas suatu proyek. Dalam beberapa sistem engineering, detail spesifikasi tidak dapat dilengkapi sampai flowsheet ini dapat dibuat lengkap secara mendasar.
7. Kombinasi flowsheet proses dan perpipaan pada gambar 15 dan 16. Digunakan untuk melayani maksud yang sama pada kedua kombinasi kedua diagram proses dan perpipaan. Ini menghasilkan suatu drawing dengan lebih lengkap dibandingkan dengan tipe 2 dan 3 yang sudah didiskuksikan. Begitupun tantangannya, adalah pemusatan data dan informasi yang lengkap atas suatu proyek pada satu point. Ini memerlukan perhatian yang
sangat kuat pada pembacaaan yang tepat dan sering membuka data untuk kepentingan kelompok yang lebih besar guna menghidari salah interpretasi atau salah menggunakannya. Beberapa peusahaan tidak mengizinkan sheet ini pada pekerjaan mereka secara permanen, karena sejumlah data rahasia atas data proses. Jika dibutuhkan, ini menampilkan suatu ringkasan proses yang lengkap dan data kunci untuk pembuatan. Tipe sheet ini memerlukan waktu yang lebih lama untuk diselesaikan secara lengkap, tetapi semua engneer mengembangkannya secara primer untuk dibuat sebagai informasi yang selalu tersedia. Sering sekali sheet ini tidak lengkap hingga detail drawing perpipaan dan yang lainnya diselesaikan. Lihat Gambar 22 hingga 26..
Gambar 22 Gambar detail alur alir mekanika (Ernest)
Gambar 23 Type diagram alir proses dan perpipaan (Ernest)
Gambar 24 Siklus tekanan rendah untuk produksi oksigen pada keadaan steady state (Ernest)
Gambar 25 Diagram isometri (Ernest)
Pertemuan 6, 7 dan 8 SINTESIS PROSES Dalam merancang dan membuat suatu siklus proses (dituangkan dalam flow sheet atau diagram alir) untuk suatu sintesa bahan kimia, para process engineer yang terkumpul dalam suatu tim menerapkan berbagai jenis unit operasi untuk melangsungkan reaksi kimia bahan baku dan memisahkan masing – masing produk utama dengan produk samping serta dengan bahan yang tidak terkonversi hingga pada tingkat tertentu. Dalam merancang suatu siklus proses process engineer dituntut selalu memperhatikan faktor – faktor yang aman bagi personal operasi dan lingkungan dengan konsep utamakan keselamatan (safety first), menguntungkan, production yield yang tinggi serta mutu produk yang tinggi. Konsep production yield dan mutu produk yang tinggi merupakan konsep yang sudah dicanangkan dalam 35 tahun terakhir ini dalam dunia industri. Para process engineer pada awalnya membuat suatu konsep siklus proses (Gambar 24 di bawah) berdasarkan sejumlah sumber data pendukung yang akurat, agar terhindar dari kegagalan applikasi konsep umum yang diharuskan dalam merancang suatu siklus proses. Data – data pendukung bisa berbasis data pilot plant, hasil research suatu tim atau vendor lain yang diadopsi dan disesuaikan dengan rancangan siklus proses yang akan/sedang dibuat, dan hasil research sendiri sebagai suatu vendor yang kompeten pada process designing. Semua sumber data ditimbang dan/atau dikombinasikan serta direncanakan beberapa alternatif yang optimum pada berbagai faktor dalam merancang suatu siklus proses pembuatan bahan kimia.
Gambar 26 Tipe persiapan dan pemurnian skema aliran, suatu konsep siklus proses (Ernest) Douglas (Richard dkk, 2009) mengusulkan suatu langkah pendekatan dalam perancangan siklus proses sbb ; 1. Memutuskan apakah proses dibuat batch atau kontinu
2. Identifikasi struktur input dan output proses 3. Identifikasi sruktur daur ulang proses 4. Identifikasi dan merancang struktur sistim pemisahan 5. Identifikasi dan merancang jaringan alat pemanas atau sitim pemulihan energi Langkah 1 - Penetapan proses bersifat batch atau kontinu Penentuan pilihan proses yang bersifat batch dibatasi oleh beberapa pembatas. Douglas (Richard dkk, 2009) menjelaskan hal ini dan jika diringkas ditentukan oleh beberapa faktor pertimbangan, jika : Kapasitas produk yang rendah Mutu produk yang perlu disertifikasi per batch Fleksibilitas proses yang tinggi diperlukan (alat yang sama dapat dipergunakan untuk proses yang berbeda dan membuat produk yang beragam) Effisiensi proses dan penjadwalan proses yang ketat Perawatan dan jumlah tenaga kerja Produk beragam Keterbatasan umpan yang dipakai (karena supplai terbatas dan stok terbatas) Permintaan produk yang terbatas dengan jadwal yang sering berubah Kecepatan reaksi yang lambat (termasuk proses fermentasi, aerobik dan anaerobik air limbah dan banyak reaksi biologi) Penyumbatan peralatan (dengan sistim batch lebih mudah dan leluasa dibersihkan) Tingkat Keselamatan rendah (training bekerja dengan bahan kimia dan operasi peralatan sangat kritis) Controllability (effisiesi jadwal penggunaan alat sangat tinggi)
menjadi faktor pembatas dan penentu pemilihan proses yang bersifat batch dibandingkan dengan proses kontinu.
Langkah 2 - Identifikasi Struktur dari input dan output proses Diagram konsep proses (DKP) 1. Suatu awan tunggal digambarkan untuk menggambarkan konsep proses. Pada diagram awan ini dituliskan reaksi stoikiometri. Bahan reaktan dituliskan di sebelah kiri dan produk di sebelah kanan, sesuai konvesi. 2. Masing – masing reaktan dan produk diberi lebel sesuai nama kimianya 3. Reaksi – reaksi yang tidak diinginkan harus dituliskan dan dipertimbangkan, karena jarang hanya satu reaksi yang terjadi. Semua reaksi yang terjadi secara stoikiometri harus dituliskan. Bahan yang tidak diinginkan dipertimbangkan sebagai produk samping dan keluar bersama produk ke sebelah kanan.
Guna memahami konsep ini penulis memberikan suatu contoh pada siklus proses pembuatan asam lemak dari hidrolisa trigliserida. Ini memerlukan pengetahuan tentang reaksi hidrolisa trigliserida dan berbagai sifat – sifat pisik terkait bahan – bahan yang bereaksi. Informasi dan referensi reaksi dan teknik reaksi. Yang layak dan harus diketahui dan dipahami oleh process engineer. Asam lemak
Air C3H5(OOCR)3+ 3H2O
3RCOOH +C3H5(OH)3 Sweet water
Minyak & lemak
Gambar 27 Struktur input dan output proses hidrolisa minyak dan lemak (DKP) Struktur input dan output BFD Referensi hasil penelitian dan praktis reaksi berlangsung dalam pasa cair pada suhu relatif tinggi 250 – 270 oC dan tekanan 54 – 55 bar. Suhu dicapai dengan menggunakan steam bertekanan 63 bar kontak langsung dengan produk. Steam juga berperan dalam pemisahan produk dalam reaktor dan keluar bercampur dengan produk. Pemahaman atas karakter reaksi hidrolisa ini, adalah reaksi dan pemisahan terjadi dalam pase cair berdasarkan perbedaan berat jenis bahan – bahan yang terlibat dan menggunakan air yang berlebih (tidak stoikiometri). Sifat fisik atas berat jenis menunjukkan air memiliki berat jenis terbesar dari minyak dan lemak serta asam lemak. Pada suhu reaksi sedikit asam lemak dan minyak terlarut dalam air. Konversi berdasarkan literatur, adalah 99 % dengan kadar gliserin keluar reaktor yang optimum 12 – 15 %, tergantung minyak dan lemak yang digunakan. Supplai umpan adalah counter current, sehingga proses lebih effektif. Demikian referensi yang terpercaya yang diperoleh. Dengan demikian air masuk dari atas dan minyak dan lemak dari bawah reaktor, sedangkan asam lemak yang mengandung air keluar dari atas reaktor dan sweet water atau glycerin water keluar dari bawah reaktor Dengan demikian konsep proses untuk pembuatan asam lemak dan gliserin dari hidrolisa gliserida dapat dibuat dalam bentuk diagram balok, ide proses pengolahan. Konsep proses ini secara prinsip sama dengan yang digambarkan pada Gambar 27 di atas. Semua Input masuk dari sebelah kiri dan output dari sebelah kanan. Nama – nama material yang diberikan, adalah sama air
8 1 Steam 3
air 4
Separator Asam lemak
6
Reaktor hidrolisa
air
9
\ 5
Separator
2 Minyak dan lemak 7
sweet water
Gambar 28 Struktur input dan output proses hidrolisa minyak dan lemak dalam diagram balok
Gambar 28 di atas merupakan diagram alir balok yang menjadi penyambung ide diagram konsep proses dengan PFD, yang disebut Generic Block Flow Process Diagram (GBFPD),
namun belum merupakan GBFPD yang sesuai dengan karakter khusunya, yakni harus ditandai dengan karakter – karakter khusus pada tiap blok di dalamnya dengan karakter berikut : persiapan umpan yang dipakai untuk reaktor (tangki penyimpan, gudang, alat penukar panas serta berbagai fasilitas transfer ke reaktor itu sendiri), sehingga sesuai dengan kondisi awal operasi reaktor. Reaktor; dilengkapi jalur reaktan asli yang masuk, produk yang dan sisa reaktan serta by produk keluar serta bahan recovery dengan nama, pase yang jelas. Pemisah bahan – bahan (lazym disebut separator); sisa reaktan, produk utama dan produk samping serta bahan pembantu jika ada, seperti katalis, gas inert, inhibitor, buffer, pengatur pH, bahan pemucat (filter aid, bahan pemucat), bahan penyangga filter (seperti filter aid, tanah pemucat) dsb.
Separator seperti skimmer, evaporator,
fraksinator, flash vessel, alat penyaring dsb Recovery atau pengolahan ulang, blok pengembalian umpan yang tidak bereaksi dari alat pemisah lain dalam proses yang sesuai sebagai umpan untuk produk yang sama atau berbeda. Biasanya dilengkapi dengan transport yang sesuai dengan pasa bahan yang direcovey atau alat penukar panas atau fasilitas yang umum diperlukan dalam jalur umpan ke reaktor dan bersifat lebih sederhana. Pengolahan limbah dan pengendalian lingkungan ; blok pengolahan limbah yang menunjukkan pengolahan limbah padat, cair, gas dari proses itu sendiri dan polutan lain yang tidak termasuk dalam jalur proses, sehingga aman terhadap lingkungan.
Secara sederhana karakter GBFPD digambarkan pada diagram pada Gambar 29 di bawah ini. Perlu dicatat urutan blok pada gambar ini relatif
bervariasi, dan bisa lebih komplek,
tergantung pada tuntutan siklus proses yang sedang direncanakan dan dapat berubah sesuai pertimbangan yang dibutuhkan untuk perancangan yang lebih baik aman dan effisien.
Daur ulang atau Recovery Persiapan umpan ke Reaktor
Reaktor
Persiapan umpan ke Separator
Produk dan by produck
Separator Sumber limbah
Pengolahan limbah & Pengendalian lingkungan
Gambar 29 Elemen - elemen dasar GBFPD (Richard)
Ke lingkungan
Berdasarkan karakter – karakter ini, Gambar 28 di atas belum sesuai sebagai GBFPD yang baik, penyambung diagram konsep proses kepada PFD. Gambar berikut ini diberikan hubungan urutan pembuatan diagram konsep proses hingga PFID.
Diagram konsep proses
Diagram balok sederhana
Generic Block Flow Process Diagram
Process Flow Diagram
Process Flow Iinstrument Diagram
Gambar 30 Urutan penggunaan tipe – tipe diagram proses pada perencanaan siklus proses. Generic Block Flow Process Diagram (GBFPD) Berdasarkan BFD pada Gambar 28 di atas dan konsep GBFPD yang telah dijelaskan dengan ringkas di atas, maka dapat dibuat generic block flow diagram pada Gambar 30 di bawah ini.
Penurun tekanan vakum
4 Daur ulang / Recovery proses
12
Air
1
10
Heating Air proses
6 ML
2
\
Heating & Drying minyak dan lemak
Pengubah fasa uap ke cair
Llimbah Air
Separator
Steam
5
13
Asam lemak
8
Reaktor hidrolisa
Ke uint limbah
11 7
Separator
3 DML
9
sweet water
Catatan : ML = minyak dan lemak DML = dried minyak dan lemak
Gambar 31 Struktur input dan output proses hidrolisa minyak dan lemak pada GBFPD.
Beberapa pertimbangan teknis dan praktis diterapkan dalam pembuatan GBFPD ini dan dapat diiikuti penjelasan di bawah ini secara ringkas. Dari sisi konsep GBFPD dapat dilihat elemen – elemen : Persiapan umpan : blok pemanasan air untuk mencapai kondisi suhu air yang dibutuhkan masuk dalam Reaktor untuk bereaksi, blok pemanasan dan drying minyak dan lemak mencapai untuk mencapai kondisi suhu yang dibutuhkan masuk dalam Reaktor untuk bereaksi serta pengeringan untuk mengurangi kadar air dari minyak dan lemak yang masuk ke Reaktor, agar reaksi optimum dari sisi energi dan konversi.
Gambar 32 Analisa elemen – elemen dasar GBFPD hidrolisa minyak dan lemak. Blok dengan garis putus – putus menandai dikelompokkan pada elemen – elemen dasar GBFPD. Reaktor : didahului oleh persiapan umpan air serta minyak dan lemak. Nama umpan jelas dituliskan juga produk asam lemak dan sweet water, kendati pada jalur langsung yang keluar
reaktor tidak jelas, tidak dituliskan. Analisa pemahaman konsep proses
menunjukkan kedua produk ini. Ada elemen – elemen dasar GBFPD dan sesuai konsep dasar GBFPD. Pemisah bahan – bahan (separator) : terdiri dari 2 blok separator yang tidak diragukan sesudah reaktor untuk memisahkan air dari asam lemak yang keluar dari splitter dan mengurangi kadar air dari sweet water. Satu blok lagi pada blok heating & drying minyak dan lemak (untuk memisahkan air dari minyak dan lemak ML. Blok Penurunan Tekanan uap merupakan blok Persiapan Separator untuk mebuat tekanan Blok Separator sesuai kondisi yang diinginkan. Analisis tentang hal ini mudah dilakukan JIKA DIDUKUNG oleh referensi yang kuat tentang beragam teknik Separasi. Recovery atau pengolahan ulang : didahului oleh blok persiapan pengolahan ulang pada blok pengubah fase uap ke cair dari 2 blok Separator sebelumnya untuk direcovery
sebagai umpan air proses ke Reaktor hidrolisa. Pada dasarnya blok Recovery harus didahului oleh blok persiapan Recovey. Uap air dikondensasi lebih dulu sebagai persiapan dan cairan air yang terbentuk direcovery ke Reaktor hidrolisa. Di sini blok Penurun tekanan vakum berfunsi sebagai blok Persiapan Separator dan blok Persiapan Recovery. Pengolahan limbah dan pengendalian lingkungan : tidak ditemukan dengan nyata blok pengolahan limbah pada GBFPD tetapi ada blok pengendalaian lingkungan yang ditunjukkan sumber limbah yang dikirimkan ke Unit Limbah. Ini berarti ada pengolahan limbah. Berdasarkan analisa di atas elemen – elemen dasar GBFDP Gambar 32 dapat digambarkan sebagai berikut : Persiapan umpan ke Reaktor/ Separator/Re covery
Daur ulang atau Recovery Persiapan Recovery
Persiapan umpan ke Reaktor
Persiapan umpan ke Reaktor
Unit Limbah
Separator Produk Asam lemak
Reaktor
Sumber limbah
Pengolahan limbah & Pengendalian lingkungan
Separator Sweet water sebagai by produck
Gambar 33 Elemen - elemen dasar pada GBFPD hidrolisa minyak dan lemak (Richard) Gambar 33 di atas menunjukkan GBFPD hidrolisa minyak dan lemak memenuhi semus elemen – elemen dasar GBFPD dan sangat bervariasi dengan diagram konsep dasar GBFPD. Ini adalah salah satu bukti struktur GBFPD sangat tergantung dari siklus proses yang direncanakan, tetapi harus mengandung ke 6 elemen – elemen dasar GBFPD seperti didiskusikan di atas. Ini lebih komplek dibanding dengan diagram konsep proses BFD –nya. Satu blok persiapan dapat berfungsi ganda untuk beberapa blok proses seperti ditunjukkan pada blok Persiapan umpan ke Reaktor/Separator dan Recovery. Posisi blok ini berkesan di belakang, namun sesungguhnya pada pengoperasian alat harus dievakuasi terlebih dulu, sehingga bisa dioperasikan untuk pemisahan air yang terkandung pada minyak dan lemak, asam lemak, sweet water, menguapkan dan mengkondensasikan uap air pada tekanan vakum. Ini menjadi bukti urutan menenpatkan blok – blok GBFPD tidak harus seperti Gambar 28 di atas, disesuaikan dengan siklus proses yang sedang direncanakan.
Vendor yang berbeda menggunakan dasar pertimbangan yang berbeda satu sama lain, sehingga GBFPD yang dihasilkan juga pastik akan berbeda juga PFD yang akan dihasilkan demikian pula PID untuk konsep proses yang sama. Lurgi menghasilkan BFD, GBFPD, PFD dan PID yang berbeda dengan yang dihasilkan oleh Feld and Hanh dan Intersonikon Sdn Bhd., misalnya. Perbedaan ini terjadi disebabkan secara garis besar oleh perbedaan pengalaman praktis, kebutuhan konsumen, bahan baku, teknologi yang dikenal dan diyakini capability –nya mendukung design process, kondisi lingkungan, keadaan masyarakat sekitarnya, target effisiesi pabrik, tingkat monitoring dan control process dsb. Perhatikan PFD hirolisa minyak dan lemak yang direncanakan oleh masing – masing vendor Lurgi GmbH, Feld and Hanh dan Intersonikon Sdn Bhd pada penjelasan tentang jenis – jenis diagram alir di atas, khusus tentang PFD. Ini dihasilkan dari GBFPD yang jelas sangat berbeda. Struktur input dan output PFD Struktur input dan output konsep proses hidroliosa minyak dan lemak dalam bentuk PFD (Process Flow Diagram atau diagram alir proses) dapat dibuat dan ditampilkan pada Gambar 34 di bawah. Pembuatan didasarkan konsep proses di atas dengan menggunakan simbol – simbol peralatan utama yang ada dan tersedia secara umum, yang dikembangkan oleh suatu vendor tertentu. Referensi tentang hal ini sangat diperlukan pada kasus ini. Dalam membuat PFD diperlukan juga penamaan dan penandaan alat proses yang bisa dibuat menurut penjelasan – penjelasan di atas. Sebagai tambahan menurut prinsip dasar unit operasi, tipe reaksi yang terjadi pada alat itu, prinsip dasar pemutusan atau penambahan ikatan pada bahan baku utama dsb. Hidrolisa minyak dan lemak pada dasarnya pemisahan komponen dasar pembentuk ester minyak dan lemak, yakni gliserin dan asam lemak. Pemisahan atau splitting dalam bahasa Inggris dan alatnya disebut Splitter. Secara logis tekanan asam lemak dan gliserin yang keluar reaktor, adalah 54 – 55 bar pada pase cair. Air yang terkandung dalam asam lemak dan sweet water harus dipisahkan. Apakah konsep yang dipakai ? Sifat menunjukkan titik didih air jauh lebih rendah dari asam lemak pada tekanan yang sama, berdasarkan data pisiknya. Dengan demikian air dapat dipisahkan dengan hanya menguapkan air, mengobah pase air menjadi uap tanpa mengubah pase cair asam lemak suhu dan tekanan yang sama. Mengobah pase cair air bertekanan yang tinggi 54 – 55 bar. Ini dilakukan dengan menurunkan tekanannya secara tiba – tiba dan cepat seperti flash. Alat pemisah atau separator yang digunakan untuk ini disebut FLASH VESSEL. Karena tekanan kolom tinggi dan pasa umpan masuk adalah pase cair maka alat transportasinaya harus pompa bertekanan 54-55 bar dan bisa dipilih pompa piston. Sedangkan asm lemak dan sweet water dari flash vessel bertekanan di bawah satu atm (vacuum), sehingga bisa dipilih pompa sentrifugal. Terkait ini semua harus digunakan simbol – simbol peralatan yang sesuai sesuai referensi yang
dipakai dalam PFD. Dengan demikian struktur input dan output konsep hidrolisa minyak dan lemak dalam bentuk PFD dapat dilihat pada Gambar 33 di bawah.
14 cw 10
Air dari tangki
Air ke reaktor
12
4 E- 13
E- 14
6
cw
11 1
13
V- 11
P -11
E- 11
P- 13
8 hps
5
P- 15
Asam lemak ke E 12
V- 10 S- 10
2 P- 14
P- 12
7 E- 12 Asam lemak ke tangki
V- 12
V- 12 Asam lemak dari P 12
9
Sweet water
P-16 ML dari tangki
V- 12
Gambar 34 Struktur input dan output hidrolisa minyak dan lemak dalam bentuk PFD Pada Gambar 34 di atas struktur input dan output dapat diidentifikasi beberapa hal, yakni; Terdapat jalur bantu utilitas yang penting bagi pengoperasian proses, tetapi bukan bagian dari struktur input dan output proses
Untuk membedakan makna ganda jalur seperti ini dapat dilakukan dengan memahami dan menganalisa proses dengan konsep diagram input dan output secara menyeluruh dibantu oleh referensi terkait kuat dengan proses ini. Jalur dengan nomor 1 hingga 14 menunjukkan struktur input dan output proses. Jalur 3 adalah tidak diragukan sebagai input proses steam bertekanan tinggi digunakan sebagai pemanas yang kontak langsung dengan produk dan keluar bersama reaktan tersisa dan produk yang dihasilkan pada asam lemak dan sweet water. Jalur 3 bukan input utilitas, tapi input proses. Uap air yang keluar yang masuk ke E -13 sedikit tidak jelas dan TIDAK diberi label nomor, tetapi dapat dipahami merupakan jumlah material dari INPUT 4, 10, 11 atau sama dengan output 12 dan 14. Jalur 14 muncul pada struktur ini karena sambungan ke sistim vakum tetap akan mengeluarkan sejumlah kecil material yang disedot dan dibuang sebagai limbah pada jalur 13. Ini akan dianalisa pada issue yang tidak kalah penting, limbah atau recovery. Analisa semakin komplit dan lebih baik untuk membuat siklus proses Tidak ada perbedaan konsep proses ini dengan konsep dalam bentuk BFD di atas.
Pada Gambar 35 diperlihatkan struktur input output PFD dari hidrolisa minyak dan lemak menurut versi Intersonikon Sdn Bhd. Terdapat beberapa perbedaan. Namun secara prinsip, adalah memiliki konsep proses yang sama. Dengan memiliki konsep proses yang sama tiap vendor dapat menterjemahkannya ke dalam GBFPD dan PFD yang sedikit berbeda. Perbedaan ini
dipengaruhi oleh faktor – faktor dalam perencanaan proses (pengalaman, referensi,
kebutuhan, pertimbangan safety & ekonomi dsb).
Gambar 35 Struktur input dan output hidrolisa minyak dan lemak dalam bentuk PFD versi Intersonikon Sdn Bhd Selain elemen – elemen GBFPD yang dijadikan sebagai pemandu dalam merencanakan Struktur Input-Output Diagram Alir Proses atau PFD sangat penting dipertimbangkan hal – hal berikut : 1. Kemurnian reaktan atau umpan yang digunakan. Komposisi dan kemurnian umpan yang berbeda akan menyebabkan perbedaan dalam GBFPD dan PFD yang direncanakan. Penggunaan lemak CPO dan minyak PKO akan menyebabkan perbedaan dalam blok persiapan bahan baku misalnya, dan rencana proses pada elemen – elemen blok lain dalam GBFPD dan tentu saja PFD secara menyeluruh. Penggunaan PKO menyebabkan harus ada blok persiapan tambahan yang berbeda dengan penggunaan PKO, karena PKO relatif mengandung impurities yang lebih banyak dan berbeda. 2. Kemurnian produk yang diinginkan. Perbedaan pada mutu produk ini relatif bisa mempengaruhi struktur input dan output diagram alir proses yang sedang disusun. 3. Faktor keselamatan (safety first) manusia, dan lingkungan: Bahan beracun, mudah terbakar/meledak : perlu perencanaan khusus dan struktur input & output diagram alir yang direncanakan serta kondisinya yang aman pada pengoperasian proses dan lingkungan. 4. Jika produk digunakan untuk bahan baku pembuatan food, maka bahan baku dan produk harus melewati pengolahan dan pemurnian yang lebih baik. Struktur input output diagram alir proses direncanakan harus sedemikian rupa, sehingga relatif tidak berdampak pada
pengolahan lebih lanjut, produk benar – benar aman bagi kesehatan saat dan setelah digunakan, termasuk cara penyimpanan dan transportasi bahan baku dan produk harus direncanakan aman. Contoh pada flash vessel V 11 penggunaan alat penurun tekanan vakum atau dioperasikan pada tekanan vakum bertujuan mencegah kerusakan asam lemak dan minyak & lemak pada pengolahan. Kerusakan bahan - bahan ini akan menghasilkan bahan racun bagi kesehatan. Tekanan vakum juga menghemat energy proses. Penguapan air pada tekanan rendah mengurangi energi panas yang diperlukan pada flash vessel V 11 dan V 12, hanya menggunakan panas yang berasal dari reaktor. 5. Terkadang perlu ditambahkan salah satu reaktan yang sama pada reaktor secara berlebih untuk berbagai fungsi selain sebagai reaktan semata. Umumnya reaktan bukan pembatas. Contoh ; pada hidrolisa minyak & lemak air, adalah bukan reaktan pembatas dan digunakan berlebih dari reaksi stoikiometri. Air berfungsi juga sebagai pelarut gliserin yang terbentuk, memisahkan larutan gliserin dengan asam lemak berdasarkan perbedaan berat jenis masing – masing dan sebagai pendingin dalam reaktor. Air berlebih yang optimum membuat effisiensi hidrolisa menjadi tinggi dan sebaliknya. Faktor praktis dan ekonomis menjadi dua hal penting yang dipertimbangkan dalam hal ini, termasuk yang ke -3 menciptakan proses hidrolisa minyak & lemak yang berkesinambungan, terkait teknik reaksi. 3RCOOH + C3H5(OH)3 (T = 250-2700C dan P = 54
C3H5(OOCR)3 + 3H2O bar) Minyak & lemak
asam lemak
gliserin
Steam digunakan untuk memanaskan dan mempertahankan suhu reaksi dalam reaktor hidrolisa minyak & lemak. Steam juga berfungsi sebagai bagian dari kelebihan air yang dipergunakan pada pengenceran gliserin yang terbentuk dan pemisahan asam lemak dan gliserin dari reaktor hidrolisa. Steam bercampur dengan sisa minyak & lemak yang tidak bereaksi, asam lemak dan gliserin yang terbentuk. Steam harus dipisahkan dengan teknik yang sama pada flash vessel yang dijelaskan di atas pada point yang sama, point 5 ini. 6. Terkadang perlu ditambahkan suatu bahan gas inert untuk menggeser keseimbangan reaksi ke kanan sehingga konversi menjadi tinggi. Contoh: dehidrogenasi katalitik etil benzena C6H5CH2CH3 Etil benzen
C6H5CH=CH2 + H2 (T = 600-7500C dan P > 1 bar) stiren
Steam bertindak sebagai inert untuk memanaskan etil benzena dan mengencerkan umpan. Jika rasio steam/etil benzena meningkat, maka kesetimbangan akan bergeser ke kanan dan konversi pembentukan stiren akan meningkat, terkait teknik reaksi. Steam dipisahkan pada langkah proses setelah reaktor. 7. Bahan – bahan tambahan harus dipisahkan dari produk yang dihasilkan (seperti steam dan air di atas pada point 5 dan 6 ), termasuk katalisator reaksi, inhibitor, buffer, pengatur pH, bahan
pemucat (filter aid, bahan pemucat), bahan penyangga filter (seperti filter aid, tanah pemucat) dsb. Contoh 1 : pada hidrogenasi asam lemak digunakan katalisator logam dan saat pemisahan katalisator, dengan filter digunakan penyangga filter, yaitu filter aid sehingga filtrasi berjalan dengan baik dan stabil. Contoh 2 : pada pengolahan awal minyak & lemak dipergunakan bahan kimia asam pospat (asam kuat) untuk memisahkan diantaranya gum dan trace logam, sehingga minyak & lemak bersifat asam. asam dinetralisir dengan basa kuat, lalu dipisahkan dengan filtrasi (yang dibantu penyangga filter), seperti tanah pemucat. Dengan demikian Diagram Input-Output menjadi DASAR YANG SANGAT PENTING bagi informasi yang diperlukan untuk: 1. analisis ekonomi profit margin 2. penjadwalan produksi 3. bahan kimia apa saja yang masuk bersama umpan dan keluar bersama produk – produk reaksi, produk utama atau by product yang diharapkan atau tidak. 4. Teknik promosi dan pemasaran produk. 5. Bagian dari promosi penjualan pabrik. 6. Pembelian alat atau komponen alat, bahan baku dan pembantu yang diperlukan.
Pertemuan 9 , 10 dan 11 Daur ulang proses Langkah ketiga ini pada perencanaan siklus proses dalam bentuk PFD meliputi effisiensi penggunaan kembali bahan baku yang tidak bereaksi, product waste dari utama atau samping yang masih bisa diolah ulang/digunakan kembali ke dalam bentuk jenis produk lain, penggunaan energi dari proses, baik dari produk atau utilitas proses itu sendiri, sehingga bisa lebih effisien. Ini dilatar belakangi prinsip umum perancangan siklus proses yang harus effisien dan memberi keuntungan, seperti dijelaskan di atas. Produk yang diinginkan dalam suatu siklus proses yang direncanakan merupakan fundamental produksi untuk mendapatkan nilai ekonomis produksi juga bahan yang tidak bereaksi, yaitu keuntungan. Oleh sebab itu keduanya sangat bernilai ekonomis, sehingga perlu diolah ulang atau direcovery untuk meningkatkan effisiensi siklus proses yang direncanakan. Keduanya baik bahan baku yang tidak bereaksi dan produk masih bercampur pada awal pembuatan produk, maka untuk mendapatkan produk yang bermutu keduanya harus dipisahkan satu sama lain atau direcovery atau didaur ulang dengan sistim tertentu. Sistim recovery yang akan direncanakan sangat tergantung pada karakter fisika dan kimia bahan baku dan produk yang terbentuk dalam reaktor atau terdapat dalam separator yang akan dipakai untuk pemisahan, demikian pula kondisi reaktor atau separator yang digunakan. Semua ini terkait dengan effisiensi, perbandingan bahan baku yang dipakai dan masuk suatu peralatan (reaktor, separator) atau unit proses atau pabrik secara keseluruhan. Effisiensi per alat sangat mempengaruhui effisiensi proses secara keseluruhan. Oleh sebab ini effiiensi per unit alat sangat penring direncanakan dengan baik, sehingga tingkat recovery menjadi lebih rendah (effisiensi tinggi) dan ini sangat tergantung pada perencanaan yang baik pada tiap alat yang dipakai. Effisiensi dapat dilihat dari 2 sisi, yakni effisiensi bahan baku dan produk – produk yang dihasilkan. 1. Efisiensi berbasis bahan baku reaktan yang dikonsumsi dalam reaksi a. Konversi per unit alat =
x 100 % reaktan yang diumpankan ke reaktor
reaktan yang dikonsumsi dalam proses b. konversi over all = (seluruh unit)
X 100 % reaktan yang diumpankan ke proses
mol bahan/reaktan untuk menghasilkan produk diinginkan/unit alat c. yield =
x 100 % mol bahan/reaktan pembatas yang bereaksi
massa bahan/reaktan masuk untuk menghasilkan produk diinginkan/unit alat d. over all = %
x 100 mass bahan/reaktan pembatas yang bereaksi
yield
2. Efisiensi berbasis produk Bahan produk yang dihasilkan/unit reaktor/separator a.
yield /unit alat = %
x
100
Umpan yang dimasukkan ke reaktor/separator
Bahan produk yang dihasilkan dari unit proses b. Yield/unit proses =
x 100 % Umpan yang dimasukkan ke unit proses
Bahan produk yang dihasilkan/unit proses c. Plant Yield =
x 100 % Umpan yang dimasukkan ke plant
Langkah 3. Identifikasi struktur daur ulang proses Dalam mengidentifikasi bahan dan struktur daur ulang, sangat diperlukan analisa secara komplet struktur input dan output pada GBFPD serta PFD. Beberapa pertimbangan yang dapat dipakai sebagai petunjuk dalam mengidentifikasi bahan daur ulang proses, adalah : 1. reaktan yang tak bereaksi dari reaktan pembatas dalam reactor. Bahan ini dapat dipisahkan dari produk pada : reaktor atau separator sesudah reaktor kemudian didaur ulang. Hal ini sangat tergantung pada sifat – sifat fisik dan kimia reaktan yang dipakai dan produk yang dihasilkan. 2. reaktan yang berlebih dalam reaktor Bahan dipisahkan dari produk pada : reaktor atau separator sesudah reaktor kemudian didaur ulang. Umumnya reaktan berlebih dipergunakan kembali ke reaktor setelah dipisahkan. Cara mendaur ulang reaktan berlebih sangat tergantung pada karakter reaksi kimia, sifat – sifat fisik dan kimia reaktan berlebih yang dipakai dan produk yang dihasilkan.
3. produk yang tidak memenuhi spesifikasi (off specs) didaur ulang ke tangki umpan yang sama untuk menghasilkan produk yang sama. 4. produk yang off specs didaur ulang ke tangki umpan yang berbeda untuk menghasilkan produk yang berbeda pula. Umumnya produk yang tidak memenuhi spesifikasi didaur ulang langsung ke tangki umpan tanpa pemisahan terlebih dulu dan dipindahkan dengan alat transportasi yang umum seperti pompa, karena jumlahnya yang relatif besar dan harus dilakukan kontinu. 5. produk yang bercampur dengan reaktan yang tidak bereaksi; umumnya dipisahkan dengan separator setelah reaktor, setelah ditampung dan disimpan pada jumlah yang cukup didaur ulang dengan menggunakan alat transportasi khusus fluida dan/atau menggunakan alur purge (menginjeksi gas inert ke dalam tangki penampung sementara untuk memidahkan cairan).
Pengertian tentang hal ini dengan mudah diperoleh pada penjelasan lanjut pada analisa struktur input dan output hidrolisa minyak dan lemak pada Gambar 34 di atas :
Langkah 4. Pemisahan dan pemurnian. Dalam memisahkan dan memurnikan bahan – bahan yang akan didaur ulang sangat perlu dipertimbangkan : 1. jumlahnya, ini sangat terkait dan mempengaruhi rencana sistim dan kondisi daur ulang, effisiensi dan penjadwalan produksi secara menyeluruh. 2. mutunya dan kaitannya dengan umpan dan produk yang mungkin dibuat, yang berarti terkait pada diversifikasi produk yang mungkin diterima pasar industri kimia. 3. kemudahan, kestabilan dan effisensi siklus proses jika diolah ulang lagi. Ini terkait dengan sifat – sifat fisika dan kimia bahan yang akan didaur ulang. 4. biaya dan profit yang diharapkan bisa diperoleh.
Contoh pengertian tentang hal ini dengan mudah diperoleh pada penjelasan lanjut pada analisa struktur input dan output hidrolisa minyak & lemak pada Gambar 34 di atas :
Contoh Identifikasi untuk pemisahan, pemurnian dan daur ulang PADA JALUR 6
Jalur 6 adalah alur asam lemak keluar bersama sejumlah kecil minyak & lemak yang tidak terkonversi dari reaktor hidrolisa. Produk ini juga mengandung lebih dari 60 % berat air, karena kondisi dalam reaktor saat hidrolisa pada suhu dan tekanan tinggi. Identifikasi Produk & kapasitas
: asam lemak sebagai produk sebesar 0,93 ton per ton minyak & lemak
Kandungan bahan lain
: sedikit minyak & lemak dan lebih dari 60 % berat air (Bernardini,
1985) Sifat – sifat
: 1. asam lemak sangat sulit larut dalam air pada suhu rendah (cenderung terpisah) dan pada suhu tinggi asam lemak larut sangat sedikit 2. titik didih air jauh di bawah titik didih asam lemak dan minyak & lemak, pada suhu lebih rendah minyak & lemak mudah untuk dipisahkan. 3. asam lemak mudah teroksidasi dengan kehadiran oksigen dan dipercepat oleh suhu atau asam lemak mudah rusak dengan kehadiran oksigen dan kenaikan suhu. 4. asam lemak saling melarutkan dengan minyak & lemak 5. minyak & lemak dan kerusakannya menurunkan mutu asam lemak.
Kemungkinan pemisahan air : menguapkan air pada keadaan tekanan vakum dengan sistim flash evaporation. Kemudahan proses
: mudah dilakukan, karena sudah banyak alat – alat yang tersedia untuk kelengkapan operasi flash evaporation seperti vessel vertikal, condenser, alat – alat pembuat vakum), mudah karena suhu dan tekanan rendah.
Kestabilan proses
: sangat stabil dan dilengkapi dengan alat – alat kontrol proses yang sederhana dan effektif, memerlukan jumlah operator yang relatif sangat sedikit.
Kemungkinan recovery
: recovery air sangat besar dan bermanfaat sekali, karena memiliki karakter yang relatif sama dengan air yang keluar dari reaktor, sehingga sangat menghemat penggunaan reaktan air proses dan berarti ekonomis.
PADA JALUR 7
Jalur 7 adalah alur sweet water atau glycerin water keluar bersama sejumlah kecil minyak & lemak yang tidak terkonversi dari reaktor hidrolisa. Produk ini mengandung 85 % berat air dan sejumlah kecil minyak & lemak yang larut dalam air. Kondisi dalam reaktor saat hidrolisa (suhu dan tekanan tinggi) menyebabkan sejumlah kecil minyak & lemak larut dalam sweet water dari reaktor. Identifikasi Produk & kapasitas
: gliserin sebagai produk sebesar 0,833 ton per ton minyak & lemak
Kandungan bahan lain
: sedikit minyak & lemak dan 85 % berat besar air
Sifat – sifat
: 1. gliserin larut dengan mudah larut dalam air pada berbagai suhu, 2. titik didih air jauh di bawah titik didih gliserin dan minyak & lemak, pada suhu lebih rendah minyak & lemak mudah untuk dipisahkan. 3. minyak & lemak mudah terokisidasi dengan kehadiran oksigen dan dipercepat oleh suhu. 4. minyak & lemak dan kerusakannya menurunkan mutu gliserin
Kemungkinan pemisahan air : menguapkan air pada keadaan tekanan vakum dengan sistim flash evaporation. Kemudahan proses
: mudah dilakukan, karena sudah banyak alat – alat yang tersedia untuk kelengkapan operasi flash evaporation seperti vessel vertikal, condenser, alat – alat pembuat vakum), mudah karena suhu dan tekanan rendah.
Kestabilan proses
: sangat stabil dan dilengkapi dengan alat – alat kontrol proses yang sederhana dan effektif, memerlukan jumlah operator yang relatif sangat sedikit.
Kemungkinan recovery
: recovey air sangat besar dan bermanfaat sekali, karena memiliki karakter yang relatif sama dengan air yang keluar dari reaktor, sehingga sangat menghemat penggunaan reaktan air proses dan berarti ekonomis.
KOMBINASI JALUR 6 & JALUR 7
Uap air yang keluar dari flash vessel V- 11 dan V-12 memiliki karakter yang sama, sehingga dapat digabungkan outlet keduanya untuk dikondensasi pada condenser E- 13. Ini menjadi bagian awal dari PERISAPAN RECOVERY untuk direcovery lewat jalur 12.
Pertemuan 11, 12 dan 13 SIMULASI PROSES PENGEMBANGAN SUATU MODEL SIMULASI (DEVELOPING A SIMULATION MODEL) Suatu flowsheet sederhana dengan satu alur daur ulang mengandung 4 fungsi alat (2 mixer, 1 reaktor dan 1 separator), seperti ditunjukkan pada Gambar 36 di bawah ini.
y31
S2
x12
S1
y11 S3 Mixer
x11
S4 Reaktor
x21
Separator
x31
S5 x42 S6 x41
y32
Mixer
S7 y41
Gambar 36 Suatu flowsheet sederhana (Ernest, 1986) Persamaan – persaman untuk diagram alir pada flowsheet pada Gambar 36 di atas, adalah sebagai berikut : 1. Model persamaan – persamaan f1 (x11, x12, y11) = 0 f2 (x21, y21, u2) = 0 f3 (x31, y31, y32, u3) = 0
(1-1)
f4 (x41, x42, y41) = 0
dimana ; xij = input j ke unit i yij = output j dari unit i ui = satuan parameter = parameter untuk unit i. 2. Hubungan persamaan – persamaan x12−y31= 0 x21−y11= 0
(1-2)
x31−y21= 0 x42−y32= 0
Model
persamaan
–
persamaan
dituliskan
secara
fungsional
dan
mereka
mewakili/menggambarkan neraca massa dan panas, sifat – sifat fisika dan hubungan yang lain dst, yang bisa menghubungkan input dan output unit. Sejumlah parameter – parameter peralatan ui eksis untuk tiap unit dan harus dispesifikasi untuk melengkapi diskripsinya. Suatu fungsi unit seperti volume reaktor dan suhu dan tekanan operasi menyatakan beberapa parameter – parameter di antaranya. Yang sangat berbeda, mixer disini dipertimbangkan tidak memiliki parameter dan oleh sebab itu tidak dipertimbangkan pada fungsi f1 dan f4. Suatu daftar hubungan antar input dan output bisa dimasukkan pada komputer bagi spesifikasi flowsheet yang sederhana, dimana input dan output dapat dinamai untuk tiap unit. Daftar pada Tabel 2A dan 2B berikut ini menunujukkan hubungan tersebut untuk flowsheet pada Gambar 36 di atas. Tabel 2A. Daftar hubungan input dan output Aliran Hubungan pada Flowsheet Feed x11 y31 −x12 y11 −x21 y21 −x31 y32 −x42 Feed x41 Output y41
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
Tabel 2B. Daftar hubungan input dan output dan model alat yang digunakan Unit Model alat Feed/input Output direncanakan bahan bahan 1
Mixer
S1, S2
S3
2
Extent of conversion Reactor Adiabatic flash separator
S3
S4
S4
S2, S5
Mixer
S5, S6
S7
3 4
“Model alat yang direncanakan” memberi informasi pada komputer persamaan – persamaaan yang mana yang ingin digunakan oleh perancang proses untuk model alat tiap unit. Ini disebabkan sistim pembuatan flowsheet bisa memiliki sejumlah perbedaan tipe – tipe separator seperti atau tipe – tipe rektor, masing masing memiliki design alat dan persamaan – persamaan yang berbeda.
Element – elemen dari simulasi modul Aliran proses dikonstruksi dalam bentuk balok atau modul – modul (seperti unit proses atau operasi) dan hubungan input dan outputnya. Nama – nama diberikan pada balok – balok atau modul – modul sebagai berikut : MIX
Mencampur sejumlah bahan masuk secara adiabatik untuk membentuk bahan produk Memisahkan bahan tunggal masuk menjadi dua atau lebih bahan produk dengan komposisi dan suhu yang sama Menaikkan tekanan suatu gas dengan jumlah spesifik Menaikkan tekanan suatu cairan dengan jumlah spesifik Mengubah suatu cairan masuk pada suatu tekanan jadi kesetimbangan cairan dan gas pda tekanan lebih rendah Mensimulasi proses pemisahan destillasi, ekstraksi, kristallisasi dan absropsi
SPLIT
COMPRESS PUMP FLASH DISTIL EXTRACT CRYSTAL ABSORB REACT
Beberapa program untuk simulai proses dapat dipilih untuk dipergunakan, diantaranya, adalah : 1. ASPEN PLUS, SPEED UP, DYNAPLUS, SPLIT, ADVENT, DSIM, HYSYS (www.aspentech.com). 2. PRO/II, PROVISION, PROTISS, HEXTRAN (www.simsci.com) 3. CHEMCAD (www.chemstations.net) 4. DESIGN II for Windows (www.winsim.com)
Program yang umum dipergunakan dalam simulasi proses dan sesuai untuk Windows., adalah Aspen Plus, Pro II, CHEMCAD, dan DESIGN II.
PENDEKATAN SIMULASI PROSES DAPAT DILAKUKAN DENGAN BEBERAPA CARA ;
1. Dengan
simulasi
sekuens
modular
(THE
SEQUENTIAL
MODULAR
SIMULATOR). Neraca massa dari suatu proses menetapkan aliran bahan proses dalam massa, mol dan biasanya volume dalam satuan waktu. Sebelum membuat neraca massa sarjana proses harus memiliki pengetahuan tentang proses itu sendiri. Sikuens aliran dari satu alat ke alat (dengan fungsinya) lain harus diketahui dan alasan untuk aliran dan sekuensnya. Sifat alami umpan dan produk harus diketahui, bersama dengan pemunculan intermediate product dan produk serat produk samping. Untuk program pembuatan flow sheet, keputusan merencanakan akan dibuat seperti itu diberikan nilai – nilai input dan satuan nilai parameter, nilai – nilai output suatu unit dapat dihitung. Untuk suatu mixer misalnya, dengan keseimbangan massa aliran keluar dari masing – masing komponen haruslah diperoleh dan dengan keseimbangan panas aliran keluar
dapat ditentukan. Dengan mengetahui entalpi masing – masing komponen. Untuk reaktor. output y21 dapat dihitung, jika input x21, fungsi f2, juga nilai – nilai untuk satuan parameter u2 digunakan, dan ini dipakai untuk unit separator juga. volume dalam satuan waktu. Sebelum membuat neraca massa, sarjana proses harus punya pengetahuan tentang proses itu sendiri. Langkah aliran dari satu alat ke alat yang lain dengan fungsi yang berbeda harus diketahui. Sifat alami bahanbaku dan produk harus diketahui, tentu saja juga tentang bahan inteermediate dan produk – produk samping. Bagi program pembuatan flowsheet. Keputusan perencanaan untuk tiap model harus dituliskan sehingga diberikan nilai input bahan dan parameter unit, nilai output bahan dari suatu unit dapat diperhitungkan.
Bagi
suatu pencampur, dengan neraca massa alrian keluar atas komponen bahan kimia siap diperoleh dan dengan neraca panas entalpi bahan keluar dapat difixkan, oleh sebab itu entalpi bahan masuk harus diketahui. Bagi suatu reaktor output y21dapat dihitung, jika x21, fungsi f2, juga nilai – nilai untuk parameter – parameter u2 digunakan dan ini juga digunakan pada unit separator. Oleh sebab ini satuan persamaan model dapat dinyatakan sebagai berikut :
f1 (x11,x12, y11) = 0 y11 = (g11,x11,x12)
f2 (x21, y21,u2) = 0 y21 = (g21,x21,u2)
f3 (x31, y31, y32,u3) = 0 y31 = (g31,_x31,u3) y32 = (g32,x31,u3)
f4 (x41,x42, y41) = 0 y41 = (g41,x41,x42)
(1-3)
Dimanan masing masing paket dari persamaan – persamaan yang disusun ulang, contoh y11 = (g11,x11,x12), dapat diselesaikan oleh komputer. Kemudian perhitungan internal akan ditandai sebagai berikut : Diberikan sebagai input t x11_x12 Dengan neraca massa hitung kecep[atan alir yang ada untuk masing masing komponen kimia. Dengan neraca panas hitung output entalpi dari bahan – bahan yang keluar. Aliran2 dan entalpi diwakili oleh nilai – nilai bahan y11. Untuk perencanaan suatu sistem modul sekuens, pengggunan harus membuat jelas semua input bahan – bahan untu diagram alir dan recycle akan dihtiung dengan iterasi dari suatu nilai yang diperkirakan. Algoritma untuk diagram alir diilustrasikan oleh Westerbergs et al (Ernest) sebagai berikut :
1. diberikan nilai input bahan untuk x11.
2. perkirakam nilai bahan yang direcycle untuk x12. 3. gunakan model persamaan – persamaan y11 = g11 _x11_x12_ untuk menghitung y11. 4. pastikan nilai – nilai bahan untuk x21 dan y11 (menggunakan persamaan – persamaan koneksi utama). 5. gunakan model persamaan – persamaan y21 = g21 _x_ u2_ untuk menghitung y21. 6. pastikan nilai – nilai untuk x31 dan y21. 7. gunakan model persamaan – persamaan y31 = g31 _x31_u3_ dan y32 = g32 _x31_u3_ untuk menghitung nilai – nilai output bahan untuk to calculate the y31 dan y32. 8. Uji perbedaan dalam nilai – nilai untuk y31 dan x12, yang harus sama, jika masalah ini diselesaikan (i) jika nilai – nilainya tidak sama, gunakan nilai y31 dan x12 untuk memperkirakan nilai nilai baru untuk x12 dan ulangi dari langkah 3 (ii) jika nilai – nilai mendekati sama, analisa untuk recycle sudah terkover dan kemudain dilanjut ke langkah 9. 9. pastkan nilai –nilai untuk x12 dan y32. 10. gunakan model persamaan – persamaan y411 = g41 _x41_x42_ untuk mengitung y41. 11. keluar Program yang banyak dipakai untuk arsitektur untuk pendekatan model sekuens (the sequential modular approach), adalah Aspen Plus, Pro II, CHEMCAD, dan DESIGN II untuk Windows. Sejumlah paket pada websidte dapat diakses pada alamat – alamat seb agai berikut : ASPEN PLUS, SPEED UP, DYNAPLUS, SPLIT, ADVENT, ADSIM, HYSYS (www.aspentech.com) PRO/II,
PROVISION,
PROTISS,
HEXTRAN
(www.simsci.com)
CHEMCAD
(www.chemstations.net) DESIGN II untuk Windows (www.winsim.com) 2. Dengan
pendekatan
persamaan
modular
(THE
EQUATION
MODULAR
APPROACH) Program yang dapat dipakai untuk metode ini, adalah SPEEDUP, RTO-OPT, gPROMS, yang dapat diakses pada www.psenterprise.com. Pendekatan persamaan modular membutuhkan semua modul dituliskan apa adanya untuk mendekati sekuens modular. Tiap satuan model ditulis dengan tujuan untuk menghitung nilai – nilai bahan keluar dari tiap unit, diberikan nilai – nilai bahan masuk dan nilai – nilai parameter peralatan. Sebagai tambahan, satu modul untuk tiap – tiap tipe unit dituliskan, yang bisa menyatakan nilai output dihubungkan dengan suatu kombinasi linier dari semua nilai – nilai input. Logaritma untuk tipe pendekatan modular ini, adalah sebagai berikut :
1 (a) Diberikan nilai input, xi1, xi2 ... Diberikan parameter – parameter peralatan ui. Diberikan sejumlah perkiraan awal untuk hubungan variable yang berhubungan (b) Gunakan satuan model untuk menghitung ouput – output unit, yi1, yi2 ... 2 (a) Diberikan input – input unit xi1, xi2 ... Diberikan output – output unit yi1, yi2... (b) Cari hubungan – hubungan linier yang
yang bisa menghubungkan model unit untuk
perubahan kecil dari input – input, yang bisa menemukan koeffisien aijk, seperti
ki yij = ∑
aijkxik
(1-4)
k=1 dimana ki, adalah jumlah bahan – bahan masuk ke unit i. Koeffisien – koeffisien aijk dapat bervariasi dengan akurasi yang dibutuhkan, dan diinginkan untuk hubungan – hubungan linier jika semua direalisasikan, model – model linier. Persamaan – persamaan yang tersisa untuk sistem, adalah hubungan persamaan – persamaan dari bentuk
xpq = yst
(1-5)
yang juga linier dalam semua variabel x dan y. Setelah perhitungan aijk dari langkah 2(b) di atas , 2 set persamaan linier yang mendekati penjelasan diagram alir, adalah bentuk dari model – model berikut. Pendekatan model – model :
ki yij = ∑ aijkxik
dan
k=1
Persamaan penghubung :
xpq = yst
Model – model dan persamaan – persamaan penghubung dikumpulkan bersama untuk diagram alir yang ada. Ini semua dapat diselesaikan secara prinsip ; bagaimanapun mereka mengandung
lebih banyak variabel dari persamaan – persamaan. Jumlah yang tepat dari varibel – variable ekstra, adalah bisa ditentukan dengan mudah, sebab persamaan – persamaan ini, adalah identik dengan persamaan – persamaan yang asli, dinamakan
Model yang tepat ;
yij = gij (xi1, xi2, ... ,xik, ui) (1-6)
Persamaan – persamaan penghubung :
xpq = yst
Model persamaan – persamaan mencakup variabel variabel x dan y yang sama dan hanya bentuk yang sudah disederhanakan untuk memperolrh suatu hubungan – hubungan linier. Nilai variabel – variable unit ui, adalah ditetapkan, mereka bisa konstan dalam model yang tepat. Mereka juga mempengaruhi koeffisien – koeffisien aijk yang ditemukan pada langkah penyesuaian model linier dengan model yang tepat. Namun mereka tidak secara eksplisit dipertimbangkan dalam model linier. Oleh sebab ini dalam memilih untuk menetpkan nilai – nilai ui untuk model yang tetap, dan pengolompokan suat u sekuens perhitungan dalam menyelesaikan model yang tetap, sekuens yang sama harus berfungsi untuk penedekatan persamaan – persamaan model linier.
3. Dengan Pemodelan derajat kebebasan (DEGREES-OF-FREEDOM MODELING) Satu aspek penting dari kombinasi neraca massa dan neraca energi dalam pemodelan proses, ialah bagaimana memastikan bahwa persamaan – persamaan proses atau sejumlah set module ditentukan, itu adalah memastikan persamaan – persamaan (differensial dan aljabar) menghasilkan suatu hubungan yang unik antara semua output dan input. Oleh sebab itu, penting untuk menentukan sejumlah variable – variabel yang tidak diketahui, dan dengan konsekuensi harus memiliki nilai – nilai yang dispesifikasi dalan satu set persamaan yang independen dengan nilai – nilai yang harus ditunjukkan, sehingga persamaan – persamaan dapat diselesaikan. Sejumlah derajat kebebasan, adalah sejumlah variabel dalam satu set persamaaan – persamaan yang independen dengan nilai – nilai harus ditetapkan, sehingga persamaan – persamaan dapat diselesaikan. Sejumlah analisa derajad kebebasan dapat digunakan dalam pengembangan suatu blok atau model simulasi suatu unit proses. Masing – masing blok menyelesaikan suatu set Npersamaan mencakup Nvariable, dimana Npersamaan lebih kecil dari Nvariabel . Sejumlah variabel – variabel yang dimanipulasi tidak dapat melebihi jumlah derajad kebebasan, dan ini ditentukan menggunakan suatu model prosess dengan ND = Nvariabel – Npersamaan
(1-7)
Dimana ND, adalah jumlah derajad kebebasan, Nvariabel, adalah jumlah variabel dan Npersamaan, adalah jumlah persaman bebas yang dijelaskan dalam proses. Nvariabel – N
persamaan variabel harus dispesifikasi sepanjang N persamaan masih bebas. Disini suatu analisa derajad kebebasan mengklasifikasi masalah pemodelan menjadi 3 kategori :
1. ND = 0: proses ditentukan dengan tepat (dispesifikasi dengan tepat). Jika ND = 0, maka jumlah persamaan sama dengan jumlah variabel proses, dan sejumlah persamaan memiliki satu penyelesaian yang unik.
2. ND > 0: proses dibawah perkiraan (dibawah spesifikasi). Jika ND > 0,, maka N variabel > N persamaan, dan jika seperti ini, ada lebih banyak variabel proses dari persamaan. Konsekuensinya, Npersamaan mempunyai sejumlah penyelesaian yang mutlak karena ND variabel proses dapat dispesifikasi secra terpisah. Model proses diklasifikasi sebagai di bawah perkiraan atau di bawah spesifikasi.
3. ND < 0: proses melebihi perhitungan (melebihi spesifikasi). Untuk ND < 0, maka variabel proses lebih sedikit sari persamaan – persamaaan, dan konsekuensinya sejumlah set persamaan – persamaan tidak mempunyai penyelesaian. Model proses diklasifikasikan sebagai melebihi perkiraan atau melebihi spesifikasi. Kategori yang memuaskan, adalah ND = 0. Jika ND > 0, input yang cukpu tidak bisa diidentifikasi. Alternatifnya, Jika ND < 0, maka penambahan model persamaan yang independen harus dikembangkan. Kedua variabel ekstensif dan intensif termasuk dalam analisa yang kontras dengan derajad kebebasan yang diperoelh dari penggunaan aturan phase, yang menggunakan variabel intensif. Variabel – variabel yang jelas, adalah suhu, tekanan, juga massa(mol) kecepatan alir untuk tiap kompoene dalam suatu bahan atau kadar dari tiap komponen ditambah total kecepatan alir, entalpi spesifik, kecepatan aliran panas, kerja (dalam neraca panas), dan rasio recycle. Sejumlah variabel yang dimanipulasi, secara umum lebih kecil dari jumlah derajad kebebasan, karena beberapa variabel mungkin didefenisikan secara eksternal ; yakni
ND = Ndimanipulasi + Ndidefenisi secara Eksternal.
Oleh sebab ini, jumlah dari variabel bebas yang dimanipulasi dapat dinyatakan dalam hal jumlah dari variabel yang didefenisikan secara eksternal, seperti disarankan oleh Seidere et al. (9). Ndimanipulasi = Nvariables − Ndidefenisi secara Eksternal −Npersamaan
(1-8)
Jumlah dari variabel bebas yang dimanipulasi sama dengan jumlah variabel yang dikontrol yang dapat diatur. Namun, kendati suatu variabel yang dimanipulasi dipasangkan dengan suatu output yang diatur, derajad kebebasannya ditransfer pada set poitn output, yang menjadi variabel baru yang bebas.
Suatu pendekatan yang teratur untuk untuk pemodelan yang baik seperti berikut : Pertama, nyatakan dengan jumlah dalam model yang diketahui tetapan atau parameter parameter yang dapat ditetapkan dalam basis dimensi peralatan, sifat – sifat fisik yang tetap, demikian selanjutnya. Kedua, identifikasi N persamaan variabel – variabel output, yang diperoleh melalui penyelesaian
dari model persamaan differensial, persamaaan aljabar, dan hasil intergrasi
penggunaan kondisi – kondisi spesifik yang mendasar. Ketiga identifikasi variabel – variabel yang dispesifikasi sebagai fungsi waktu, input – input dalam model, yang akan ditentukan oleh lingkungan proses. Sebagai contoh, kecepatan alir proses mungkin kecepatan alir output dari
bahan masuk suatu unit, atau mereka dapat
dispesifikasi oleh seorang perancang sistim kendali untuk bertindak memanipulasi variabel – variabel dalam suatu strategi pengendalian. Ini sebaiknya dicatat, bahwa waktu t tidak hanya satu dari Nvariabel dari variabel proses, karena ini bisa jadi suatu input atau output proses.
1.8 BAHAN KIMIA ISOBUTANA (iC4H10) Isobutan utamanya digunakan sebagai agane alkilasi untuk menghasilkan beragam senyawa (alkilat) yang berbeda dengan suatu bilangan oktan yang tinggi. Banyak permintaan isobutan sebagai isobten precrsors dalam produksi oksigenat seperti metil dan butil tertier butil eter (MBTE dan
ETBTE). Dalam memperoduksi isobutan iC4H8 sebagain n-butana
disiomerisasi menjadi (C4H10), yang dihidrogenasi lebih lanjut menjadi isobuten. Gambar 1-5 menunjukkan proses Butamer, suatu reaktor fix bed mengandung suatu katalis dengan seletivitas tinggi yang mendorong konversi n-butana menjadi isobutana dalam keseimbangan. Isobutana dipisahkan dalam suatu menara deisobutana. Bahan n-butana direcycle dengan make up hidrogen. Reaksi isomerisasi terjadi pada suatu suhu yang relatif rendah CH3CH2CH2CH3 → iCH3CH(CH3)2 Proses Catofin saat ini digunakan untuk dehidrogenasi isobutana menjadi isobutena. Dengan aletnatif, isobuten bisa mengalami thermal cracked (pecah atau mengurai karena panas) yang menghasilkan mayoritas isobuten dan propana. Produk – produk lain yang terbentuk, adalah gas bakar C5 + cairan. Proses steam cracking dibuat dari tiga unit proses : satu unit reaktor pemecah (furnace cracking), satu unit recovery uap, dan satu unit fraksinasi produk. Hidrogenasi isobutana menjadi isobuten ditampilkan oleh iCH3CH(CH3)2 → iCH3CH3C=CH2 + H2
dan reaksi lanjut isobute dengan metanol menghasilkan MTBE, seperti ditunjukkan oleh CH3OH + (CH3)2C= CH2 → CH3OC(CH3)3
CH3 CH3OH+ CH3−C=CH2 → CH3 −C−O−CH3
CH3
CH3
A STUDI KASUS (FELDER DAN ROUSSEAU [10]) Pase gas dehidrogenasi isobutana menjadi isobuten -H2 iC4H10 → iC4H8 + H2 A→B+C
dibawa keluar dalam suatu reaktor kontinus. Bahan murni isobutana (umpan segar ke proses) dicampur secara adiabatis dengan dengan suatau bahan yang direcycle mengandung 90 % isobutana
dan
sisanya isobuten, dan kombinasi bahan – bahan dibawa ke suatu reaktor
berkatalis. Effluen dari proses ini diproses pada suatu proses pemisahan ganda : satu bahan produk mengandung semua hidrogen dan 10 % isobutana meninggalkan reaktor juga isobuten dikirimkan ke bagian lain dari pabrik untuk proses lebih lanjut, dan bahan produk lain direcycle kembali ke reaktor. Konversi laluan tunggal isobutana dalam reaktor, adalah 35 %. Gambar 1-6 menunjukkan diagram alir proses untuk suatu umpan dengan jumlah 100 mol isobutana, dimana A menunjukkan isobutana, B isobuten, dan C hidrogen.
Qr (kw) nA2 (mol a/s) 100 mol
Reaktor 20 oC
Qs (kw)
nB2 (mol b/s) nC2 (mol c/s)
nA1 (mol a/s) nB1 (mol b/s) Tf (oC)
90 oC
Separator tor
nA3 (mol a/s) nB3 (mol b/s) nC3 (mol c/s) 30 oC
n4 mol/s 0,9 (mol/s) 0,1 (mol/s) 85 oC
Gambar 1-6. Gambar proses yang disederhanakan (Ernest) Gambar 1-7 adalah suatu diagram alir yang sudah disimulasi. Ini mengandung semua modul yang berfungsi dan interkoneksi bahan – bahan yang dipergunakan untuk membuat model proses ini. Tiga modul menggambarkan proses ini : reaktor, proses pemisahan, dan titik campur yang merupakan satu titik cabang pada jalur umpan atau tangki pengaduk. Derajad kebebasan lokal bergabung dengan masing – masing module yang ditentukan, lalu derajad kebebasan bersih untuk proses.
USING MICROSOFT EXCEL SPREADSHEET DAFTAR PUSTAKA 1. Ernest Ludwig, 2007. “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants”, Volume 1,
Edisi 4, Elsevier Inc, USA.
2. Feld and Hanh, 1998. “Operation manual of Splitting Unit”, Medan, Indonesia. 3. Feld and Hanh, 1998. “Operation manual of Fatty Acid Distillation”, Medan, Indonesia. 4. Inter Oleo Technology Sdn Bhd, 2000, “Oleochemical”, Technical Seminar, Medan Indonesia. 5. Hydise Sdn Bhd, 2000, “Hydrogenation/Interesterification”, Technical Seminar, Medan, Indonesia. 6. Richard Turton et al., 2009. “Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Process”, Edisi 3, Prenctice Hall International Series,USA.
