Lec3 Struktur Input Output (1)

LEVEL-2STRUKTUR INPUT-

OUTPUT FLOWSHEET

A. KEPUTUSAN UNTUK STRUKTUR INPUT-OUTPUT

• Untuk memahami keputusan yang diperlukan untuk menetapkan struktur input-output suatu flowsheet, kita sering menggambar suatu kotak mengelilingi proses seluruhnya.

• Selanjutnya kita fokuskan perhatian kita pada bahan baku yang diumpankan dan produk, by-produk yang diambil.

2Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Prosesproduk

by produk

umpan

aliran

Prosesumpan

by produk

produk

aliran

purge

(a)

(b)

Alternatif Flowsheet

Rule : desirable to recover >99% of all valuable materialsbut #1 : might be cheaper to lose inexpensive reactants (e.g., air, water etc)but #2 : recycle gaseous reactant and purge a gaseous impurity or by-product

Remarks: If the cost of separation is cheap (e.g., membrane), the gas recycle and purge might not be necessary.


Keputusan yang Harus Dibuat untuk Menetapkan Struktur Input–Output Flowsheet

1. Haruskah memurnikn aliran bahan baku sebelum diumpankan ke reaktor?

2. Haruskah membuang atau mendaur ulang byproduk reversibel?

3. Apakah kita memerlukan daur ulang gas dan aliran pembersihan (purge)?

4. Apakah O2 dari udara atau air merupakan reaktan yang tidak dipulihkan (recovery) dan didaur ulang (recycle)?

5. Berapa banyak aliran produk yang akan ada/dibuat?

6. Apa variabel perancangan (desain) untuk strktr input-output,


1. Purifikasi Umpan (Bahan Baku)

Keputusan untuk memurnikan bahan baku sebelum masuk proses sama dengan memutuskan untuk mendesain sistem pemurnian preproses.

Hal ini berbeda dari keputusan untuk mengumpankan proses melaui sistem separasi yang diperlukan di beberapa kasus.

Karena pada tahap ini dalam sistesis dan prosedur analisis kita tidak mengetahui jenis sistem separasi apa yang akan diperlukan untuk proses dengan tidak adanya pengotor umpan, kita tidak dapat selalu membuat keputusan yang terdefinisi.


Desulfurizer

secondaryreformer

primery reformer konversi CO(HTSC & LTSC)

stripperabsorber

CO2

metanator

refrigerant

roduk NH3

gas alam

T :28

P : 15,1

steam

udara

kompresor

purge

P : 40

T: 388

P : 40

T: 621

T: 801

P: 37,2

T: 388

T: 817

T: 621

T: 1002

P : 36,2

T: 371

P : 35,9

P : 35,2

T: 223

T : 93

P : 33,8

P : 33,7

T: 117

P : 8,1

P : 110P : 1,86

T : 38

P : 2,04

T : 126,1

T:33,68

T : 70

P : 0,3

T : 344

T : 315,6

P: 165,8

T : 227

P : 165,8

T : 52,3

T : 459

T : 52,3

T : 30/-33

T : 37

P : 32,6

keterangan

P : tekanan (kg/cm2G)

T : temperatur oC


Beberapa petunjuk desain untuk dipertimbangkan:

1. Jika pengotor umpan bukan inert dan terdapat dalam jumlah signifikan, hilangkan.

2. Jika pengotor umpan terdapat dalam umpan gas, sebagai langkah awal, proses pengotor tsb.

3. Jika pengotor umpan dalam umpan cairan termasuk byproduk atau komponen produk, biasanya lebih baik diumpankan ke proses melewati sistem separasi.

4. Jika pengotor umpan terdapat dalam jumlah besar, hilangkan (tdk ada kriteria kuantitatif u mengindikasi seberapa besar).

5. Jika pengotor umpan hadir sebagai azeotrop dg reaktan, sering lebik baik memproses pengotor tsb.

6. Jika pengotor umpan adalah inert namum lebih mudah memisahkannya dari produk daripada umpan, lebih baik memproses pengotor.

7. Jika pengotor umpan adalah racun katalis, hilangkan.


“Jika kita tidak yakin bahwa keputusan kita benar, kita

daftar keputusan yang bertentangan tsb sebagai suatu alternativ proses”


2. Pemulihan atau Daur Ulang By Produk Reversibel

Reaksi pembentukan benzen dari toluena:

• Karena reaksi kedua adalah reversibel, kita dapat mendaur ulang difenil kembali ke reaktor dan dibangun dalam recycle loop sampai akhirnya mencapai level kesetimbangan.

• Difenil yg didaur ulang akan terdekomposisi membentuk benzen pada laju yg sama sebagaimana benzen akan menghasilkan difenil.

Daur ulang peralatan di recycle loop harus diperbesar Dihilangkan selektivitas menurun

2 4

2

Toluene H Benzene CH

2 Benzene Diphenyl H


3. Daur Ulang Gas atau Pembersihan

“Kapanpun suatu reaktan ringan (light reactant) dan juga pengotor umpan yg

ringan atau byproduk ringan yg mendidih lebih rendah dari propilen (-55oF, -48oC),

gunakan daur ulang gas dan aliran pembersihan”

Proses separasi membran juga seharusnya selalu dipertimbangkan.


4. Jangan memulihkan atau mendaur ulang reaktan tak berharga

Terdapat aturan bahwa kita seharusnya memulihkan lebih dari 99% semua material yang bernilai.

Karena material seperti air dan udara kurang bernilai daripada cairan organik, kita umumnya tidak memulihkan atau mendaur ulang jumlah tak terkonversi dari kedua komponen tersebut .


5. Jumlah Aliran Produk

Untuk menentukan jumlah aliran produk yang meninggalkan proses, pertama kali kita mendaftar semua komponen yg diharapkan meninggalkan reaktor.

Daftar komponen ini biasanya termasuk komponen2 dalam aliran umpan dan semua reaktan dan produk yg nampak dalam setiap reaksi.

Selanjutnya kita mengklasifikasi setiap komponen dlm daftar dan memberikan kode maksud.

Kita memisahkan berdasarkan titik didih, dan mengelompokkan komponen terdekat dengan maksud sama.


1. order by bp’s (A – Z; low boiler - high boiler)2. group neighboring components with the same destination.3. no. of groups – no. of recycle streams= no. of product streams


“Tidak pernah bermanfaat memisahkan dua aliran dan kemudian mencampurnya bersama”

Contoh 1:kita memiliki 10 daftar komponen berdasarkan titik didih dan dengan kode maksud. Berapa banyak aliran produk yg ada.Komponen Maksud Komponen Maksud

A waste F Produk utama

B waste G recycle

C recycle H Recycle

D Fuel I by produk

E fuel J Fuel


Aliran produk adalah : 5 A + B ke pembuangan D + E ke bahan bakar F – produk utama ke penyimpanan

untuk dijual I – by produk 1 ke penyimpanan untuk

dijual J ke bahan bakar (J harus dipisahkan

dari D dan E u memulihkan komponen F, G, H dan I, sehingga kita mengolah J aliran produk terpisah.


Contoh 2. Berapa banyak aliran produk untuk proses HDA?

Komponent b.p. Destination code

Hydrogen -253oC recycle and purgemethane -161oC recycle and purgebenzene 80oC primary product Toluene 111oC recycleDiphenyl 253oC fuel_____________

Results: three product streams (4-1=3)

ProsesH2, CH4

Difenil

Benzen

Toluen

Purge: H2, CH4


6. Evaluasi Flowsheet

“ Pastikan bahwa semua produk, by-produk, dan pengotor meningggalkan

proses”


B. VARIABEL DESAIN, NERACA MASSA OVERALL, DAN BIAYA ALIRAN

Variabel desain Reaksi Komplek konversi reaktor, rasio molar

reaktan, tekanan dan suhu reaksi

Reaktan excess Reaktan yg tdk dipulihkan atau recyce gas dan purge


Neraca Massa Overall

Prosedur membuat neraca overall1) Mulai dengan laju produksi tertentu2) Dari stoikiometri (dan u reaksi komplek, korelasi u

distribusi produk) temukan aliran byproduk dan kebutuhan reaktan (dalam istilah variabel desain)

3) Hitung aliran pengotor yg masuk dan keluar u aliran umpan dimana reaktan dipulihkan dan didaur ulang secara lengkap

4) Hitung aliran keluar reaktan dalam istilah jumlah excess u aliran dimana reaktan tidak dipulihkan dan didaur ulang (recycle dan purge atau udara dan air)

5) Hitung aliran masuk dan keluar untuk pengotor yg masuk dg aliran reaktan di tahap 4


20

• Proses HDA-example2 4

2



Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

21

• Proses HDA-cont 5

B

PH

B

Given: P 265 mol/hr benzene 7.65 10 ton/yr,

x 0.75, y 0.4, S 0.9694 (Douglas, 1988; p.521)

P 265Freshfeed Toluene: 273.4 mol/hr

S 0.9694Diphenyl produced: (1 ) / 2 4.2 mol/hr

Ex

FT

D B

F

P P S S

1 B

2 B

1 2 B

2

4

tents: = 273.4 (P /S, toluene consumed)

=4.2 (P (1-S)/(2S), diphenyl produced;

-2 =P )

Makeup Gas:

(1 )H :

2

CH :

GB

FH GB

PH

P P Sy y

S SF P

2

(1- ) (1 )

[1 (1 )(1 ) / 2] (1 ) &

( ) 2

Balance on H : purged 198.7

(1 ) reacted 2

2

BFH PH

B PHG B

FH PH

E PH G

G G

B B

G GFP

y yS

P y S SF P

S y y S

F y P

S

F

P

P

P S

S

P

69.2

2 4

2




22

• Stream Tables


23

• Stream Costs

Economic potential (EP) at level 2.

EP2= product value + by-product value - raw material costs


24

Remark: We have not considered the recycle cost yet.

• Summary: Flowsheet Alternatives

- purify the feed: probably not desirable- recycle diphenyl: We must oversize all the equipment in the diphenyl-recycle loop.- recover some hydrogen: Is justified by determining the cost of the recovery system.


Documents

Lec3 Struktur Input Output (1)