01
PENDAHULUAN
Instrumentasi dan Pengendalian Proses - 121171673 salah satu ilmu terapan dalam teknik kimia dengan tujuan utama memberikan dasar pengetahuan tentang: a) dasar-dasar instrumentasi proses b) Sifat dinamis dan pengendalian sistem terhadap perubahan variabel proses (gangguan) MKA Pendukung: Dinamika Proses, Kalkulus 3, Numerik, Reaktor, dan Perancangan Proses. 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/1
Tujuan Umum: Mahasiswa mampu merancang sistem pengendalian proses pada pabrik kimia
Tujuan Khusus: Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip dasar instrumentasi proses, dan mampu menganalisis serta merancang sistem pengendalian untuk unit proses dan pabrik secara keseluruhan (plant-wide) 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/2
Instrumentasi Proses untuk mendapatkan informasi penting yang berkaitan dengan kelangsungan proses Pengukuran variabel proses: P, T, V, F, C Mendukung keberhasilan sistem pengendalian proses otomatis Sebelum suatu kondisi dapat dikendalikan, maka ia harus terlebih dahulu diukur Jika suatu kondisi dapat dikendalikan secara MANUAL, maka semestinya kondisi tersebut juga dapat dikendalikan secara OTOMATIS
INSTRUMENTASI 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/3
Ilustrasi Dinamik
Liquid Level Dynamic in A Stirred Tank Heater From the upstream unit
V-01
da
e ng
From the upstream unit
V-02
r da
e ng
r
hsp liquid’s level set-point to the next unit
V-03 Steam 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Condensate INDALPRO
/4
Pabrik Kimia Susunan beberapa unit proses (reaktor, heat exchanger, menara distilasi, absorber, evaporator, tangki, pompa, dll) yang terintegrasi secara sistematis dan rasional untuk mengubah bahan baku menjadi produk yang diinginkan (mempunyai nilai lebih) menggunakan sumber energi yang tersedia dengan cara seekonomis mungkin (Stephanopoulos, G., 1984)
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/5
Sistem Pengendalian Proses Mengapa proses-proses industri memerlukan sistem pengendali otomatis? Proses-proses industri tidak statis tetapi sangat dinamis; artinya, kondisi proses berubah dengan adanya perubahan beban gangguan (F, T, P, C) yang masuk ke proses.
Pengendali Otomatis 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/6
Typical Heat Exchanger •
The outlet temperature of process stream varies with the disturbance load changes
•
Purpose : maintain T at its desired value (set point)
Steam
Ti(t), f(t)
T(t)
Process stream
Heated stream
Manual ? Or Automatic ?
Condensate
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/7
Tiga kelemahan pengendalian manual oleh operator (manusia): • Operator sering melihat suhu HE • Operator yang berbeda menghasilkan keputusan yang berbeda, tentang bagaimana memindahkan katub steam • Di sebagian besar pabrik, terdapat banyak variabel yang harus dijaga pada kondisi tertentu, sehingga memerlukan tenaga operator yang banyak
∴ Pengendalian Proses Otomatis Perlu Diterapkan
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/8
Sistem Pengendalian Feedback untuk Proses Heat Exchanger TT : Temperature Transmitter (Sensor) Æ thermocouple TC : Temperature Controller
Steam
SP
3 komponen dasar: • Sensor/Transmitter • Pengendali (Controller) • Elemen Pengendali akhir (Final Control Element)
TC 01 TT 01
Ti(t), f(t)
T(t)
Process stream
Heated stream
3 Basic Operations: • Measurement (M) • Decision (D) • Action (A)
Condensate
Tujuan utama pengedalian otomatis pada HE adalah menjaga suhu arus proses keluar HE pada nilai yang diinginkan (set-point) dengan memanipulasi (mengubah) laju alir steam, walaupun terjadi perubahan gangguan. 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/9
Sistem Pengendalian Feedforward untuk Proses Heat Exchanger SP
Steam
Feedforward controller TT 10 FT 11 Ti(t), f(t)
TT 11
T(t) Heated stream
Process stream
TT : Temperature Transmitter (Sensor) Æ thermocouple FT : Flow Transmitter
Condensate
Tujuan pengedali feedforward pada HE adalah mengukur gangguan dan membuat kompensasi sebelum variabel terkendali (suhu arus proses keluar HE) menyimpang dari nilai yang diinginkan (set-point). 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 10
air dingin (suhu bervariasi)
air dingin (suhu bervariasi) air hangat
TC (t)
air hangat TC (t)
TH
TH
air panas (suhu tetap)
air panas (suhu tetap)
Keterangan: tangan kiri ayah merasakan suhu air hangat, dan tangan kanan ayah mengoperasikan valve air panas. (A)
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Keterangan: tangan kanan ayah merasakan suhu air dingin, dan tangan kiri ayah mengoperasikan valve air panas. (B)
INDALPRO
/ 11
Kombinasi Sistem Pengendalian Feedforward dengan kompensasi Feedback untuk Proses Heat Exchanger Steam SP
Feedforward controller
TC 10 FT 11 Ti(t), f(t)
TT 10
TT 11
Heated stream
Process stream
TT : Temperature Transmitter (Sensor) Æ thermocouple FT : Flow Transmitter
T(t)
Condensate
Pengendali Feedforward menanggulangi gangguan utama, sedangkan pengendali Feedback menanggulangi gangguan yang lain. .. Apa Maksudnya?? 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 12
Typical Chemical Plant Recycle Stream
Separator Reactor
Fresh feed Heat Exchanger
Mixer
Product
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 13
Typical Chemical Plant with Energy Integration Recycle Stream
Separator Reactor
Fresh feed Heat Exchanger
Mixer
Product
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 14
A Complex Energy Integrated HDA Process Purge
Compressor Gas recycle Cooler H2 feed Toluene feed
Furnace
FEHE-1
FEHE-2
FEHE-3
PFR Separator Quench
Toluene recycle
Fuel
Methane CR
Recycle Column R3
Benzene
R2
Product Column
R1
Stabilizer Column
Diphenyl
Sumber: Terrill, D. L. and Douglas, J. M. (1987), A T-H Method for Heat Exchanger Network Synthesis. Ind. Eng. Chem. Res. 26, 175-179 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 15
Motivasi Pengendalian Proses Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi selama pabrik beroperasi: 1. Keselamatan (Safety) Æ P, T, C, harus berada pada batas yang diijinkan Æ Perlu DALPRO untuk menjaga kondisi operasi pada nilai yang diinginkan (set-point).
2. Spesifikasi Produksi Æ produk pabrik (kuantitas dan kualitas) sesuai dengan permintaan pasar
3. Peraturan-Peraturan Lingkungan Æ Kondisi operasi (Flow, T, C) berada pada batas yang ditentukan, misal: [SO2]max, kualitas air yang dibuang ke sungai.
4. Batasan-Batasan Operasional Æ Tangki: tidak boleh kering atau meluap Æ Suhu reaktor berkatalis tidak boleh melebihi batas atas yang ditentukan
5. Ekonomi Æ Operasi pabrik harus sepakat dengan kondisi pasar (ketersediaan bb harus seimbang dengan produk) 1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 16
Pengendalian Proses diperlukan untuk: • Menekan pengaruh gangguan luar (variasi T, P, F, C) • Menjamin kestabilan proses kimia • Mengoptimalkan kinerja proses kimia
1 – PENDAHULUAN – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO
/ 17
