Tujuan Pembelajaran Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat melakukan hal-hal berikut.
•
Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia
•
Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses
•
Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas
2
Kerangka Kuliah Kerangka Kuliah • Tujuh (7) Obyektif Pengendalian 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
• Ukuran variabilitas • Dampak ekonomi dari variabilitas • Workshop
3
CONTOH PROSES: FLASH SEPARATION Mari kita diskusikan proses ini T6
Feed Methane Ethane (LK) Propane Butane Pentane
T1
Vapor product
P1
T5
P 1000 kPa
T2
T 298 K F1
F2
T4
T3
L1
F3 A1
Process fluid
Steam
L. Key
Liquid product 4
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
5
Tujuh Obyektif Pengendalian Tekanan tinggi di dalam drum adalah bahaya
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
PC
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
6
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
7
Tujuh Obyektif Pengendalian To flare 1. Kesalamatan (safety)
Tidak pernah melepas hidrokarbon ke atmosfir
2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
8
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
9
Tujuh Obyektif Pengendalian 1. Kesalamatan (safety)
Tidak ada aliran yang dapat merusak pompa
2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
LC
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
10
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contohnya
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
11
Tujuh Obyektif Pengendalian Selalu menjaga kelancaran laju produksi
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
Vapor product
P1
3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
FC
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
12
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
3. Proteksi peralatan
P1
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
13
Tujuh Obyektif Pengendalian Mencapai L.Key dengan menyesuaikan pemanasan
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
Vapor product
P1
3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit
T1
T2
F1
T4
T5
Feed T3
7. Memonitor dan mendiagnosis
F2
Process fluid
L1
F3
Steam
AC L. Key
Liquid product
14
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
15
Tujuh Obyektif Pengendalian Gunakan pemanasan semurah mungkin
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
Vapor product
P1
3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
AC L. Key
Liquid product
16
Tujuh Obyektif Pengendalian Beri contoh
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
T6
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
17
Tujuh Obyektif Pengendalian Hitung dan plot parameter kunci, misal, UA. T6
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan
P1
3. Proteksi peralatan
Vapor product
4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product
UA waktu 18
Tujuh Obyektif Pengendalian Ketujuh-tujuhnya harus dicapai. Gagal untuk melakukan yang demikian akan berakibat operasi yang tidak menguntungkan atau lebih buruk lagi, tidak selamat.
1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk
T6
P1
6. Profit
Vapor product
7. Memonitor dan mendiagnosis
T1
T2
F1
T4
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product 19
Sistem Pemanasan Rumah Identifikasi fitur-fitur yang seharusnya dimasukkan dalam sistem pengendalian untuk mencapai ketujuh obyektif pengendalian: a. Safety b. Environmental Protection c. Equipment Protection d. Smooth Operation e. Product Quality f. Profit g. Monitoring
20
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar
5. Kualitas produk 6. Profit
7. Memonitor dan mendiagnosis
Ada beberapa aspek yang akan dibutuhkan untuk memastikan operai yang aman: Furnace akan memerlukan flame detector, yang akan mematikan gas bila nyalanya berlebihan. Sistem air akan memiliki sebuah flow meter untuk menjamin sirkulasi air dingin; kalau tidak ada, furnace bisa overheat. Ruangan seharusnya memiliki detektor asap dan karbon dioksida jika terjadi salah fungsi
21
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
Untuk melindungi lingkungan, furnace bisa dioperasikan pada kondisi yang pas sehingga menghindari produksi NOx (suhu nyala rendah). Juga, penggunanaan fuel bisa diminimisasi, sehingga mereduksi produksi GHG 22
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
Untuk melindungi peralatan, sistem memerlukan: Sebuah flow meter untuk menjamin sirkulasi air. Jika aliran ini berhenti, pembakaran akan berhenti untuk melindungi furnace dari overheating 23
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
Sebuah daerah mati (dead band) akan diterapkan untuk membantu operasi yang lancar. Dead band ini memerlukan perubahan suhu yang cukup sebelum status furnace berubah (on/off). Ini akan mencegah terlalu seringnya switch disebabkan oleh perubahan suhu yang sangat kecil dalam ruangan
24
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
Sasaran sistem pemanasan rumah adalah menjaga suhu ruang dalam daerah suhu yang menyenangkan. Suhu rata-rata seharusnya berada pada suhu yang diinginkan dan dead band seharusnya cukup kecil sedemikian rupa sehingga berada pada daerah suhu yang menyenangkan
25
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety)
2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
Agar bisa memaksimalkan profit (dalam kasus ini, meminimisasi pengeluaran), konsumsi fuel perlu diminimisasi pada set point suhu yang diberikan. Untuk mencapai ini, peralatan untuk mengatur udara berlebih perlu dipasang, karena pemanasan dengan udara ekstra (tidak digunakan untuk pembakaran) cenderung ineffisiensi. Hati-hati, terlalu sedikit udara bisa berbahaya!
26
7 Obyektif: Sistem Pemanasan Rumah 1. Kesalamatan (safety)
2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis
Untuk memonitor kinerja sistem, sangat berguna untuk membandingkan konsumsi fuel per derajat hari. Beberapa peralatan ukur akan dibutuhkan untuk mengumpulkan data yang diperlukan. Kenaikan yang signifikan pada harga ini akan mengindikasikan kehilangan efisiensi. Kita akan menggabungkan data untuk menentukan akar penyebabnya 27
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik
Daerah operasi yang mungkin harus didefinisikan
Operating window (feasible operating region): daerah yang memuaskan semua batasan (operasi) Soft constraint: pelanggaran sedikit batasan
Prinsip fisika: semua konsentrasi 0 Keselamatan, proteksi lingkungan dan peralatan Kapasitas peralatan: aliran maksimum Kualitas produk
kualitas produk rendah mengurangi umur peralatan diijinkan tapi dihindari
Hard constraint: pelanggaran batas kritis
bisa merusak peralatan tidak diijinkan dalam kondisi apapun
28
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik Suhu dioperasikan sangat dekat (tanpa melebihi) batasan maksimum
Suhu reaktor:
minimum: tidak ada reaksi maksimum: kerusakan logam, banyak sekali reaksi samping
29
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik
Rasio bahan bakar dan udara
sedikit sekali udara: sedikit bahan bakar yang dibakar -DIBUANG udara berlebihan: mengurangi suhu nyala -- mengurangi PERPINDAHAN PANAS
Penting sekali untuk mengendalikan udara berlebih. Defisiensi oksigen akan berakibat kondisi yang berbahaya. Bahan bakar yang tidak bereaksi berada di ruang bakar, kalau bertemu udara lain akibatnya bisa meledak.
30
Menentukan Kondisi Operasi Pabrik
Memperluas analisis lebih dari satu dimensi, misal: suhu dan aliran produk Operasi terbaik: maksimum suhu dan aliran (bagian pojok kanan atas) Secara pasti ini tidak bisa dicapai, karena …??? GANGGUAN Lingkaran kecil menunjukkan variasi yang kecil pada kedua variabel: OPERASI TERBAIK 31
Manfaat Pengendalian Proses Saat kita mengendalikan sebuah proses, kita mengurangi variabilitas dari variabel-variabel kunci untuk mencapai tujuh obyektifnya. Tanpa feedback control Komposisi (% H. Key) 6
outlet concentration
5
4
3
2 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
300
350
400
450
500
time (min) 51
Reflux valve
valve position (% open)
50.5
50
49.5
49 0
50
100
150
200
250 time (min)
32
Manfaat Pengendalian Proses Saat kita mengendalikan sebuah proses, kita mengurangi variabilitas dari variabel-variabel kunci untuk mencapai tujuh obyektifnya. Dengan feedback control Komposisi (% H. Key)
outlet concentration
3.5
3
2.5 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
300
350
400
450
500
time (min) 100
Reflux valve
valve position (% open)
80
60
40
20 0
50
100
150
200
250 time (min)
Variabilitas dipindahkan dari controlled variable ke manipulated variable! 33
Manfaat Pengendalian Proses Saat kita mengendalikan sebuah proses, kita mengurangi variabilitas dari variabel-variabel kunci untuk mencapai tujuh obyektifnya.
Statistik apa yang dapat kita hitung dari data ini?
Bagaimana kita menghubungkan variabilitas dengan kinerja proses? 34
Manfaat Pengendalian Proses Kinerja proses = efisiensi, yield, laju produksi, dsb. Itu mengukur kinerja untuk mencapai obyektif pengendalian.
Hitung kinerja proses menggunakan distribusi, bukan harga rata-rata dari variabel kunci!
35
Contoh Manfaat mengurangi variabilitas pada reaktor kimia
A
Sasaran: Memakasimalkan konversi etana umpan tapi tidak melebihi 864oC Mana operasi, A or B, yang lebih baik dan jelaskan kenapa.
B
36
Contoh Manfaat mengurangi variabilitas pada reaktor kimia
A
Sasaran: Memakasimalkan konversi etana umpan tapi tidak melebihi 864oC Mana operasi, A or B, yang lebih baik dan jelaskan kenapa.
B
37
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT - WORKSHOP 1 Menentukan satu contoh untuk setiap bagian dari tujuh kategori obyektif pengendalian
FT 1
PIC 1
Flue gas
AT 1
PI 4
TI 1
Umpan mengalir melalui pipa dan dipanaskan dengan pembakaran bahan bakar PI 5 TI 5
feed
TI 2
TI 6
PT 1
product
TI 3
TI 7
TI 4
TI 8
FT 2
udara
TI 9
TI 10
FI 3
TI 11
fuel PI 2
PI 3
PI 6
38
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT - WORKSHOP 2 Dua contoh proses menunjukkan manfaat mengurangi variabilitas, fired heater reactor dand boiler. Diskusikan beda antara dua contoh itu. Dapatkah anda memikirkan contoh lain yang menunjukkan setiap prinsip tersebut? Squeeze down the variability
frequency of occurrence
0.4
0.3
0.2
0.1
0 -3
-2
-1
0
1
2
3
deviation from mean
39
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT - WORKSHOP 3 Pada dua contoh flash drum dan fired heater, pengukuran suhu sangat penting. Gambarkan beberapa metode untuk mengukur suhu dan rekomendasikan yang sangat cocok untuk contoh flash drum.
How hot is it?
T6
T1
T2
F1
T4
P1
Vapor product
T5
Feed
F2
Process fluid
T3
L1
F3
Steam
A1 L. Key
Liquid product 40
BAB 2: SASARAN DAN MANFAAT PENGENDALIAN Saat saya menyelesaikan bab ini, saya ingin dapat melakukan hal-hal berikut.
•
Mengenal contoh-contoh dari tujuh (7) obyektif pengendalian pada proses-proses kimia
•
Menghitung indikator dari variabilitas pada variable proses
•
Dapat menghitung dampak ekonomi dari variabilitas
Banyak perbaikan, tapi kita perlu beberapa studi lagi! • Baca textbook • Tinjau catatannya, khususnya tujuan pembelajaran dan workshop • Uji coba nasihat-nasihat belajar mandiri • Alaminya, kita seharusnya punya tugas (assignment)! 41
BAB 2: SUMBER PEMBELAJARAN •
Home page - Instrumentation Notes - Interactive Learning Module (Bab 2) - Tutorials (Bab 1/2)
42
BAB 2: NASIHAT UNTUK BELAJAR MANDIRI
1.
Diskusikan pentingnya konsistensi kualitas dalam keputusan anda untuk memesan makanan, pakaian, dsb.
2.
Gambar P&I dari proses distilasi diberikan di buku Woods, D. Process Design and Engineering Practice, Prentice-Hall, 1995 (page 2-65). Tentukan sedikitnya satu contoh setiap obyektif untuk proses ini. Evaluasi disain kontrol yang diberikan, apa itu mencapai obyektif anda?
3.
Tenukan contoh-contoh proses dalan buku ajar sebelumnya dan tentukan keuntungan untuk masing-masing variabilitas yang dikurangi. Dapatkah anda menyediakan harga kuantitatif untuk manfaat ekonominya?
43
