Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR

8/18/2019 Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR

1/16

Modul Pelatihan HYSYS 7.1

Professional Training CentreCopyright © 2014

Simulasi Prosesdalam Teknik Kimiamenggunakan

H Y S Y S 7 1

M. Asyhari Galih S.

Copyright © 2015Simulasi Proses Teknik Kimia menggunakan HYSYS 7.1M Asyhari Galih S


2/16



Daftar Isi

Daftar I si ....................................................................................................................................................... 2

Pendahuluan ............................................................................................................................................... 5

Bab 12. Mendefinisikan Uni t Operasi Reactor : ............................................................................ 6


3/16



Pendahuluan

Flowsheet sebuah proses merupakan bahasa dalam proses teknik kimia untuk

menjabarkan proses yang sudah ada atau sebuah hipotesa dalam sebuah detail

yang cukup untuk menyampaikan fitur yang penting.

Seorang chemical engineer mempelajari flowsheet dari sebuah proses dalam

konteks untuk menangani troubleshooting, seperti mencari mekanisme yang tidak

berfungsi dengan baik atau dalam rangka ekspansi dan modifikasi sebuah proses.

Hipotesa sebuah proses melibatkan bahan kimia baru atau sebuah modifikasi radikal

dari unit proses yang sudah beroperasi, untuk menjawab pertanyaan mengenai

kondisi operasi, ukuran alat dan perkiraan keuntungan.

Analisa atau simulasi adalah sebuah “tool” chemical engineer yang digunakan untukmenerjemahkan flowsheet sebuah proses, menentukan letak malfungsi dan untuk

memprediksi performa dari beberapa proses. Dengan bantuan sebuah program

simulasi proses, seorang chemical engineer dapat membuat model steady state dan

dinamis untuk perancangan pabrik, monitoring kinerja, troubleshooting, improvisasi

operasi, perencanaan bisnis dan manajemen aset.


4/16



Bab 12. Mendefinisikan Unit Operasi Reaktor

Definisi simulasi Reactor

Untuk mensimulasikan reaktor, user diminta untuk menentukan bagian arus

produk cair dan bagian produk uap. Prosedur ini berlaku untuk semua jenis

reaktor, kecuali pada reaktor plug flow. Rektor plug flow hanya memiliki satu

arus produk saja.

Kondisi operasi semua reaktor, mula-mula diasumsikan beroperasi secara

adiabatis. Hanya saja jika ditambahkan suatu arus energi, maka perlu

ditambahkan nilai temperatur keluar reaktor atau nilai besarnya energi masuk.

Asumsi proses secara adiabatis tidak berlaku pada kasus Reaktor Plug Flow

dan Reaktor Gibbs. Sedangkan reaksi kimia pada reaktor dapat dipilih pada

jendela utama masing-masing reaktor. Perubahan pada reaksi kimia akan

berakibat pada kondisi operasi reaktor.

Plug Flow Reactor

Plug F low Reactor dapat digunakan dalam pemodelan

reaksi berjenis Kinetic, Kinetic (Reverse Equilibrium),

pemodelan reaksi Langmuir-Hinshelwood, atau

kombinasi ketiganya dalam suatu Set Reaksi.


5/16



CSTR Reactor

Reaktor CSTR dapat digunakan untuk

memodelkan reaksi jenis Kinetics, Kinetic,

Kinetic (Reverse Equilibrium), pemodelan reaksi Langmuir-Hinshelwood, atau kombinasi

ketiganya dalam suatu Set Reaksi.

Gibbs Reactor

Gibbs Reactor memiliki karakterisasi unik diantara

unit Reactor lainnya. Pada reaktor Gibbs, user

tidak diminta untuk memasukkan Set Reaksi agar

perhitungan dapat berjalan. Reaktor Gibbs selalu

mengkalkulasi kondisi kesetimbangan pada titik

Energi Bebas Gibbs terendah. Reaksi pada kondisi

Energi Bebas Gibbs mengasumsikan

kesetimbangan terjadi pada semua interaksi antar

komponen, sehingga konstanta kesetimbangan

individual komponen diasumsikan sama.

Pada tab [Reactions], reactor Gibbs dapat mengkalkulasi sebagaimana reaktor

Equilibrium, tentunya dengan menambahkan Set reaksi Equilibrium. Dapat

juga dilakukan pemodelan sebagaimana unit Separator Flash dimana tidak ada

reaksi pada reaktor tersebut.


6/16



Equilibrium Reactor

Equi lbr ium Reactor hanya dapat memodelkan Set

Reaksi Equilibrium.

Namun berbeda dengan Reaktor Gibbs, reaktor

Equilibrium memperhitungkan kondisi

kesetimbangan antar komponen reaktannya.

Conversion Reactor

Conversion Reactor tentunya hanya dapat

memodelkan reaksi berjenis Conversion. User

dapat menggunakannya untuk memperhitungkan

seberapa banyak reaktan yang dapat dikonversikan

menjadi produk. Reaktor Conversion juga dapat

digunakan untuk suatu rangkaian reaksi

berkesinambungan, dimana produk pada reaksi

sebelumnya dapat menjadi reaktan pada reaksi

selanjutnya.

General Reactor

General Reactor menyerupai kombinasi antara

reaktor CSTR dan reaktor Equil ibrium . Jika yang

diinputkan adalah reaksi berjenis Kinetic


7/16



Berbeda dengan jenis reaktor lainnya, Reaktor General memungkinkan model

perhitungan antara persamaan yang berbeda. User dapat mengkombinasikan

reaksi kinetik dan reaksi equilibrium dalam suatu Set Reaksi. Namun reaktor

General tetap tidak bisa memodelkan reaksi Conversion. Kombinasi reaksi

yang berbeda akan diset sebagai tipe reaksi campuran dan diinputkan pada set

reaksi General. Akan tetapi, memverifikasi akurasi dan metode perhitungannya

tetap belum bisa dipastikan. Karena itu, perlu dilakukan perbandingan hasil

perhitungan menggunakan reaktor yang lebih spesifik.


8/16



Bab 13. CSTR Reaktor

Menambahkan CSTR Reactor

Ada 2 cara yang dapat dilakukan untuk menambahkan unit operasi reaktor

pada simulasi proses :

1. Pada menu Flowsheet > Add Operation pada jendela utama.

2. Klik pilihan Reactors.

3. Dari daftar unit operasi yang tersedia pilih Continuous Stirred Tank

Reactor.

4. Klik tombol Add.

Atau

1. Pilih menu Flowsheet > Pallete, akan muncul jendela Object Pallete.

Dapat pula dilakukan dengan menekan tombol F4.

2. Untuk continuous stirred tank reactor, klik ikon CSTR .

Jendela unit operasi CSTR Reactor

Pada bagian property di jendela unit operasi CSTR Reactor, akan muncul

beberapa jenis tab :

- Design

Tab [Design] terdiri dari beberapa bagian seperti berikut ini :

Bagian Keterangan

Connections Menghubungkan antara umpan, produk dan arus energi kedalam reaktor.

Parameters Menentukan parameter perpindahan panas dan penurunantekanan pada rektor.

User

VariablesMemungkinkan untuk menciptakan dan menerapkan uservariable kita sebagai variabel pada operasi simulasi

Notes Menambahkan keterangan yang berhubungan dengan unitoperasi.


9/16



Gambar Jendela Design > Connections CSTR Reactor

1.1 Bagian Connections

Pada bagian halaman Connections, terdiri dari objek yang tersusun dalam

tabel sebagai berikut :

Objek Input data

Name Merupakan nama dari reaktor. Penamaan reaktor dapatdiubah sesuai dengan keinginan.

Inlets / Feed

StreamsMenghubungkan umpan arus material baik tunggalmaupun beberapa arus umpan, jika umpan telahterdefinisikan sebelumnya, dapat dipilih melalui daftaryang ada.

Vapour

OutletMenghubungkan arus produk uap dari reaktor. Dapatdidefinisikan langsung maupun dipilih dari daftar arusmaterial yaang sudah ada.

Liquid Outlet/ Product

Stream

Menghubungkan arus produk cair dari reaktor. Dapatdidefinisikan langsung maupun dipilih dari daftar arusmaterial yaang sudah ada.

Energy(Optional)

Menghubungkan atau membuat arus energi yangdiperlukan pada kondisi operasi.

FluidPackage

Pemilihan fluid package yang berhubungan dengan reaktor.

1.2 Bagian Parameters

Bagian halaman Parameters dapat digunakan untuk menspesifikasikan

penurunan tekanan, volume vessel, duty dan karakter perhitungan

reaktor.


10/16



Gambar Jendela Design > Connections CSTR Reactor

Objek Keterangan

Delta P /Pressure Drop

Menerangkan penurunan tekanan pada reaktor.Penurunan tekanan didefinisikan sebagai berikut :

(8.1)

dimana :P = tekanan reaktorPv = tekanan arus produk uapPl = tekanan arus produk cair

Pfeed = tekanan arus umpan(diasumsikan sebagai tekanan terendah

dari semua arus umpan)ΔP = penurunan tekanan pada reaktor

= biasanya mendekati 0

Duty Jika ditambahkan suatu arus energi, dapat dipilihdigunakan untuk memanaskan atau mendinginkandengan memilih opsi yang sesuai.Duty dapat dispesifikasikan atau dikalkulasi olehHYSYS. Jika diinginkankan hasil dikalkulasi olehHYSYS, harus dispesifikasikan suhu keluar arus produkreaktor.Kesetimbangan energi steady state Reactor

didefinisikan sebagai berikut :

(8.2)dimana :

Duty = pemanasan atau pendinginan sebagai pilihan jenis arus energi.

H vapour = Arus energi dari arus produk uap

H liquid = Arus energi dari arus produk cairH feed = Aliran panas dari arus umpan

Dasar perhitungan entalpi yang digunakan oleh HYSYSadalah sama dengan entalpi gas ideal pada 25°C dan 1atm.Sebagai hasilnya, perhitungan panas reaksiterkonversi menjadi perbedaan entalpi antara produkdengan reaktan.


11/16



Heating /Cooling Jika user mengganti dari Pemanasan menjadiPendinginan (atau sebaliknya), kuantitas arus energitidak berubah.Tetapi, terdapat perbedaan penandaan dikesetimbangan energi. Saat pemanasan, duty dalamposisi penambahan. Saat pendinginan, duty dalamposisi pengurangan.

Volume Volume total dari reaktor dan dispesifikasikan.Saat tidak dibutuhkan untuk menyelesaikanperhitungan Conversion, GIBBS, atau reaktorEquilibrium mode Steady State. Nilai ini harusdiinputkan sebagai CSTR.Volume reaktor, bersamaan dengan penyetingan levelpoint, menentukan jumlah holdup pada reaktor.Jumlah volume cairan atau holdup pada vessel disuatu waktu tertentu, dapat dijabarkan dalampersamaan sebagai berikut :

(8.3)

Dimana :

PV(%Full) = liquid level in the vessel

Volume reaktor diperlukan ketika memodelkan reaktorpada mode steady state, dengan data tersebut dapatditentukan waktu tinggal.

Liquid Level Menampilkan level cairan reaktor yangmenggambarkan presentase Volume Reaktor Penuh.

Liquid Volume Tidak ditentukan oleh user, namun nilai ini dikalkulasidari produk reaktor dan fraksi level cairan. Nilai inihanya dapat aktif ketika kotak isian Volumemengandung nilai masukan yang pasti.

Act as aSeparator WhenCannot Solve

Hanya tersedia untuk reaktor Conversion dan

Equilibrium, pilihan ini memungkinkan kita untukmengoperasikan reaktor sebagai sebuah separator 2fase sederhana dimana reaktor tidak terselesaikan.

Single Phase

Memungkinkan user untuk menspesifikasikan reaksifase tunggal. Jika tidak maka HYSYS akanmempertimbangkan kondisi tersebut sebagai reaksiuap-cair.

Type Opsi ini hanya tersedia untuk reaktor Gibbs, ada duapilihan untuk jenis reaktor yang Anda pilih :• Separator. Reaktor Gibbs dua fase.• Three Phase. Reaktor Gibbs tiga fase.

- Reactions

User dapat menambahkan Set Reaksi kondisi operasi reaktor di tab

[Reactions]. Pemilihan jenis Set Reaksi dapat dilakukan di jendela bagian

Details, sedangkan hasil perhitungan dapat ditampilkan pada bagian

Results . Set Reaksi pada Reactor CSTR hanya dapat mengkalkulasi reaksi

“Conversions”.

Konversi aktual dapat dihitung berdasarkan presentase komponen


12/16



pereaksi pembatas yang bereaksi dalam reaktor.

Dimana : X = % konversi aktual

NA in = Laju alir pereaksi pembatas masuk ke reaktor

NA out = Laju alir pereaksi pembatas keluar dari reaktor (dalam

basis yang sama dengan laju alir inlet)

Gambar Jendela tab [Reactions] > Details

Bagian halaman Details , terdiri dari 4 objek berikut ini :

Object Description

Reaction Set User dapat memilih Set Reaksi Conversion yangsesuai.

Reaction Pemilihan Reaksi Conversions yang sesuai denganreaksi di dalam Reaction Set.

View Reaction

buttonMenampilkan Reaksi terpilih dari daftar Reaksi yangada.

[Radio buttons] Ada 3 pilihan tampilan, yaitu :•Stoichiometry •Basis •Conversion

Dapat digunakan pada setiap kelompok ReaksiConversions yang ada.


13/16



Bagian halaman Results menampilkan hasil dari Reaktor yang sudah

konvergen. Ada 2 pilihan pada halaman Results , yaitu :

1.1 Opsi Reaction Extents

Tampilan hasil reaksi pada opsi Reaction Extents adalah sebagai

berikut :

Gambar Jendela tab [Reactions] > Results

Rangkuman hasil reaksi dapat ditampilkan oleh Reaktor yang telah

konvergen, berisi data sebagai berikut :

Hasil Perhitungan Keterangan

Rank Menampilkan peringkat masing-masing reaksi. Padareaksi bertingkat, peringkat reaksi yang lebih rendahakan muncul terlebih dahulu.Setiap kelompok reaksi dengan peringkat sama,konversi reaksi total akan berkisar antara 0 – 100%.

Actual %Conversion

Menampilkan presentase komponen pereaksipembatas pada arus umpan yang telah beraksi.

Base Component Reaktan yang menjadi dasar perhitungan reaksiConversion.

Rxn Extent Daftar angka perbandingan pereaksi pembatas yang

bereaksi dibagi dengan koefisien stoikiometri reaktantersebut.

1.2 Opsi Reaction Balance

Reaction Balance menampilkan rangkuman keseluruhan komponen

pada Conversion Reactor.


14/16



Gambar Jendela tab [Reactions] > Results

Hasil perhitungan dapat ditampilkan setelah perhitungan reaktor

konvergen. Variabel laju alir Total Inflow, laju Total Reacted dan laju

Total Outflow pada masing-masing komponen ditampilkan dalam

basis molar. Tanda negatif penanda komponen reaktan, sedangkan

tanda positif penanda komponen produk.

- Rating

Bagian tab [Rating] melputi input data Sizing, Nozzles, dan Heat Loss.

Sekalipun ketiga informasi tersebut belum tepat digunakan pada kondisi

Steady State, namun Sizing dapat digunakan untuk menghitung waktu

tinggal (hold up time).

Gambar Jendela tab [Rating] > Sizing


15/16



- Worksheet

Tab [Worksheet] menampilkan rangkuman informasi data pada arus

material dalam simulasi proses.

- Dynamics

Tab [Dynamics] mengatur input data yang diperlukan pada mode

Dynamics. Jika simulasi berlangsung pada mode Steady State, tidak perlu

menginputkan data pada tab ini.


16/16



Refferensi

Aspentech, 2009, “ASPEN HYSYS Unit Operations Guide”, Massachusets :

Aspen Technology, Inc

Documents

Modul HYSYS 7-1 Tambahan - Reactor CSTR