Penentuan Struktur Pengendalian Unit Distilasi Reaktif Pada Sintesis Dimetil Eter

Penentuan Struktur Pengendalian
Unit Distilasi Reaktif pada Sintesis
Dimetil Eter (DME)
Erwin Firmansyah Saputro
1206202053

Outline
 Distilasi Reaktif pada sintesis DME
 Tujuan Penelitian
 Diagram alir penelitian
 Hasil dan Pembahasan
 Kesimpulan & Saran

Distilasi Reaktif pada Sintesis DME
 Distilasi reaktif merupakan penggabungan proses reaksi dan separasi (distilasi)
dalam satu kolom
 Hanya sebagian kecil reaksi yang cocok diterapkan dalam distilasi reaktif,
berdasarkan heuristik dari Luyben dan Yu (2008)
 Jika reaksi yang tidak sesuai heuristik, distilasi reaktif tidak akan memberikan
keuntungan yang besar secara ekonomis dibandingkan proses reaksi dan separasi
yang dilakukan secara terpisah (Luyben & Yu, 2008)
 Reaksi sintesis DME dari methanol merupakan reaksi yang sesuai dengan heuristik
ini
2𝐶𝐻3 𝑂𝐻 ⇌ 𝐶𝐻3 𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻2 𝑂

Tujuan Penelitian
 Mendapatkan suhu talam yang tepat untuk dijadikan variabel yang dikendalikan
(CV)
 Mendapatkan struktur pengendalian yang tepat untuk unit distilasi reaktif pada
sintesis dimetil eter.

Distilasi Reaktif pada Sintesis DME
 Umpan metanol masuk kedalam zona reaksi yang berisikan
unggun katalis padat, kemudian sebagian metanol bereaksi
menjadi DME dan Air.
 Sebagian metanol yang belum bereaksi dan produk yang
lebih volatil (DME) akan bergerak keatas menuju zona
rektifikasi
 Sebagian metanol yang belum bereaksi dan produk yang
kurang volatil (air) akan bergerak kebawah menuju zona
pelucutan (stripping)
 Zona rektifikasi memisahkan metanol dan DME, sehingga
produk distilat mengandung DME murni dan metanol
dikembalikan menuju zona reaksi
 Zona pelucutan memisahkan metanol dan air, seingga produk
bawah mengandung air murni dan metanol dikembalikan
menuju zona reaksi

Diagram Alir Penelitian
Menyiapkan Data dan Melakukan
Simulasi Keadaan Tunak
Analisis Sensitivitas Suhu
Talam
Uji Rentang
Variasi Masukan
Melakukan Pemilihan Pasangan CV-
MV dan Pembuatan Struktur-Struktur
Pengendalian
Melakukan Penyetelan
(tuning) Pengendali
Variasi Gangguan sampai ± 25%
Mulai
Selesai
ISECS 1 < ISECS 2
CS 1 Merupakan Struktur
Pengendalian yang Tepat
CS 2 Merupakan Struktur
Pengendalian yang Tepat
Ya
Tidak

Hasil Simulasi Distilasi Reaktif Keadaan Tunak
 Simulasi dilakukan dengan Unisim R390.1
 Simulasi dengan menggunakan distilasi reaktif memberikan konversi reaksi
sebesar 99,99%, dan kemurnian produk DME sebesar 99,99%.
Umpan Distilat Produk Bawah
Laju Alir (kmol/jam) 200,00 100,0014 99,9986
Fraksi Mol Metanol 1,00 0,0001 0,00
Fraksi Mol DME 0,00 0,9999 0,00
Fraksi Mol Air 0,00 0,00 1,00

Pengendalian Kolom Distilasi Reaktif
 Pengendali yang digunakan adalah pengendali PI
 Pengendalian tekanan kolom dilakukan dengan memanipulasi vent-stream
 Pengendalian tinggi cairan pada kondenser dan reboiler dilakukan dengan
memanipulasi laju alir refluks dan laju alir produk bawah
 Rasio refluks dijaga konstan dengan pengendalian rasio (ratio control)
 Pengendalian suhu kolom dilakukan dengan mengendalikan suhu salah satu
talam yang dipilih dengan analisis sensitivitas dan rentang variasi masukan
 Variabel yang dimanipulasi (MV) untuk pengendalian suhu talam dapat berupa
laju alir umpan (CS 1) atau beban panas reboiler (CS 2)

Analisis Sensitivitas Suhu Talam
 Talam 3 sampai 8 merupakan 6 talam dengan suhu yang paling sensitif baik
terhadap perubahan laju alir umpan maupun beban panas reboiler
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30
ΔT/%PERUBAHANINPUT
NOMOR TALAM
Laju Alir Umpan Beban Panas Reboiler

Uji Rentang Variasi Masukan
 Suhu ke-enam talam yang diuji rentang variasi masukan tidak menunjukkan
keserbanekaan masukan (input multiplicity) pada rentang ± 25% perubahan masukan dari
keadaan dasar (200 kmol/jam & 4,05 MW). Sehingga suhu ke-enam talam ini layak
dijadikan CV
30
50
70
90
110
130
150 170 190 210 230 250
TemperaturTray(C)
Laju Alir Umpan (Kmol/jam)
Tray 3
Tray 4
Tray 5
Tray 6
Tray 7
Tray 8
0
20
40
60
80
100
120
140
3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5
TemperaturTray(C)
Beban Panas Reboiler (MW)
Tray 3
Tray 4
Tray 5
Tray 6
Tray 7
Tray 8

Pemilihan Suhu Talam Sebagai CV
 Karena keenam talam yang diuji rentang variasi masukan tidak menunjukkan
keserbanekaan masukan, talam 5 dipilih sebagai CV karena memiliki sensitivitas
terbesar berdasarkan uji sensitivitas.
Struktur MV CV
CS1 Suhu Talam 5 Laju alir umpan
CS2 Suhu Talam 5 Beban panas reboiler

Perbandingan Struktur CS 1 dan CS 2
Struktur CV MV
CS 1
Suhu Talam 5 Laju Alir Umpan
Tekanan Stage atas Kolom Vent Stream
Tinggi cairan pada reflux drum Laju refluks
Tinggi cairan pada Reboiler Laju produk bawah
Rasio refluks Laju alir distilat
CS 2
Suhu Talam 5 Beban Panas Reboiler
Tekanan Stage Atas Kolom Vent Stream
Tinggi cairan pada reflux drum Laju Refluks
Tinggi cairan pada Reboiler Laju produk bawah
Rasio refluks Laju alir distilat

Hasil Penyetelan (Tuning) Pengendali
 Penyetelan dilakukan dengan metode Auto Tuning Variation (ATV)
Pengendali
CS 1 CS 2
Kc Ti Kc Ti
Pengendali Tekanan Kolom 2 0 2 0
Pengendali Suhu Kolom 0,03 109 0,5 20
Pengendali Level Kondenser 1,02 0 1,02 0
Pengendali Level Bottom 1,7 0,991 1,7 0,991
Pengendali Laju Alir Umpan - - 0,072 0,009
Pengendali Rasio Refluks 0,1 0,128 0,1 0,128

CS 1 setelah diberi gangguan +5%
a) Beban Panas Reboiler
b) Laju alir umpan (kgmol/jam)
c) Suhu talam 5 (C)
d) Fraksi mol DME pada distilat
e) Laju alir distilat (kmol/jam)
f) Laju alir produk bawah
(kmol/jam)
3.5
3.7
3.9
4.1
4.3
4.5
0 1 2 3 4 5
BebanPanasReboiler(MW)
Waktu (jam) (a)
190
240
290
340
390
440
0 1 2 3 4 5
LajuAlirUmpan(kmol/jam)
Waktu (jam)
(b)
30
40
50
60
70
80
90
0 1 2 3 4
TemperaturTray5(C)
Waktu (jam) (c)
0.99
0.992
0.994
0.996
0.998
1
0 1 2 3 4 5
FraksimolDMEDistilat
Waktu (jam) (d)
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5
LajuAlirDistilat(kmol/jam)
Waktu (jam)
(e)
90
110
130
150
170
190
0 1 2 3 4 5
LajuAlirBottom(kmol/jam)
Waktu (jam) (f)

CS 1 setelah diberi gangguan -5%
a) Beban Panas Reboiler
b) Laju alir umpan (kgmol/jam)
c) Suhu talam 5 (C)
(kmol/jam)
3.5
3.7
3.9
4.1
4.3
4.5
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam)
(a)
190
240
290
340
390
440
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam)
(b)
30
40
50
60
70
80
90
0 1 2 3 4 5 6
TemperaturTray5(C)
Waktu (jam)
(c)
0.99
0.992
0.994
0.996
0.998
1
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam)
(d)
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (e)
90
110
130
150
170
190
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (f)

Analisis Kinerja CS 1
 Gangguan -5% mengacaukan kolom, laju alir distilat menjadi 0 kmol/jam, suhu
talam 5 stabil di nilai 39C dan tidak dapat kembali ke set-poin
 Hasil ini berlawanan dengan hasil simulasi dari Kumar dan Kaistha (2008), yang
berhasil mengendalikan kolom distilasi reaktif dengan struktur CS 1 hingga ±25%
gangguan.
 Kegagalan ini disinyalir akibat tingginya aliran cairan internal kolom karena
tingginya rasio refluks (rasio refluks = 8).
 Tingginya aliran cairan internal kolom mengakibatkan tingginya holdup cairan,
sehingga manipulasi laju alir umpan yang jauh lebih kecil dari laju cairan internal
kolom tidak mampu mengubah suhu internal kolom secara signifikan.

CS 2 setelah diberi gangguan +25%
a) Laju alir umpan (kgmol/jam)
b) Beban Panas Reboiler
c) Suhu talam 5 (C)
(kmol/jam)
140
160
180
200
220
240
260
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (a)
3.5
4
4.5
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (b)
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4
TemperaturTray5(C)
Waktu (jam) (c)
0.99
0.992
0.994
0.996
0.998
1
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (d)
50
70
90
110
130
150
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (e)
30
50
70
90
110
130
150
170
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (f)

CS 2 setelah diberi gangguan -25%
a) Laju alir umpan (kgmol/jam)
b) Beban Panas Reboiler
c) Suhu talam 5 (C)
(kmol/jam)
140
160
180
200
220
240
260
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (a)
3.5
4
4.5
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (b)
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4
TemperaturTray5(C)
Waktu (jam) (c)
0.99
0.992
0.994
0.996
0.998
1
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (d)
50
70
90
110
130
150
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam) (e)
30
50
70
90
110
130
150
170
0 1 2 3 4 5
Waktu (jam)
(f)

Analisis Kinerja CS 2
 CS 2 mampu menangani gangguan hingga ±25%.
 Hal ini menunjukkan desain keadaan tunak yang menjadi rujukan (Lin, 2013) lebih
dapat dikendalikan (controllable) dengan struktur CS 2 dibandingkan CS 1.

Kesimpulan
 Untuk kedua struktur pengendalian yang dibandingkan, suhu talam 5 merupakan
suhu talam yang dipilih sebagai CV untuk pengendalian profil suhu kolom distilasi
reaktif.
 CS 2 merupakan struktur pengendalian yang tepat untuk kasus ini. CS 2 dapat
mengendalikan kolom dengan lebih baik dibandingkan dengan CS 1. CS 2 dapat
mengatasi gangguan ±25% laju alir umpan. Sebaliknya, CS 1 tidak mampu
menangani gangguan sebesar -5% dari beban panas reboiler.

Saran
 Metode pemilihan pasangan CV-MV (pairing) dalam penelitian ini masih
sederhana, yaitu dengan menggunakan analisis sensitivitas dan uji rentang variasi
masukan. Untuk pemilihan pasangan CV-MV yang lebih komprehensif, perlu
menggunakan metode RGA (Relative Gain Array) atau NI (Niederlinski Index) yang
menyatakan ketepatan pemilihan pasangan CV-MV dengan angka, sehingga
ukuran ketepatan pemilihan ini lebih terkuantifikasi
 Simulasi masih kurang realistis, karena simulasi pada penelitian ini menggunakan
beban panas Reboiler (Duty) sebagai MV. Untuk simulasi yang lebih realistis, perlu
mengganti variabel beban panas dengan laju alir fluida pemanas.

Penentuan Struktur Pengendalian Unit Distilasi Reaktif Pada Sintesis Dimetil Eter

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (6)

Similar to Penentuan Struktur Pengendalian Unit Distilasi Reaktif Pada Sintesis Dimetil Eter

Similar to Penentuan Struktur Pengendalian Unit Distilasi Reaktif Pada Sintesis Dimetil Eter (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (11)

Penentuan Struktur Pengendalian Unit Distilasi Reaktif Pada Sintesis Dimetil Eter