PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : 1411 - 4216
SIMULASI ABSORPSI MULTIKOMPONEN HIDROKARBON DENGAN VISUAL BASIC 6.0 METODE BURNINGHAM-OTTO SUM RATES M. Kis Harwanto, Shintoko Adjie dan Purwanto Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Abstrak Program ini digunakan untuk melakukan simulasi absorpsi multikomponen hidrokarbon, dibuat dengan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0 dan dilengkapi fasilitas database. Adapun metode yang digunakan adalah metode Burningham-Otto Sum Rates yang merupakan salah satu algoritma modern. Pada algoritma modern perhitungan stage demi stage dilakukan dari stage 1 (puncak kolom) sampai stage n (dasar kolom) dengan memanfaatkan matriks tridiagonal. Data yang diperlukan untuk perhitungan neraca panas diperoleh dari database yang dibuat menggunakan Visual Data Manager dengan format Microsoft Access. Dari program yang dibuat diperoleh hasil berupa laju alir uap dan cair pada masing-masing stage, komposisi hasil atas dan bawah, dan temperatur masing-masing stage. Program ini sudah dapat dijalankan dengan baik, akan tetapi memerlukan fasilitas tambahan berupa perluasan permasalahan dan fasilitas untuk menambah komponen yang belum ada dalam database sehingga halini dapat digunakan untuk penelitian lebih lanjut. Kata Kunci: absorpsi, multikomponen, matrik tridiagonal. PENDAHULUAN Perhitungan absorpsi multikomponen dapat menghabiskan waktu yang lama jika mengggunakan perhitungan stage demi stage secara manual dengan neraca panas dan neraca massa serta kesetimbangan uap cair. Adanya komputer memungkinkan penyelesaian absorpsi multikomponen lebih teliti, waktu dan biaya yang lebih sedikit, selain itu akan didapatkan hasil yang mendekati nilai eksak. Metode yang digunakan adalah metode Burningham-Otto Sum Rates dimana algoritmanya merupakan salah satu algoritma modern dan memanfaatkan matriks tridiagonal. Pada penelitian kali ini program dilengkapi dengan database sehingga memudahkan pengguna dalam memberikan input kepada program. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah Visual Basic 6.0 karena mempunyai keunggulan antara lain program menggunakan GUI ( Graphical User Interface ) sehingga lebih mudah dipahami oleh pengguna, selain itu memudahkan programer untuk membuat listing program karena baris-baris perintah lebih tertata rapi dan bahasa pemrograman yang relatif lebih sederhana dibanding C ++. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat program komputer untuk perhitungan destilasi multikomponen metode Burningham-Otto Sum Rates dengan database menggunakan Visual Basic 6.0. TINJAUAN PUSTAKA 1. Absorpsi Absorpsi merupakan salah satu proses separasi yang digunakan dalam berbagai industri. Proses ini memanfaatkan sejumlah massa solvent untuk memisahkan suatu komponen tertentu dari komponennya melalui suatu mekanisme difusi. Dalam absorpsi, terjadi kontak antara fase gas dengan fase cair dan perpindahan massa yang terjadi hanya satu arah yaitu dari fase gas ke fase cairan. Perpindahan massa satu arah ini akan menyebabkan naiknya jumlah komponen yang lebih mudah larut dalam solvent. Absorpsi multikomponen merupakan proses absorpsi yang melibatkan lebih dari dua komponen. 2. Persamaan MESH (Material, Equilibria, Summation and Heat Balance) Untuk tiap komponen i yang berjumlah C pada tiap stage j yang berjumlah N persamaan MESH-nya sebagai berikut : a. persamaan neraca massa ….(1) Mij = Lj-1xi,j-1+Vj+1yi,j+1+Fjzij–(Lj+Uj)xij-(Vj+Wj)yij = 0 b. persamaan keseimbangan tiap komponen (C persamaan tiap stage) Eij = yij-Kijxij=0 .....(2) c. penjumlahan fraksi mol
(S ) = ∑ y C
y
j
i =1
ij
−1 = 0
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
.…(3)
D-5-1
C
(S x ) j = ∑ xij − 1 = 0
.…(4)
i =1
d.
persamaan neraca panas Hj = Lj-1HLj-1+Vj+1HVj+1+FjHFj-(Lj+Uj)HLj-(Vj+Wj)HVj-Qj =0
….(5)
3. Metode-Metode Yang Digunakan Pada Absorpsi Multikomponen 3.1. Metode Pendekatan Factor kesalahan dengan metode ini mencapai 10% atau lebih. Metode-metode yang digunakan antara lain : a. Metode Smith-Brinkley (SB Method) b. Metode Fenske-Underwood-Gilliland (FUG Method) 3.2. Metode Teliti Metode yang digunakan dapat dikelompokkan menjadi dua algoritma, yaitu : a. Algoritma Klasik Cara klasik menggunakan perhitungabn stage demi stage, dari atas ke bawah dan dari bawah ke atas. Metode yang termasuk kelompok ini antara lain : ! Metode Lewis-Matheson ! Metode Thiele-Geddes Perhitungan dengan algoritma klasik mempunyai dua kerugian, yaitu: # Perhitungan tersebut harus bertemu di suatu titik di kolom biasanya di stage umpan, dan jika ada lebih dari satu umpan, harus dipilih suatu titik temu untuk tiap komponen. Jika volatilitas komponen-komponennya berbeda jauh, titik temu yang sama tidak dapat digunakan untuk seluruh komponen apabila kita ingin menghindari perhitungan numeric yang terlalu sulit. # Prosedur yang berbeda harus dilakukan untuk menangani komponen yang tidak terdistribusi. Konsentrasi komponen tidak terdistribusi pada titik tertentu dianggap nol. b.Algoritma Modern Pada algoritma modern, perhitungan stage demi stage dilakukan dari stage 1 sampai stage N, dengan memanfaatkan matrik tidiagonal. Ada tiga metode. ! Metode Wang-Henke Bublepoint ! Metode Sum Rates ! Metode Simultan Correction
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
D-5-2
METODOLOGI MULAI Tentukan Fj; xi,j; kondisi umpan (TFj; PFj; atau HFj) Pj; Uj; Wj; Qj; N
Tentukan harga tear variabel Tj, Vj
Evaluasi Matrik Tridiagonal (Satu komponen pada satu waktu)
Hitung x dengan metode Thomas (matriks tridiagonal)
Hitung harga Lj baru dan Vj baru
Evaluasi berikutnya (Satu persamaan pada satu waktu)
Normalisasi harga baru xijuntuk setiap stage. Hitung yij dari xij. Normalisasi yij Ubah harga tear variabel Hitung harga baru Tj
τ < 0.01N ?
Tidak
Penyelasaian simultan dari persamaan dengan Newton-Raphson
Ya
Tidak konvergen Ya
Konvergen Selesai
a. Validasi Program Program yang telah dibuat kemudian diperiksa apakah dapat menyelesaikan permasalahan yang diberikan, yaitu dengan cara membandingkan hasil simulasi dengan data sekunder mengenai permasalahan yang sama dan telah diselesaikan. Data sekunder yang digunakan diambil dari “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook” edisi keenam, chapter 13, example 5. b. Simulasi Program Simulasi yang dilakukan menggunakan variabel : a. Laju alir gas yang akan diabsorpsi b. Laju alir absorbent oil c. Laju alir secondary absorbent oil d. Besarnya panas yang ditambahkan atu dikeluarkan dari suatu stage. e.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
D-5-3
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil dari langkah validasi program menunjukkan bahwa program telah dapat berjalan dengan baik dan sesuai dengan data sekunder, seperti yang dalam tabel sebagai berikut : Stage 1 2 3 4 5 6 7 8
Suhu Hasil Simulasi (oF) 84.66 86.13 86.99 86.97 87.91 88.42 85.65 91.01
Suhu pada Data Sekunder (oF) 84.9 86.0 86.7 85.8 86.5 87.1 85.0 91.3
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
% Kesalahan 0.28 0.15 0.33 1.36 1.63 1.51 0.76 0.31
D-5-4
