Introduction module for solid processing in Aspen Plus

1. Introduction to Aspen
Plus Solids Processing
DRYING AND DECOMPOSITION
YOHANES ANDRE SITUMORANG
PROGRAM STUDI TEKNIK BIOENERGI DAN KEMURGI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRY, ITB
1

2. Aspen Plus
Simulasi Aspen Plus dapat digunakan untuk memodelkan berbagai proses, antara lain:
• Chemicals: Polymers, Electrolytes, other chemicals
• Gas Processing (fungsi serupa dengan Aspen HYSYS)
• Mining dan Minerals: Bayer process (bauksit alumina), reduksi bijih besi, smelter, dan
pemrosesan batubara-biomassa
• Kilang/refinery (fungsi serupa dengan Aspen HYSYS)
• Specialty Chemicals and Pharmaceuticals
• dan berbagai simulasi proses lainnya
2

3. Aspen Plus untuk Operasi Bahan Padat
1 2
Memilih tipe simulasi yang akan digunakan Menentukan komponen yang terlibat dalam simulasi
3

4. Spesifikasi Komponen
• Conventional: untuk fluida atau bahan-bahan
umum lainnya
• Solid: untuk bahan padat umum
• Nonconventional: untuk bahan-bahan tidak
umum yang karakteristiknya perlu dispesifikasi
kemudian
• Pseudocomponent: bahan-bahan “buatan” atau
“imajiner”, karakteristiknya ditentukan user
• Assay: hypothetical compound, biasanya
digunakan untuk menggambarkan crude oil
• Blend: bahan campuran
• Hypothetical liquid: hampir serupa dengan Assay
• Polymer
• Oligomer
• Segment
untuk simulasi proses polimer
4

5. Methods
3
Menentukan methods yang dipakai dalam simulasi
• Mempengaruhi perilaku material di dalam simulasi
4
Menentukan properties untuk karakteristik
komponen nonconventional
• HCOALGEN dan DCOALIGT dipilih agar karakteristik
biomass diukur menggunakan proximate dan
ultimate analysis
5

6. Simulation Setup
Stream class
• CONVEN: material yang terlibat hanya tipe
conventional
• MIXNC: gabungan tipe conventional dan
noncoventional
• MIXCISLD: gabungan tipe conventional dan solid
tanpa particle size distribution
• MIXNCPSD: gabungan material conventional dan
nonconventional dengan particle size distribution
• MIXCIPSD: gabungan material tipe conventional dan
solid dengan particle size distribution
• MIXCINC: gabungan material tipe conventional, solid,
dan nonconventional tanpa particle size distribution
• MCINCPSD: gabungan material tipe conventional,
solid, dan nonconventional dengan particle size
distribution
Units:
• ENG (british units)
• METRIC
• SI
6

7. Reaktor
• RStoic: reaktor dengan input berupa reaksi stokiometrik searah yang ditentukan, dapat menyelesaikan beberapa reaksi
sekaligus jika reaksi diketahui
• RYield: reaktor dengan inputan berupa persentase yield produk yang diketahui/diinginkan
• REquil: reaktor dengan input berupa reaksi equilibrium yang diketahui, yield dan konversi pada kondisi setimbang pada
kondisi reaksi tertentu dihitung oleh sistem simulasi
• RGibbs: reaktor untuk menyelesaikan simulasi ketika reaksi tidak diketahui, yield dan konversi dihitung pada nilai energi
Gibbs terendah untuk menghasilkan produk yang ditentukan
• RCSTR, RPlug, RBatch digunakan untuk menyelesaikan simulasi dengan data kinetik diketahui
7

8. Pengeringan Biomassa
Tujuan: menghilangkan sebagian kandungan
moisture dari biomassa
Reaktor yang digunakan Rstoic
Gas panas dialirkan sebagai media pengering,
pada simulasi ini digunakan N2
Setelah pengeringan, fraksi gas dan padat
dipisahkan menggunakan separator 2 fasa
(Model Flash 2)
8

9. Mendefinisikan input (Biomassa)
Biomass Properties
Parameter Nilai
Temperatur 25 oC
Tekanan 1 bar
Laju alir 100 kg/hr
5
Mengisi parameter kondisi umpan biomassa pada
bagian nonconventional (NC) material
25
9

10. Mengisi Component Attribute
6
Mengisi component attribute umpan biomassa pada
bagian nonconventional (NC) material
Component Attribute yang harus diisi meliputi:
• PROXANAL: komponen proximate analysis pada
biomassa. Aturan yang harus dipenuhi adalah
jumlah persentase FC (fixed carbon), VM
(volatile matter), dan Ash harus 100. Nilai
moisture tidak diperhitungkan
• ULTANAL: komponen ultimate analysis pada
biomassa. Aturan yang harus dipenuhi adalah
jumlah persentase Ash, Carbon, Hydrogen,
Nitrogen, Chlorine, Sulfur, dan Oxygen harus
100
• SULFANAL: komponen sulfur analysis pada
umpan. Biasanya pada biomassa nilai ini 0 atau
bisa diabaikan karena sangat kecil
10

11. Mendefinisikan reaksi pengeringan pada
reaktor RStoic
7
Mengisikan kondisi operasi pengeringan di block
reaktor RStoic (DRYER)
• Dianggap reaksi berlangsung pada tekanan
atmosferik (tekanan 1 bar) dan kondisi adiabatic
(duty 0 kJ/hr)
8
Reaksi dianggap sebagai berikut:
Biomassa  0.0555084 H2O
Koefisien reaksi diisikan pada bagian reaksi di dalam
block reaktor RStoic (DRYER)
11

12. Mendefinisikan moisture pada block DRYER
9
• Pilih tab Component Attr. Pada block
reaktor RStoic (DRYER)
• Pilih Substream ID: NC
• Pilih Component ID: BIOMASS
• Pilih Attribute ID: PROXANAL
• Isikan 1 pada baris MOISTURE
12

13. Menggunakan Fitur Kalkulator untuk
Mengontrol Pengeringan
10
• Pada panel navigasi, pilih Calculator
• Pilih New untuk membuat block
Calculator baru, beri nama CALC1
• Konversi pengeringan didefinisikan
sebagai berikut:
• Pada bagian Define di block Calculator,
variable CONV, H2OIN, dan H2OOUT
perlu didefinisikan
13

14. Mendefinisikan Variabel pada Block
Calculator
11
• Category Stream digunakan untuk
mendefinisikan H2OIN
• Category Blocks digunakan untuk
mendefinisikan CONV dan H2OOUT
14

15. Mendefinisikan Calculator
12
Menuliskan rutin FORTRAN pada bagian Calculate
pada Block Calculator
13
Sequence diatur sebagai berikut:
Execute: Before
Block Type: Unit operation
Block Name: DRYER
15

16. Hasil Pengeringan
Hasil dari pengeringan, massa biomassa berkurang 16,67 kg/hr
Tapi komponen air yang terbawa dan moisture akhir dari biomassa tidak tampak  perlu
dekomposisi
16

17. Decomposition (RYield)
Tujuan: memecah komponen biomassa dalam komponen dasar ultimate
analysisnya (C, H2, N2, S, O2) agar dapat diproses lebih lanjut dalam
simulasi, baik untuk pembakaran, gasifikasi, ataupun proses lainnya
Parameter Nilai
Temperatur 25 oC
Tekanan 1 bar
Laju alir 100 kg/hr
Komponen Basis Yield
C (CISOLID) Mass 0.2
H2 Mass 0.1
N2 Mass 0.1
S Mass 0.1
O2 Mass 0.2
Ash Mass 0.2
H2O Mass 0.1
17

18. Mendefinisikan Komponen Ash
14
• Pilih tab Component Attr. Pada block
reaktor RYield (DECOMP)
• Pilih Substream ID: NC
• Pilih Component ID: ASH
• Pilih Attribute ID: PROXANAL
• Isikan 100 pada baris ASH
• Pilih Attribute ID: ULTANAL
• Isikan 100 pada baris ASH
• Pilih Attribute ID: SULFANAL
• Isikan 0 pada semua komponen
18

19. Block Calculator untuk Mendefinisikan Yield
Variable Name Type Stream Substream Component Attribute Element
ULT Compattr-Vec DRY-FEED NC BIOMASS ULTANAL
WATER Compattr-Var DRY-FEED NC BIOMASS PROXANAL 1
Variable Name ID1 ID2
H2O Type Block-Var
Block DECOMP
Variable MASS-YIELD
H2O/WATER MIXED
ASH ASH NC
CARB C SOLID
H2 H2 MIXED
N2 N2 MIXED
O2 O2 MIXED
15 Definisikan category Stream untuk 2 variables berikut
16 Definisikan category Blocks untuk 6 variables berikut
19

20. Mendefinisikan Calculation dan Sequence
17
Menuliskan rutin FORTRAN pada bagian Calculate
pada Block Calculator
18
Sequence diatur sebagai berikut:
Execute: Before
Block Type: Unit operation
Block Name: DECOMP
20

21. Hasil Decomposition
Fraksi Moisture/Water pada biomassa menjadi 10% akibat pengeringan
Pada berbagai aplikasi simulasi, proses dekomposisi terkadang dikategorikan sebagai proses
pirolisis walaupun tidak sepenuhnya tepat
21

22. Teknik Bioenergi dan
Kemurgi
https://tb.che.itb.ac.id/
bioenergikemurgiitb
Visit us:
Gedung Labtek IIA Kampus ITBJatinangor
Jl. Let.Jend. Purn. Dr. (HC) Mashudi No.1,Jatinangor
Jawa Barat 45363
Strengthening Bioeconomy, Toward Sustainability
tb@che.itb.ac.id

23. Terimakasih
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK BIOENERGI DAN KEMURGI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
tb.che.itb.ac.id bioenergikemurgiitb tbe@che.itb.ac.id 23