Hysys Guidance [PDF]

Citation preview

Definisi Suatu simulator proses kimia yang digunakan untuk memodelkan secara matematis dari unit operasi hingga pabrik sepenuhnya.



Fungsi HYSYS mampu melakukan banyak perhitungan inti dari teknik kimia, termasuk yang berkaitan dengan keseimbangan massa, keseimbangan energi, kesetimbangan uap-cair, perpindahan panas, perpindahan massa, kinetika kimia, fraksinasi, dan penurunan tekanan.



Keutamaan Simulator proses yang paling banyak diminta yang telah dipercaya selama lebih dari 35 tahun. Alami inovasi terbaru dalam simulasi proses dan mencapai tingkat keakuratan sampai 98% pada V11. Selain itu bisa untuk melihat nilai antoine serta menentukan physical properties untuk unknown komponen.



Tujuan Saya membuat buku ini guna untuk memaksimalkan jurusan teknik kimia di era yang sudah industrialisasi 4.0 yang mana semuanya sudah serba digital. Disisi lain harapan saya adalah agar mahasiswa bisa mengaplikasikan lebih mendalam tentang HYSYS karena sangat berguna bila telah lulus kelak. Serta bisa melakukan evaluasi terhadap perhitungan manual yang dikompare dengan perhitungan HYSYS.



Prinsip kerja  Menentukan Tool yang tepat untuk memecahkan masalah:  Perhitungan manual (dengan tangan)  Proses Simulator (HYSYS)  Menggunakan Proses Simulator  Memilih komponen & model Termodinamika/ Fluid Package  Menentukan konfigurasi Proses  Menentukan aliran umpan  Memilih model unit operasi  Menentukan konektvitias aliran/unit operasi  Menyediakan parameter operasi  Jalankan dan cek hasil



Mengatur settingan satuan 1. Klik Tools pada tab menu 2. Pilih Preferences 3. Pilih Variable dibawah 4. Tersedia beberapa opsi, 5. apabila ingin menambahkan sesuai dengan satuan yang diinginkan bisa di klik: Clone > Unit Set Name untuk mengganti nama > klik simbol Az > lalu pilih unit yang warna biru > sesuaikan satuan.



Table of Contents Definisi ................................................... 2 Fungsi ..................................................... 3 Keutamaan .............................................. 4 Tujuan ..................................................... 5 Prinsip kerja ............................................ 6 Mengatur settingan satuan ...................... 7 Dasar ..................................................... 10 1.



Phase ...................................... 10



2.



Boiling & Dew Point .............. 12



3.



CGR dan WGR ...................... 14



4.



Petroleum Fraction ................. 18



Unit Operasi .......................................... 22 1.



Valve ...................................... 22



2.



3-Phase Separator ................... 25



3.



Heat Exchanger ...................... 27



4.



Pompa (untuk liquid) .............. 31



5.



Kompressor ............................ 33



6.



Turbin ..................................... 36



7.



Splitter .................................... 38



8.



Reaktor konversi .................... 40



9.



Distilattion Column ................ 45



Operation Logika .................................. 50 1.



Set .......................................... 50



2.



Adjust ..................................... 50



3.



Contoh SET & ADJUST: ....... 51



4.



Recycle ................................... 60



5.



Spreadsheet ............................ 65



6.



Balance ................................... 72



Plant Design .......................................... 75 1.



Crude Stabilizer Plant............. 75



2.



Lanjutan Case 1 ...................... 83



3.



Lanjutan Case 2 ...................... 88



4.



Multi Stage Separation ........... 93



5.



Natural Gas Pipeline............. 103



Dasar 1. Phase Campuran sebanyak 100 lbmole/hr dengan komposisi (% mole) Propana 69%, n-Butana 21% dan n-Pentana 10%. Tentukan phase campuran tsb pada 140 F dan 200 psia, apakah 1 phase (Liquid atau Vapor saja) atau dua phase? Gunakan PR.    



Langkah: File > New > Case > Add > masukan 3 komponen diatas Fluid Pkgs (add > Pilih Peng Robinson) Enter Simulation Masukan Stream biru pada Object Palette



 Masukan di kolom kondisi: T = 150 F, P = 200 psia & Molar Flow = 100 lbmole/hr.  Masukan di kolom komposisi Propane : 0.69 n-Butane : 0.21 n-Pentane : 0.10 *dengan satuan Mole Fractions Hasil: Bisa dilihat pada kolom kondisi, bila nilai = 0 berarti fasenya liquid total tapi bila = 1 maka fasenya vapor total. Dan bila diantara 0 dan 1 maka ada campuran.



2. Boiling & Dew Point Campuran sebanyak 100 lbmole/hr dengan komposisi (% mole) Propane 69%, n-Butane 21% dan n-Pentane 10%. Tentukan boiling point campuran tsb pada 200 psia. Gunakan PR. Langkah:  Lakukan seperti yang practice 1 sampai masukan stream biru  Masukan komposisinya  Isi Vapour / Phase Fraction



1 untuk boiling 0 untuk dew  Masukkan P = 200 psia dan mass flow 100 lbmole/hr Hasil: Bisa dilihat pada kolom kondisi, Untuk Dew Point = 54.70 oC Untuk Boiling Point = 74.59 oC.



3. CGR dan WGR Tentukan CGR (Condensate Gas Ratio) dan WGR (Water Gas Ratio) dalam satuan Sbbl/MSCF pada 21 bar dan 50 o C. Komponen, sbb:



*Note  Sbbl = Standard barrels  MMSCF = 1 Mill std ft3  Standard diukur pada 60 F dan 1 atm. Langkah:  Masukan komponen diatas  Masuk ke tab Hypothetical untuk C6 sampai C11  Klik Hypo Manager lalu add masukan judul group  Pilih Hydrocarbon sebagai component class nya.  Add Hypo 6x lalu masukan Nama, MW, Density nya.  Klik Estimation Unknown Props



 Nilai warna biru adalah input kita dan merah adalah kalkulasi.  Setelah sudah close 2x lalu add group/hypo untuk per satu satu.  Pakai SRK sebagai FP.  Enter simulation  Masukan steam biru dan isikan komposisi dan kondisi sesuai diatas.  Masukan 3 phase separator dengan inlet (Feed), Vapour (Vapour), Light (Condensate) dan Heavy Liquid (Water).  Lalu isikan Molar Flow Vapour 1 MMSCFD  Show Tabel pada setiap stream dan pilih variabel Temperature, Pressure, Molar Flow dan Mass Flow.



 Hasilnya bisa dilihat berapa Sbbl/day / 1 MMSCFD.



4. Petroleum Fraction Tentukan fase dan mass flow dari 100000 barrel/day crude oil pada 450 F dan 75 psia dengan data, sbb:



Langkah:  Masukan komponen diatas  Gunakan PR sebagai FP.



 Di Oil Manager dimasukan basis-1 lalu tekan Enter Oil Environment  Pilih Add, lalu bulk menjadi Used, isi Standard Density dengan 54.82 lb/cuft, Viscosity type nya Dynamic, Viscosity 1 Temp 100 F, dan 2 nya 210 F.  Assay Data Type nya menjadi TBP lalu Edit Assay dan masukan sesuai data diatas lalu OK.  Klik Light Ends dan rubah Ignore menjadi input composition lalu pada Input Data pilih Light Ends dan isikan sesuai data diatas.  Klik Calculate lalu Close



 Klik Cut/Blend lalu Add dan Add lagi lalu close.  Klik Instal Oil lalu ketik Crude Oil di Stream Name  Return to Basis Environment  Selanjutnya klik Return to Simulation Environment  Lalu Save As untuk disimpan sebagai Crude Oil Plant apabila ingin digunakan lagi.  Masukan Stream biru lalu cek komposisinya



dan



masukan



kondisinya sesuai data diatas.



 Lalu bisa dilihat fasenya dan juga mass flownya dibawah.



Unit Operasi 1. Valve Liquid di flash oleh valve menuju tekanan 1 atm dan dimasukkan ke separator. Komposisi molar flows liquid jenuh pada tekanan 100 psia: Metana : 50 lbmol/hr Etana : 70 lbmol/hr Propana : 60 lbmol/hr Tentukan flow dan komposisi! Langkah  File > New > Case  Component > Add > Masukan 3 komponen diatas  Fluid Pkgs > Add > PR  Enter Simulation



 Masukan Stream biru (beri nama Feed) > isi komposisi (basis Mole Flows)  Isi kondisi > Vap Phase 0 > P 100 psia > Molar flow 180 lbmol/hr  Masukan Valve > Inlet (Feed) > Outlet (VLV Out)  Worksheet > VLV Out P 14.70 psia > akan terlihat pressure drop pada ∆P  Masukan Separator > Inlet (VLV Out) > Vapour Outlet (Vap) > Liquid Outlet (Liq)  Untuk memunculkan tabel > klik kanan pada streamnya lalu show table.



Hasil:



2. 3-Phase Separator Berapa output Gas, Oil dan Air saat Input Stream 25.000 BPD, 21 bara dan 50 oC. Komposisi:



Serta tentukan WGR & CGR! Langkah:  Masukan h2O sampai n-C5



 Component > hypothectical > masukan MW & densitynya > estimate unknown  Fluid Pkgs > SRK (Oil & Gas)  Masukan Stream biru dan isikan kondisi operasinya  Setting komposisinya dengan basis (Mole Fractions)  Masukan 3 phase separator > light liquid (Oil), Heavy (Water).  Hasilnya bisa terlihat saat di show table pada setiap streamnya.  Untuk mencari WGR&CGR  Stream 1 di hapus molar flow nya  Molar flow pada gas di isi 1 MMSCFD



Hasil: WGR :



1 : 50.85



CGR :



1 : 18.91



3. Heat Exchanger Berapa panas yang dikeluarkan jika benzene P = 400 kpa dan



T = 90 oC ingin didinginkan ke 40 oC dengan HE oleh air dengan suhu 25 oC 400 kpa dan laju alir 1000 kg/hr benzene dan 10000 kg/hr air. Serta: a. Suhu output saat transfer panas 1000 kj/ch b. Laju alir jika output air 30 oC. Langkah:  Masukan benzene & water serta PR sebagai Fluid Pkgs  Masukan 2 stream biru (dinamain benzene dan water)  Benzene: T = 90 oC, P = 400 kpa dan mass flow 100 kg/hr dengan komposisi benzene = 1



 Water: T = 25 oC, P = 400 kpa dan mass flow 10000 kg/hr dengan komposisi water = 1  Masukan HE, Tube in : Benzene dan Tube out : Benzene out. Shell in : Water dan Shell out : Water out  Klik parameter : asumsikan DP Shell : 2 psig dan tube : 5 psig  Klik worksheet lalu masukan T benzene out : 40 oC  Klik Rating lalu lihat overal UA (itu menunjukkan kj/Ch alias kj per oC yang dibutuhkan)  Untuk mengetahui suhu benzene out saat UA 1000 kj/Ch dihapus dulu T benzene out nya lalu masukan UA 1000 Kj/Ch.



 Lalu Untuk mengetahui laju alir saat water out 30 oC. Hapus dulu heat flow nya lalu masukan benzene out T 40 oC dan hapus mass flow water dan masukan T water out 30 oC dan hasilnya mass flow nya akan lebih kecil sehingga pompa pun akan menjadi lebih kecil. Hasil:



4. Pompa (untuk liquid) Berapa Power yang dibutuhkan untuk memompa Metanol dengan laju alir 5000 kg/hr, P = 100 kpa menuju 6 barg. Berapa kenaikan suhunya serta jika Power yang diberikan ialan 6000 kJ/hr berapa kenaikan suhunya? Langkah:  Component: masukan Metanol dan water lalu pakai PR.  Masukan Stream biru (beri nama Metanol Suction) dengan T = 25 oC, P = 100 kpa dan mass flow 5000 kg/hr. Komposisinya metanol 0.86 dan water 0.14



 Masukan pompa dengan inlet (Metanol Suction) dan outlet (Metanol discharge)  Masukan P out 6 barg serta kolom energy diisi EnergyPump. Maka akan terlihat heat flow nya pada Stream Energy serta Power nya. *Kj/h / 3600 = kW  Untuk memperjelas bisa dishow tabel di stream nya lalu double klik untuk mengatur isinya.  Dihapus P out nya dan masukan heat flow 6000 kJ/hr dan bisa terlihat berapa kenaikan tekanannya.



Hasil: Tekanan berbanding lurus dengan power yang diberikan.



5. Kompressor Berapa Power yang dibutuhkan untuk mengompres 73% Metana 27% Etana pada suhu 33 oC dengan laju alir 20 MMSCFD dengan tekanan awal 2 barg menuju 16 barg dan adiabatic efisiensinya adalah 86%. Tentukan berapa kenaikan



suhu serta jika Power yang diberikan 1500 KW berapa kenaikan suhunya? Langkah:  Masukan Methane & Ethane lalu pilih PR.  Masukan Stream biru dan beri nama GAS Suction dengan T = 33 oC serta P = 3 barg dan 20 MMSCFD molar Flow  Isi komposisi nya sesuai diatas.  Masukan Kompresor, Inlet (GAS Suction), Outlet Gas Discharge dan energy diisi E100  Worksheet diisi P nya 16 barg.  Bisa dilihat Power nya pada E100



 Lalu hapus P out nya dan isi 1500 kW pada Heat Flow stream merah nya maka bisa terlihat kenaikan tekanan dan suhunya berapa. Hasil: Tekanan akan berbanding lurus dengan Temperature dan Power yang digunakan.



6. Turbin Berapa power yang dihasilkan jika kita punya 1000 kg/jam steam dengan 500 oC dan 6000 kpa serta efisiensi 78% dan pressure output 200 kpa serta berapa kg/jam air yang dibutuhkan agar power 1 MW. Langkah:  Component masukan H2O lalu pakai PR.  Masukan turbin dan isikan inlet 1 lalu outlet 2 dan energynya E100  Masukan kondisi input seperti di soal serta efisiensi di parameter 78% dan masukan output kondisi dan juga dimasukan komposisinya 1.



 Untuk hasilnya bisa diliat di stream energy heat flow nya dan double klik setelah show tabel lalu masukan variabel Power dan bisa terlihat Powernya.  Hapus mass flownya lalu masukan energy 1 MW dan bisa terlihat berapa air yang dibutuhkan di Worksheet.



7. Splitter Pisahkan i-Butane dan component ringan lainnya dengan dew point 145 psia dan bubble point 153,5 psia. Serta iButane 5% masih terdapat di bottom dan n-butane 5% masih terdapat di top. Gunakan GRAYSON-STREED as FP. Dengan kondisi operasi sebagai berikut:



    







Langkah: Masukan komponen Gunakan Greyson-Streed as FP Masukan stream lalu isikan mole fraction dan kondisi operasinya. Masukan Splitter dan isikan inlet, outlet dan energy streamnya. Masukan split di top: Propane :1 i-Butane : 0.95 n-Butane : 0.05 i-Pentane :0 Di Parameter: Vapour Fraction : Top =1 Bottom = 0 Pressure sesuai keterangan



 Show Tabel pada setiap Stream



8. Reaktor konversi (CH4 Combustion) Komposisi: Metana Oksigen



: 0.01 lbmole/hr : 0.02 lbmol/hr



Kondisi operasi: 25 oC dan 0 barg. Berapa jumlah komponen dan temperature akhir reaksinya ? Langkah:  Masukan komposisi CH4, O2, H2O dan CO2. Dan gunakan PR as FP.  Klik Reactions  Lalu Add, pilih Conversion dan masukan bahan bakunya lalu produknya dan setting Coeff: CH4 : -1 O2 : -2 CO2 : 1 H2O : 2



 Basis, pilih Methane sebagai Base Component dan Vapour Phase di Rxn Phase nya dan Co 100. Lalu close.  Klik Reaction Set lalu hapus yang Global Set dan Add Set lalu aktifkan di Active List dipilih lalu centang. Dan terakhir Add to FP.  Enter simulation Environment.  Masukan Stream Biru dan beri nama Methane lalu isikkan komposisinya 1.  Kondisinya 25 oC, Pressurenya 0 barg dan molar flownya 0.01 kgmole/hr.  Masukan Stream Biru dan beri nama Oksigen lalu isi komposisinya dengan 1.



 Kondisi operasi nya sama tapi molar flownya 0.02 kgmole/hr.  Masukan Reaktor Konversi  Inlet (Methane dan Oksigen), Vapour Outlet (Gas), Liquid Outlet (Liquid).  Pilih Reactions dan klik Reaction set nya Set-1.  Lalu show tabel pada setiap stream nya dengan variabel Temperature, Pressure, Komposisi setiap Component dan Molar Flow. maka akan terlihat T, P, m dan Component disetiap Stream nya.



9. Distilattion Column Ammonia murni dihasilkan dari campuran Ammonia-AcetoneWater dengan 17 Stages include reboiler dan condenser total. Feed pada Stage 13 dan side draw pada stage 5. Dengan data seperti berikut:



   



Langkah: Masukan komponen seperti diatas lalu gunakan NRTL as FP Masukan Stream Biru dan isikan komposisi sesuai diatas. Isikan kondisi Temperaturenya 473 K dan Pressurenya 1583 kPa. Masukan Distillation Column lalu pilih Total Condenser, dan masukan Q Condenser pada Energy Condenser, Q Reboiler pada Energy Reboiler dan Feed pada Inlet, Overhead pada Ovhd Outlet, Bottom pada Bottom Outlet, dan Side Draw pada Optional Side Draw, dan 13 sebagai Inlet Stage dan 16 pada Jumlah Stage. Lalu Next



 Masukan 290 psia pada Condenser pressure dan 10 Psi pada Condenser Pressure Drop dan 300 psia pada Reboiler Pressure dan ubah DP reboiler menjadi 1.5 kPa. Lalu Next 2x dan Done. Lalu klik Specs dan delete semua Variabel.  Terlihat DOF nya 3 maka harus memasukan 3 Variabel yang diinginkan. Lalu tekan Add  Pilih Column Draw Rate ubah nama menjadi OverheadRate dan pilih Overhead@COL1 pada baris Draw dan ketik 3702 pada Spec Value.  Pilih Column Draw Rate lagi lalu ubah namanya menjadi Side Draw Rate dan pilih Side







 







Draw@COL1 di draw serta masukan 18 kgmole/h di Spec Valuenya. Yang terakhir pilih Column Reflux Ratio dan pilih Condenser di Stage serta masukan 0.6753. Lalu close. Bisa terlihat bahwa DOF = 0 dan tekan Run Lalu tekan Parameter untuk melihat Pressure, Temperature dan flow pada tiap stage dan tray. Untuk melihat detail distillation column-nya ketik Column Environment.



 Lalu bisa dibawah.



dilihat



hasilnya



Operation Logika 1. Set Untuk menetapkan nilai dari proses variabel yang spesifik dengan variabel lain yang sejenis (contohnya Temperature dari 2 Stream). 2. Adjust Memvariasikan nilai satu variabel independen untuk memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan (Variabel Dependen). Bisa digunakan untuk variabel yang berbeda / sejenis. Dapat digunakan juga untuk iterasi trial dan error secara otomatis.



3. Contoh SET & ADJUST: 1. Well dengan komposisi (A dan B) dengan rasio 80:20 serta Temperature 120 oC dan tekanan 40 barg. Diharapkan gas flow rate dari well adalah 300 MMSCFD dengan WGR 20 Sbbl/MMSCF, gas flow rate tidak termasuk liquidnya. 2. Flow dari well displit menjadi 2 stream dimana salah satunya memiliki Std. Gas Flow (MMSCFD) = 100. FP nya PR.



Data Komposisi:



Catatan: Std. Gas Flow tidak dapat diinput secara lansung seperti Molar Flow (MMSCFD). Langkah:  Masukan komposisi diatas.  Masuk ke tab Hypothetical untuk C11  Klik Hypo Manager lalu add masukan judul group  Pilih Hydrocarbon sebagai component class nya.  Add Hypo 1x lalu masukan Nama : C11 NBP[C] : 300 MW : 200 Density : 800 kg/m3  Klik Estimate Unknown Props



 Masukan ke Component dengan Add hypo  Pilih PR sebagai FP.  Enter Simulation Environment  Masukan Stream biru (A) dan isi komposisi sesuai diatas. Lalu set kondisi operasinya 120 oC dan 40 barg.  Masukan Stream biru (B) dan isi komposisi sesuai data serta kondisi operasi sama seperti A.  Masukan Stream biru (Air) dan komposisi 1 serta kondisi sama.  Masukan Mixer dan inletnya A, B dan Air serta outletnya (Pre Heater)  Masukan Heater dengan inlet Pre Heater serta Energy (Q Heater) dan Outlet nya (Well)



dengan DP 0 psi dan T Well 120 oC.  Bisa terlihat bahwa semua Stream belum OK (Masih Biru Muda) karena belum ada Flow. Tips: 1. Flow Stream A didapatkan dengan Adjust untuk dapatkan 300 MMSCFD pada Stream Well. 2. Flow Stream B didapatkan dengan SET yang dipasang antara Stream A dan B. 3. Stream Air didapatkan dengan Adjust untuk dapatkan 6000 BWPD pada Stream Well.



Langkah lanjutan:  Masukan 2 Adjust dan 1 Set.  Untuk SET: Target : Std Ideal Liq Vol B Object : Stream A Multi : 0.25 Offset : 0 barrel/day  Untuk ADJUST-1 : Adjusted Variabel Object : Mass Flow A Target Variabel Object : Phase Std Gas Flow (Vapour Phase) Well Target Value : 300 MMSCFD Method : Secant Tolerance : 0.001 Step Size : 9000 kg/h Minimum :0 Maksimum : 1 Billion



Max Iterasi : 1 Million  Untuk ADJUST-2: Adjusted Variabel Object : Mass Flow Air Target Variabel Object : Phase Liq Vol Flow (Aqueous Phase) Well Target Value : 6000 barrel/day Method : Secant Tolerance : 0.001 Step Size : 9000 kg/h Minimum :0 Maksimum : 1 Billion Max Iterasi : 1 Million  Masukan flow pada Stream A dan Water maka nilai tersebut akan berubah hingga memenuhi target.



 Masukan Tee dengan Inlet (Well) lalu outlet (to Test Separator) dan (to Production Manifold) maka streamnya akan masih biru.  Masukan Adjust-3 Adjusted Variabel Object : Flow Ratio [Flow Ratio_1) Tee Target Variabel Object : Phase Std Gas Flow [Vapour Phase] to Test Separator Target Value : 100 MMSCFD Method : Secant Tolerance : 0.01 Step Size : 0.01 Minimum :0 Maksimum : 1



Max Iterasi : 1 Billion  Karena masih belum OK  Buka TEE lalu Parameter dan Flow Ratio nya di masukan 0.1 untuk to test.  Double klik pada Stream to Test Separator lalu lihat Properties dan juga Std Gas Flow nya bisa diliat 100 MMSCFD.



4. Recycle Sebuah gas ingin dinaikan tekanannya dengan Gas Compression Plant. Gas dipisahkan dari liquidnya dengan Separator 1 dengan asumsi DP 0 dan efisiensi kompresor 72.5% dengan tekanan dinaikan enjadi 1000 psia. Lalu diturunkan suhunya dengan cooler dengan DP 10 psi. Temperature diatur sampai memiliki kandungan 80% methane (mole fraction). Gas outlet kemudian dipisahkan dengan Separator 2 dengan DP 0. Dengan data, sbb:



Pertanyaan: 1. Letak recycle dimana? 2. T out cooler? 3. Flow rate (lbmole/hr) gas produk? 4. Flow rate (lbmole/hr) keluaran recycle?



  



  



Langkah: Masukan komponen diatas dan gunakan PR as FP. Masukan Stream Biru dan isi komposisi sesuai data diatas serta kondisinya. Masukan Separator 1 dan inlet (Inlet Gas), Vapour Outlet (Vap) dan Liquid Outlet (Liq). Lalu close. Masukan Compressor dan inlet (Vap), Energy (Q Comp) dan Outlet (Feed Cooler). Atur efisiensinya di Parameter (72.5%) dan isi P out nya 1000 psia. Masukan Cooler dan inlet (Feed Cooler), Energy (Q Cooler) dan Outlet (Feed Sep 2). Lalu











  



masukan DP nya 10 psi dan isikan Temperature Feed 50 oF di tab Worksheet. Masukan Separator 2 dan inlet (Feed Sep 2), Vapour Outlet (Gas Hasil) dan Liquid Outlet (Recycle). Masukan Stream Biru dan beri nama Liq Recy lalu klik Define from Other Streams lalu pilih Recyle di Available Stream. Double klik pada Separator 1 lalu inlet ditambah Liq Recy. Masukan Recycle dan inlet (Recycle), Outlet (Liq Recy). Karena belum Converged, lalu Masukan Adjust dan atur: Adjusted Variabel: Object : Feed Sep 2



Variabel : Temperature Target Variabel: Object : Gas Hasil Variabel : Master Comp Mole Frac (Methane) Target Value : 0.8 Tolerance : 1e-3 Step Size : 10 F Minimum :1F Maximum : 1000 F Iterasi : 1000  Lalu bisa dilihat hasilnya.



5. Spreadsheet Digunakan untuk melakukan perhitungan terencana pada variabel variabel di proses serta dapat digunakan untuk rumus kompleks matematika dan Boolean Logic. Spreadsheet juga memiliki akses lengkap kesemua variabel proses serta logika. Contoh kasus: Optimasikan Crude Oil pada Plant Design No. 4 dengan mengatur P di Separator karena dengan menaikan P makan produksi Liquid pun akan naik. dengan perhitungan operasi margin yang didefinisikan sebagai perbedaan antara liquid



yang terambil kembali dikurangi biaya utility reboiler dan condenser dan dihitung dalam $/day. 1. 2. 3. 4.



Cost Factors: Recovered liquid = $28/bbl Electric condenser= $0.04/kwhr Gas for reboiler = $2.5/MMBtu Power Factor = 3.412 Btu/kwhr



Langkah:  Masukan 4 buah Set  Lalu pada Set 3 atur: Target Variabel: Pressure Stab Vapour Source: Gas Multiplier :1 Offset : -10 psi



 Atur Set 4: Target Variabel: Pressure Bottom Source: Gas Multiplier :1  Atur Set 5: Target Variabel: Pressure Oil Source: Oil & Water Multiplier :1  Atur Set 6: Target Variabel: Pressure Water Source: Oil & Water Multiplier :1



 Masukan Spreadsheet lalu beri nama Economics  Klik Add Import lalu pilih Cell A1, Object (Pump Out), Variabel (Std Ideal Liq Vol Flow)  Klik Add Import lagi dengan A2, Q Condenser dan Heat Flow  Klik Add Import lagi A3, Q Reboiler dan Heat Flow  Lalu klik tab Spreadsheet dibawah dan input Keterangan Seperti dibawah:



Maka akan jadi seperti ini:



 Masukan Databook lalu Insert dan pilih Pressure LP Crude.  Insert lagi Mass Flow Stab Feed, Stab Vapor dan Stab Bottom.  Lalu insert lagi Heat Flow Q Conderser & Q Reboiler.  Kemudian insert Std Ideal Liq Vol Flow Pump Out  Dan terakhir Insert B12, B13, B14 dan B17 Economics.  Klik Case Studies dan pilih Pressure LP Crude Ind dan selain itu Dep. Lalu tekan View  Pilih Independent Variables Setup dan isikan Low 275, High 375 dan Step Size 5. Lalu Start,  Untuk melihat hasilnya tekan Result dan ada opsi Graph juga.



 Klik Setup untuk memilih variabel apa yang akan dilihat.  Centang yang B17 saja lalu Result. 6. Balance Digunakan untuk provide Heat & Material Balance antara inlet dan outlet. Dan ada 6 type Balance Opearation. Agar Solve, yang harus diinput te antara temperature / pressure output (tak boleh keduanya). Contoh: Buatlah 1. Balance Heat and Material Balance dengan composisi komponen : Methanol : 40% Acetic Acid : 40 %



Air : 10% M-Acetate : 10% Kondisi Operasi : Tin : 164.6 F Tout : 86 F Pin : 100 psig Molar Flow : 0.9107 MMSCFD  Masukan Komponen serta gunakan PR as FP  Masukan 2 Stream Biru lalu isikan kondisi serta komposisi sesuai data diatas.  Masukan Balance dan gunakan Component Mole & Heat Flow Balance Type.



 Maka bisa dilihat bahwa Heat Flow dan Mass & Molar Flow akan sama baik di input maupun output.



Plant Design 1. Crude Stabilizer Plant Stream dari Well di choked down ke 300 psia lalu dimasukan ke separator dan Oil dari Separator dialirkan ke stabilization tower setelah dipanaskan hingga 250 oF. Stabilizer memiliki T condenser 120 F dan Reboiler 100 F. Dengan Product tower bottom hingga 150 F dan di pump hingga 1000 psia. Lalu hasil atas di compress hingga 1000 psia. PD di Pre HE adalah 5 psi untuk tiap section dan 10 untuk Stabilizer. Simulasikan Plant ini!



Composition well:



Langkah:  Masukan komponen diatas  Masuk ke tab Hypothetical untuk C7F sampai C18F



 Klik Hypo Manager lalu add masukan judul group  Pilih Hydrocarbon sebagai component class nya.  Add Hypo 5x lalu masukan Nama, MW, Density nya.  Klik Estimation Unknown Props  Nilai warna biru adalah input kita dan merah adalah kalkulasi.  Setelah sudah close 2x lalu add group/hypo untuk per satu satu.  Pakai Peng Robinson  Enter Simulation  Masukan Stream biru dan isi Composition serta kondisi operasinya 150 oF dan 800 psia dengan flow rate 10000 lbmol/hr. Lalu close



 Masukan Valve (beri judul) Choke Valve dan isikan Inlet (Crude) serta Outletnya (LP Crude).  Isikan DP nya 500 psi lalu close.  Masukan 3-Phase Separator Inlet (LP Crude), Vapour (Gas) Light Liquidnya (Oil) dan Heavy Liquidnya (Water). Lalu close.  Masukan Heater beri nama (Preheat Exchanger) lalu inlet nya Oil, Energy nya Q heater dan Outletnya Stab Feed.  Parameter dengan DP 5 psi dan Tout 250 F. Lalu close.  Masukan Splitter diberi nama Stabilizer dengan Inlet Stab Feed, Outlet atas Stab Vapour



dan bawah Stab Bottom serta Energynya Q Stab.  Splits: C1 :1 C2 :1 C3 : 0.95 C4 : 0.05 H2O :1 Selain itu 0.  Parameter: T Vapour : 120 F P Vapor : 290 psia Fraction Bot : 0 P bottom : 300 psia Lalu close.  Masukan Separator dengan inletnya (Stab Vapour), Vapour Outletnya (Vapor) dan Liquid Outletnya (Liquid). Lalu close.



 Masukan Compressor dengan inletnya Vapour, Energynya Q Compressor dan Outletnya (Tower Vapour)  Parameter dan Adiabatic Effisiensinya 72 dan P Tower Vapournya 1000 psia. Close.  Delete Pre Heat Exchanger serta Q Heaternya karena kita sudah mendapatkan Stream Bottom dari Stabilizer untuk memanaskan Oil yang akan diumpankan ke Stabilizer.  Masukan HE dengan Tube inletnya (Oil), tube outletnya (Stab Feed), shell inletnya (Bottom) dan shell outletnya (Isikan Cooler Feed).



 Parameter masukan DP 5 psi untuk tube dan shell dan ubah HE model menjadi Weighted. Lalu close.  Masukan Cooler dengan inlet (Cooler Feed), Energy (Q Cooler) dan Outlet (Pump Feed).  Parameter dan DP 10 psi dan masukan 150 F pada suhu out. Lalu close.  Masukan Pump dengan inletnya (Pump Feed), outletnya (Pump Out) dan Energy (Q Pompa).  Parameter dan DP 715 psi dengan adiabatic effisiensinya 76.5%. Lalu close.



Hasil:



2. Lanjutan Case 1 Dari case 1 diinginkan separator beroperasi secara adiabatik pada 300 psia dan hidrokarbon liquid mengandung 0.1% (molar) air. Gantilah Separator 3 fasa menjadi 2 fasa dan Splitter. Untuk mendapatkan spesifikasi kandungan air pada umpan stabilizer. Gunakan adjust untuk memvariasikan fraksi air yang ada di oil stream. Gunakan Set untuk mengatur kondiri termal aliran produk dari Splitter dengan tekanan 300 dan gunakan lagi set untuk menspesifikasi temperatur keluaran karena harus sama dengan aliran oil + water.



  







Langkah: Pakai ulang File Case 1 lalu Hapus 3-phase Separator lalu masukan 2-Phase Separator dan Splitter. Beri nama Separator lalu masukan LP Crude sebagai Inlet dan Gas pada Vapour Outlet serta isikan Oil & Water pada Liquid Outlet. Lalu close. Beri nama Splitter dengan Separator 2 lalu masukan Stream Oil & Water sebagai Inlet dan Oil pada Overhead Outlet dan ketik Water pada Bottom Outlet. Serta masukan Q-Sep 2.



 Masukan 300 psia pada Pressure Oil dan Water di Parameter. Lalu close.  Masukan Adjust dan 2 buah Set  Atur Set 1: Target Variabel: Temperature Oil Source: Oil & Water Multiplier :1 Offset :0F  Atur Set 2: Target Variabel: Temperature Water Source: Oil & Water Multiplier :1 Offset :0F  Atur Adjust:



Adjust Variabel: Object : Separator 2 Variabel : Overhead Fraction Air Target Variabel: Object : Oil Variabel : Master Comp Mole Frac Air Target Value: 0.001  Lalu Parameter: Toleransi : 1e-6 Step Size : 1e-2 Minimum :0 Maximum :1 Iterasi : 1e6 Lalu close.  Pada Splitter edit Splitterenya dan masukan 1 pada semua komponen kecuali H2O



 Dari Worksheet Komposisi Oil akan terlihat H2O sebesar 0.001. Hasil:



3. Lanjutan Case 2 Diinginkan pemodelan dengan Kolom Destilasi yang memiliki 8 stage teoritis (diluar kondenser dan reboiler) serta P kondenser 290 psia dan DP nya 10 psi. Temperature bottom 360 oF, umpan masuk dari tray 4 dengan suhu sama dengan umpan yaitu 250 oF dan temperature kondenser 120 oF. Produk liquid bawah harus 25 psia. Langkah:  Lanjutkan Case 2 lalu masukan Distillation Column  Hapus Separator 1 dan Stabilizer dan juga Stream Vapour, Liquid dan Qstab



 Pada Distillation Column, pilih Full Reflux dan namakan Column Name (Stabilizer), QCondenser pada Condenser Energy serta Q-Reboiler pada Reboiler Energy lalu Stab Vapour pada Ovhd dan Bottom pada Bottoms dan masukan Stab Feed pada Inlet Stream dan pilih tray ke 4 untuk umpan masuknya serta 8 untuk jumlah Stagenya. Lalu Next.  Akan tampak 290 psia diatas, 0 psi ditengah dan 300 psia dibawah. Lalu Next 2x.  Tekan Done.  Klik bagian Specs  Delete semua variabel di Column Specification dengan







 







tekan Tab Delete untuk tiap Variabel nya lalu akan tampak dibawah DOF = 2 berarti kita harus menambahkan 2 Variabel. Lalu tekan Add Pilih Column Temperature lalu Add Specs dan masukan Condensor sebagai Stagenya dan 120 oF di Spec Value nya. Lalu close. Terlihat bahwa DOF = 1, maka kita harus menambahkan 1 Variabel lagi. Tekan Add Pilih Column Vapour Pressure Spec lalu pilih Reboiler pada Stage dan 25 psia pada Spec Value. Lalu close. Tekan Run maka akan Coverged. Lalu close dan pada



 



 



bagian Parameter bisa dilihat hasilnya. Tekan Column Environment untuk melihat lebih detail. Untuk kembali kesebelumnya tekan panah keatas sebelah erlenmeyer di Environment. Atau CTRL + T Tekan Parent Environment akan kembali ke Home. Masukan Stream Stab Vapour ke inlet Compressor dan Outlet sebagai Tower Vapour serta Energy (Q Compressor). Lalu close



Hasil:



4. Multi Stage Separation Pisahkan umpan 1050 psia & 135 oF menjadi gas dan liquid. Dengan 3 tahap separasi tekanan pada 260, 90 dan 20 psia untuk menstabilisasi crude. Heater dipakai sebelum tahap kedua untuk memnuhi spec crude vapor pressure 15 psia pada 100 pF. Gas yang di masukan ke separator dimasukan ke 3 stage kompresor sentrifugal dengan tekanan keluaran akhir 750 psia. Keluaran dari setiap compressor didinginkan hingga 100 oF yang liquidnya direcycle ke salah satu stage separator. Liquid stage 1 direcycle ke low pressure



separator, sedangkan liquid scrubber kedua dan ketiga direcycle menuju intermediet pressure separator. Asumsikan DP 5 psi pada setiap cooler dan crude heater dan efisiensi adiabatik kompresor adalah 0.72. Dengan data, sbb:



  



  



Langkah: Masukan komponen dan hypothetical dari data diatas. Dan gunakan PR as FP. Masukan Stream Biru dan isikan komposisi serta kondisi operator sesuai data diatas. Masukan Separator lalu beri nama Flash 1, dan Inlet (Feed), Vapour Outlet (Vap F1) dan Liquid Outlet (Liq F1). Atur parameternya dan masukan DP 790 psi. Masukan Heater dan inlet (Liq F1), Energy (Q Heater) dan Outlet (Outlet Heater) Atur parameterna dengan DP sebesar 5 psi. Isi T outlet 200 oF.



 Masukan Mixer lalu beri nama Mixer 1 dan inlet (Outlet Heater) lalu Outlet (Feed F2).  Masukan Separator lalu beri nama Flash 2 dan inlet (Feed F2), Vapour Outlet (Vap F2), dan Liquid Outlet (Liq F2).  Atur parameternya dengan DP 175 psi.  Masukan Mixer dan beri nama Mixer 2 lalu inlet (Liq F2) dan Outlet (Feed F3).  Masukan Separator lalu beri nama Flash 3, inlet (Feed F3), Vapour Outlet (Vap F3) dan Liquid Outlet (Crude).  Atur parameternya dengan DP 60 psi.



 Masukan Compressor lalu beri nama Comp 1, inlet (Vap F3), Outlet (Outlet C1) dan Energy (Q Comp1).  Atur parameternya, 72 Adiabatic Efisiensi dan isi P Outlet C1 dengan 80 psia.  Masukan Mixer dan beri nama Mixer 3, inlet (Outlet C1 dan Vap F2) dan Outlet ketik Feed Cool1.  Masukan Cooler dan beri nama Cool 1, inlet (Feed Cool1), Energy (Q Cool1), dan Outlet (Feed F4).  Atur parameternya dengan DP 5 psi dan 100 F pada Feed F4 dan 100 F pada Feed F4.



 Masukan Separator lalu beri nama Flash 4, inlet (Feed F4), Vapour Outlet (Vap F4) dan Liquid Outlet (Liq F4).  Masukan Compressor, beri nama Comp 2, inlet (Vap F4), Energy (Q Comp2) dan Outlet (Outlet C2).  Atur parameternya dengan Adiabatic Efisiensi 72. Lalu masukan Pressure di Outlet C2 260 psia.  Masukan Mixer dan beri nama Mixer 4, inlet (Outlet C2 & Vap F1) dan Outlet (Feed Cool2).  Masukan Cooler lalu beri nama Cool 2, inlet (Feed Cool2), Energy (Q Cool2) dan Outlet (Feed F5).



 Atur parameternya dengan DP 5 psi dan 100 F pada Tout.  Masukan Separator dan beri nama Flash 5, inlet (Feed F5), Vapour Outlet (Vap F5) dan Liquid Outlet (Liq F5)  Masukan Compressor dan beri nama Comp 3, inlet (Vap F5), Energy (Q Comp3) dan Outlet (Feed Cool3)  Atur parameternya dengan adiabatic efisiensinya 72 dan masukan pressure Feed Cool3 750 psia.  Masukan Cooler lalu beri nama Cool 3, inlet (Feed Cool3), Energy (Q Cool3) dan Outlet (Feed F6).



 Atur parameternya dengan DP 5 psi dan isi 100 oF pada Temperature keluaran.  Masukan Separator dan beri nama Flash 6, inlet (Feed F6), Vapour Outlet (Gas) dan Liquid Outlet (Liq F6)  Masukan Mixer dan beri nama Mixer 5, inlet (Liq F5 dan Liq F6) dan Outlet (Liq Return).  Buat 2 Stream dengan nama Recycle 1 dan Recycle 2. Lalu yang 1 Define dengan Liq Return dan 2 Define dengan Liq F4.  Masukan Recycle 1 di inlet Mixer 1 dan Recyle 2 di inlet Mixer 2.



 Masukan Recycle lalu beri nama RCY 1, inlet (Liq Return) dan Outlet (Recyle 1)  Masukan Recyle lagi dan beri nama RCY 2, inlet (Liq F4) dan Outlet (Recycle 2).  Flowsheet sudah komplete. Gunakan Adjust untuk menghasilkan crude 15 psia dan 100 oF. Tapi sebelumnya kita munculkan variabel crude vapor pressure pada Utility di Stream Crude.  Klik Stream Crude lalu pilih Attachments dan Utilities  Lalu klik Create dan pilih Cold Properties lalu close.  Masukan Adjust dan atur: Adjusted Variabel:



Object : Outlet Heater Temperature Target Variabel: Object Filter : Utilities Variabel : Cold Properties True VP at 100 F Target Value : 15 psia Tolerance : 1e-2 Step Size : 18 Minimum :0 Maximum : 1000 F Iterasi : 1000  Lalu bisa dilihat di Stream Crude bahwa True Vapor Pressure 100 F adalah 14.92 psia. Dan Flow Rate pada Gas 7110 lbmole/hr. Dan Flowrate Crude 62800 barrel/day.



Hasil:



5. Natural Gas Pipeline Tentukan serta evaluasi kebutuhan proses seperti Flow Rates, Pipeline Conditions, Compression Requirements, etc. Dengan data, sbb:



Langkah:  Masukan komponen diatas, lalu gunakan PR as FP lalu Enter Simulation.  Masukan Stream Biru beri nama (Gas Feed) dan isikan











  



komposisi serta kondisi operasinya. Masukan Pipe Segment lalu inlet (Gas Feed), Outlet (Pipeline Out) dan Energy (Q Losses). Klik Rating dan klik Append Segment 4x. Lalu masukan data diatas dan pilih Rating serta pilih Segment HTC di Heat Transfer. Masukan Amb Temp dan HTC nya. Lalu close. Masukan Tee lalu inlet (Pipeline Out), isikan Outlet (To Valve) & (+Fuel) Atur Parameternya dan masukan Fuel (0.1)



 Masukan Valve dan inlet (To Valve) dan Outlet (Compressor Feed) dan isikan 10 psi pada DP nya.  Masukan Compressor dan isikan inlet (Compressor Feed), Energy (Q Comp) dan Outlet (Compressor Out)  Atur parameternya, isi 78.5 pada Adiabatic Effisiency lalu pada Pressure Outletnya 2200 psia.  Masukan Spreadsheet dan Add import dengan : Cell (A3), Object (Fuel) dan Variabel Description (Molar Flow) & A4, Q Comp dan Heat Flow.



 Atur Spreadsheet lalu isikan seperti dibawah:



 Isikan di C7 = c6-a4. Lalu close.  Masukan Adjust lalu atur:



Adjusted Variabel: Object : Tee Variabel : Flow Ratio (Flow Ratio 2) Target Variabel: Object : SpreadhseetC7 Variabel : C7 Target Value = 0 Toleransi : 1e-3 Step Size : 0.2 Minimum :0 Maximum :1 Iterasi : 1000



 Lalu Show tabel untuk Setiap Stream nya dan lihat hasilnya.