hysys basic knowledge

HYSYS Basic Knowledge By Mohammad DarwisSaturday & Sunday, Jan 11 & 12, 2014Teknik KimiaUniversitas Muhammadiyah Jakarta

Process SimulationProcess SimulatorStep by step Simulation Prepartion ComponentGas CompositionWater Saturated GasFluid CompositionUnit Operation

Daftar Isi

Process SimulationAktivitas memodelkan process fisis / chemist dengan menggunakan process simulator. Process tsb bisa berbentuk buble point suatu liquid, dew point suatu gas, vapor pressure suatu liquid, gas processing, oil processing, hydraulic calculation & heat transfer.

Process SimulatorProcess Simulator adalah peralatan matematika yang memodelkan suatu process dengan mass & heat flow yang kontinu dari satu unit operasi ke unit operasi lainnya.Process simulator ini menggunakan Numerical Analysis /Methods didalam menyelesaikan persamaan matematika yang dihasilkan.

Contoh Process SimulatorHYSYSPRO-IICHEMCADPIPEPHASE Hydraulic CalculationPIPESIM Hydraulic CalculationOLGA Hydraulic CalculationFLARENET Hydraulic CalculationPIPENET Hydraulic Calculation

Step by Step Process Sim.Tentukan component yang terlibat dalam process simulation.Tentukan Thermodynamics Property Package yang akan digunakan Peng Robinson, SRK (Soave Redlich Kwong).Tentukan unit yang akan digunakan SI, Field (British) or combine. Ensure Solver selalu active.Process Simulation preparation ready untuk dimulai.

ComponentDalam process simulasi, dibutuhkan banyak component yang terlibat di dalam process.Gas Processing : CH4 (methane) C6H14 (Heksane) Methanol Plant : CH3OH (methanol)Pabrik Pupuk : CO(NH2)2 (Urea)

Component Pabrik PupukPada pabrik pupuk Urea, component yang ikut terlibat :

Methane

CH4 + 2H2O --- CO2 + 4H2N2 + 3H2 --- 2NH32NH3 + CO2 --- CO(NH2)2 + H2O

Urea

Component Methanol PlantPada pabrik Methanol, component yang ikut terlibat :

methane

3CH4 + 2H2O + CO2 --- 4CO + 8H2CO + 2H2 --- CH3OH

methanol

Jenis ComponentAda 3 jenis component yang bisa dihandle oleh HYSYS :Standard ComponentHypothetical componentHypothetical component crude oil

Standard ComponentAdalah component yang langsung diprovide HYSYS ada di library component. CH4 Methane C2H6 Ethane C3H8 Propane CO2 Carbon dioxideH2S Hydrogen sulfideH2O Water

Hypothetical componentAdalah component yang didefine sendiri oleh user.Minimum 2 variabel harus diinput.Variabel lainnya akan dicalculate oleh HYSYS.Method yang akan digunakan dalam memprediksi sebuah variabel dapat dipilih oleh user.

Component Crude OilActualnya adalah hypothetical component, tetapi dibuat oleh HYSYS, bukan oleh user. Data yang diperlukan adalah crude oil distillation ASTM D-86, ASTM D-1160, ASTM D2887, TBP True Boiling Point plus properties lainnya.Based on data ini, HYSYS membuat hypothetical componentnya.

Gas CompositionDalam menentukan komposisi suatu gas, diperlukan sampling, yang akan dianalisa di laboratorium.Laboratorium tidak menganalisa water, sehingga komposisi gas yang dihasilkan adalah tanpa water biasa disebut DRY GAS.

Water Saturated GasNormally dry gas adalah water saturated. Water saturated gas dapat diperoleh dengan menambahkan water ke dry gas.Caranya :Dengan manual method yaitu menambahkan sebanyak mungkin water ke dry gas. Hasilnya kemudian dipisahkan dengan separator. Gas yang dihasilkan adalah saturated gas.Dengan unit operation Saturate with Water yang diprovide HYSYS.

Water Saturated GasManual method :Buat stream dry gas & flow-nya.Buat stream water dengan flownya berlebih sebanyak mungkin.Masukan ke separator dan buat stream outletnya.Gas yang terbentuk adalah saturated gas.Sebagian water akan keluar sebagai component pada condensate & water solution.

Water Saturated GasManual method :

Water Saturated GasDengan Unit Operation :Buat stream dry gas & flow-nya.Buat stream water tanpa flow.Hubungkan ke-dua stream tsb dengan unit operation Saturate with Water dan buat stream outletnya.Water flow akan terhitung dengan sendirinya.

Water Saturated Gas Dengan unit operation :

Fluid CompositionUntuk menentukan komposisi suatu fluida di well, diperlukan data :CGR = condensate gas ratio (bbl/mmscfd)WGR = water gas ratio (bbl/mmscfd)Based on data tsb, komposisi fluida bisa ditentukan.

Fluid CompositionStep by stepnya:Dry gas dibuat saturated gas.Saturated gas + water dicampur, kemudian dipisahkan dengan 3-Phase Separator.Saturated gas flow akan di-try hingga CGR yang diinginkan tercapai.Water flow akan di-try hingga WGR fluida yang diinginkan tercapai.

Fluid CompositionUntuk CGR, target variable mungkin :Gas Flow MMSCFDCondensate Flow Barrel/dayUntuk WGR, tidak ada pilihan, target variabel adalah water flow Barrel/day.

Fluid CompositionKetika gas flow sebagai target variabel, check condensate flow yang dihasilkan. Jika :Condensate flow > required condensate flow, maka pemilihan gas flow sebagai target variabel sudah benar.Condensate flow < required condensate flow, maka ubah target variabel menjadi condensate flow.

Fluid Composition

Fluid CompositionKetika condensate flow sebagai target variabel, check gas flow yang dihasilkan. Jika :Gas flow > required gas flow, maka pemilihan condensate flow sebagai target variabel sudah benar.Gas flow < required gas flow, maka ubah target variabel menjadi gas flow.

Fluid Composition

Unit Operation - StreamAda 2 jenis stream :Material Stream : menampilkan komposisi, temperature, pressure, flow dan properties.Energy Stream : menampilkan energy/waktu yang terlibat pada process. Ini bisa energy yang dihasilkan/dibutuhkan.

Unit Operation - Stream

Question - DensityDensity (massa jenis) merupakan fungsi dari massa & volume. Artinya jika massa atau volumenya berubah maka density juga berubah. Pernyataan ini benar atau salah? Jawab : salah.Mengapa?

Unit Operation - StreamMaterial stream membutuhkan :KomposisiPressureTemperatureFlowUntuk variabel lain, tidak perlu di-input sebab akan terhitung.Variabel yang terletak dalam condition & composition (tab Worksheet) dapat diinput.Variabel yang terletak dalam properties (tab Worksheet) tidak dapat diinput.

Unit Operation - Stream3 variabel dibawah ini adalah 1 kesatuan dimana 2 variabel menentukan 1 variabel lainnya :Vapor FractionPressureTemperaturePressure & Temperature diinput (berwarna biru), automatically Vapor Fraction akan terhitung (berwarna hitam).Pressure & Vapor Fraction di-input (berwarna biru), automatically Temperature akan terhitung (berwarna hitam).Vapor Fraction & Temperature di-input (berwarna hitam), automatically Pressure akan terhitung (berwarna hitam). Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KE-3 VARIABEL TSB.Maximum 2 variabel yang boleh diinput.

Unit Operation - StreamVapor Fraction = ? Adalah ratio antara volume gas di dalam suatu fluida dengan volume total fluida tsb.Adalah variabel yang menunjukan suatu fluida dalam kondisi 1 phase (gas saja atau liquid saja) atau 2 phase (campuran gas & liquid).Vapor Fraction adalah variable yang mengindikasikan phase suatu fluida.

Aplikasi stream PhaseUntuk menentukan phase fluida pada pressure & temperature tertentu, apakah berbentuk gas, liquid atau campuran. Indication variablenya : vapor fraction.Vapor fraction = 0 liquid jenuh0 < Vapor fraction < 1 campuranVapor fraction = 1 vapor jenuhInput pada stream :KomposisiPressureTemperatureVapor fraction akan terhitung.

Aplikasi stream PhaseAtau di diagram phase pada attachments utilities.

Aplikasi stream Phase

Aplikasi stream PhaseDiagram phase

Aplikasi stream PhaseCara manual : F = V + L (1) Zi.F = V.yi + L.xi (2) yi = Ki . xi (3) Ki = f(T,P) ....(4) xi = F.zi / [F + V(Ki 1)] ..(5) yi = F.zi / [F + L(1/Ki 1)] .(6)Dengan mencoba-coba nilai L/F atau V/F hingga didapatkan Sxi = 1 atau Syi = 1.

Aplikasi stream Buble PointAdalah temperature pada pressure tertentu dimana fluida dalam keadaan liquid jenuh/saturate.Input pada stream :KomposisiPressureVapor fraction (=0)Temperature akan terhitung.

Aplikasi stream Buble PointCara manual : F = L ..(1) zi.F = L.xi ..(2) zi = xi ....(2) Ki = f(T,P) ....(3) yi = Ki xi ....(4) yi = Ki zi ....(4)Dengan mencoba-coba temperature (T) hingga didapatkan Syi = 1. Temperature inilah yang disebut Buble Point.

Aplikasi stream Dew PointAdalah temperature pada pressure tertentu dimana fluida dalam keadaan vapor jenuh/saturate.Input pada stream :KomposisiPressureVapor fraction (=1)Temperature akan terhitung.

Aplikasi stream Dew PointCara manual : F = V (1) zi.F = V.yi ..(2) zi = yi ....(2) Ki = f(T,P) .....(3) xi = yi / Ki ...(4) xi = zi / Ki ...(4)Dengan mencoba-coba temperature (T) hingga didapatkan Sxi = 1. Temperature inilah yang disebut Dew Point.

Aplikasi stream Vapor PressureAdalah pressure pada temperature tertentu dimana fluida dalam keadaan liquid jenuh/saturate.Input pada stream tsb :KomposisiTemperatureVapor fraction (=0)Vapor pressure akan terhitung

Aplikasi stream PropertiesProperties (density, viscosity, Cp/Cv, conductivity, ) suatu fluida dapat ditentukan dengan stream. Input pada stream tsb :KomposisiTemperaturePressureProperties akan terhitung

Question PropertiesVariable apa saja yang dibutuhkan untuk mengetahui properties suatu fluida?Jawab :KomposisiTemperaturePressure

Question Molar / Mass FlowPada stream, bolehkah saya input variable MOLAR FLOW dan MASS FLOW secara bersamaan?Jawab : tidak boleh.Mengapa?

Unit Operation - SeparatorAda 3 jenis :2-Phase Separator : memisahkan fluida ke dalam 2 phase, yaitu gas & liquid.3-Phase Separator : memisahkan fluida ke dalam 3 phase, yaitu gas, condensate & water.Tank : fungsi utamanya sebagai storage. Tetapi juga berfungsi untuk memisahkan fluida ke dalam 2 phase, yaitu gas & liquid.

Unit Operation - SeparatorUntuk Pressure Drop & Energy , defaultnya adalah tidak ada pressure drop & tidak ada heating/cooling.Jika ada pressure drop, input value yang diinginkan.Jika terjadi heating/cooling, tambahkan stream energy dan input value yang diinginkan.

Unit Operation - SeparatorPada Pressure Drop, ada 2 variabel yang harus diperhatikan :Pressure Drop atau Pressure Outlet. Pressure Drop atau Pressure Outlet :Jika Pressure Drop sudah di-input, automatically Pressure Outlet akan terhitung.Jika Pressure Outlet sudah di-input, automatically Pressure Drop akan terhitung. Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation - SeparatorPada Heating/Cooling, ada 2 variabel yang harus diperhatikan :Energy atau Temperature Outlet. Energy atau Temperature Outlet :Jika Energy sudah di-input, automatically Temperature Outlet akan terhitung.Jika Temperature Outlet sudah di-input, automatically Energy akan terhitung. Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation - Separator

Unit Operation Heat TransferAda 6 jenis :CoolerHeaterHeat ExchangerAir CoolerLNG ExchangerFired Heater

Unit Operation Heat TransferVariabel yang harus diperhatikan :Pressure dropDuty Temperature outlet (Q=U.A.DT)

Unit Operation Heat TransferDuty atau Temperature Outlet :Jika Duty sudah di-input, automatically Temperature Outlet akan terhitung.Jika Temperature Outlet sudah di-input, automatically Duty akan terhitung. Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation Heat TransferPada Pressure Drop, ada 2 variabel yang harus diperhatikan :Pressure Drop atau Pressure Outlet. Pressure Drop atau Pressure Outlet :Jika Pressure Drop sudah di-input, automatically Pressure Outlet akan terhitung.Jika Pressure Outlet sudah di-input, automatically Pressure Drop akan terhitung. Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation Heat Transfer

Unit Operation Heat TransferPada Heat Exchanger, item yang harus diperhatikan selain pressure drop, duty/temperature outlet :Temperature Cross (lihat Azas Black : kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima)Ft correction Factor is very low (lihat DT pada persamaan heat transfer : Q = U.A.DT).

Unit Operation Heat TransferPada Air Cooler, item yang harus diperhatikan selain pressure drop, duty/temperature outlet :Temperature Cross (lihat Azas Black : kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima).Design Air Flow (sesuaikan dengan kondisi design).Ft correction Factor is very low (lihat DT pada persamaan heat transfer : Q = U.A.DT).

Unit Operation Heat TransferPada LNG - Exchanger, item yang harus diperhatikan selain pressure drop, duty/temperature outlet :Temperature Cross (lihat Azas Black : kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima)Ft correction Factor is very low (lihat DT pada persamaan heat transfer : Q = U.A.DT).

Unit Operation RotatingAda 3 jenis :PumpCentrifugal CompressorExpanderReciprocating Compressor

Unit Operation RotatingVariabel yang harus diperhatikan :EnergyPressure OutletTemperature outlet

Unit Operation RotatingEnergy atau Pressure Outlet :Jika Energy sudah di-input, automatically Pressure Outlet akan terhitung.Jika Pressure Outlet sudah di-input, automatically Energy akan terhitung.Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation RotatingTemperature outlet pada Pump, Compressor & Expander akan terhitung.Ingat : TEMPERATURE OUTLET JANGAN DIINPUT.

Unit Operation Rotating

Unit Operation PipingAda 4 jenis :ValveTeeMixerPiping

Unit Operation PipingPada VALVE, variabel yang harus diperhatikan :Delta P (pressure drop)Pressure OutletTemperature outlet

Unit Operation PipingPada Pressure Drop, ada variabel yang harus diperhatikan :Pressure Drop atau Pressure Outlet. Pressure Drop atau Pressure Outlet :Jika Pressure Drop sudah di-input, automatically Pressure Outlet akan terhitung.Jika Pressure Outlet sudah di-input, automatically Pressure Drop akan terhitung. Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation PipingTemperature outlet pada valve akan terhitung.Ingat : TEMPERATURE OUTLET JANGAN DIINPUT.

Unit Operation Piping

Unit Operation PipingPada TEE, variabel yang harus diperhatikan :Flow ratioTotal jumlah ratio = 1Flow ratio ini membagi aliran berdasarkan ratio flow (volume/waktu).Ingat : TIDAK BOLEH INPUT SEMUA FLOW RATIO.

Unit Operation PipingFlow Ratio atau Flow Outlet :Jika Flow Ratio sudah di-input, automatically Flow Outlet akan terhitung.Jika Flow Outlet sudah di-input, automatically Flow Ratio akan terhitung. Ingat : TIDAK BOLEH INPUT KEDUANYA.

Unit Operation PipingPada MIXER, variabel yang harus diperhatikan :Pressure, dimana pressure outletnya adalah pressure terendah dari pressure stream yang masuk.

Unit Operation PipingPada PIPING, variabel yang harus diperhatikan :Diameter pipe outer & inner diameterPanjang pipe & elevasinyaMaterial PipeConductivity pipeVariabel heat transfer seperti :Medium tempat pipenya apakah udara, water, sea water, clay dll.Insulation, apakah pipenya diisolasi atau tidak? Kalau ya, berapa tebalnya dan conductivitynya. Ingat : PRESSURE OUTLET TIDAK BOLEH DIINPUT, SEBAB AKAN TERHITUNG.

Unit Operation ColumnsAda 4 jenis :Component SplitterShort-cut DistillationAbsorberRefluxed AbsorberReboiled Absorber Distillation

Unit Operation ColumnsComponent splitter adalah unit operation dimana separationnya didefine oleh user. Actualnya alat ini tidak ada. Ini digunakan untuk mencover/melambangkan sebuat process besar dimana kita hanya peduli dengan inlet dan outletnya. Tidak peduli dengan process di dalamnya.

Unit Operation ColumnsPada COMPONENT SPLITTER, variabel yang harus diperhatikan :Pembagian fraksi hasil dan hasil bawahAda perubahan energy atau tidak? Jika ada, harus ditambahkan sTream energy.

Unit Operation Columns

Unit Operation ColumnsPada SHORT-CUT DISTILLATION, variabel yang harus diperhatikan :Light key & Heavy keyMole fraksi light key di hasil bawahMole fraksi heavy key di hasil atasPressure condenser & reboilerReflux ratio

Unit Operation ColumnsPada ABSORBER, tidak ada variabel yang harus diperhatikan, kecuali :Penyerap yang digunakan harus mempunyai daya serap yang berbeda terhadap component-component di dalam umpan gas, khususnya component yang akan diserap.

Unit Operation ColumnsPada REFLUXED ABSORBER, REBOILED ABSORBER,DISTILLATION, variabel yang harus diperhatikan :Degree of freedom

Unit Operation ColumnsDisini Degree of Freedom bermakna selisih antara jumlah variabel dengan jumlah persamaan. Contoh : x + y = 5 ..(1) 2x y = 4 ..(2) Jumlah variabel = 2 ( x & y) Jumlah persamaan = 2 Degree of freedom = 2 2 = 0 Persamaan ini bisa diselesaikan.

Unit Operation ColumnsContoh : x + y + z = 5 ..(1) 2x y + 3z = 8 ..(2) Jumlah variabel = 3 ( x & y & z) Jumlah persamaan = 2 Degree of freedom = 3 2 = 1 Persamaan ini tidak bisa diselesaikan.

Unit Operation ColumnsUntuk menyelesaikan kedua persamaan tsb, satu variabel harus didefinisikan. misal z = 1, kedua persamaan tsb menjadi : x + y = 4 ..(1) 2x y = 5 ..(2) Sekarang jumlah variabel = 2 (x & y) Sekarang jumlah persamaan = 2 Degree of freedom = 2 2 = 0 Persamaan ini bisa diselesaikan.

Unit Operation ReactorAda 5 jenis :CSTR Continuous Stirred Tank ReactorPlug Flow ReactorGibbs ReactorEquilibrium ReactorConversion Reactor

Unit Operation ReactorPada REACTOR, variabel yang harus diperhatikan :Reaksi yang akan digunakan harus didefinisikan di Simulation Basis Manager

Unit Operation Reactor

Unit Operation LogicalAda 5 jenis :AdjustSetRecycleBalanceSpreadsheet

Unit Operation LogicalAdjust adalah suatu unit untuk mencoba-coba value sebuah variabel untuk mendapatkan required value sebuah variabel lainnya.Atau bisa dikatakan tryal & error methods.Dalam numerical methods ada secant, broyden, bisection & newton raphson.

Unit Operation LogicalPada ADJUST, variabel yang harus diperhatikan :Adjusted variableTarget variableTarget valueToleranceStep sizeMinimum adjusted variableMaximum adjusted variableMaximum iterations

Unit Operation Logical

Unit Operation LogicalSET adalah suatu unit untuk menentukan value sebuah variable target dari sebuah variable source.Penghubungnya adalah persamaan linier : Y = MX + C, dimana M = gradien/slope & C = intercept.Nilai M selalu bulat.Nilai C = bebas.

Unit Operation LogicalPada SET, variable yang harus diperhatikan :Target variableSource Persamaan yang menghubungkan source & target variable Y = MX + CPada SET, variable source & variable target harus sama.

Unit Operation LogicalRecycle adalah suatu unit di HYSYS yang akan mencari penyelesaian sehingga nilai yang diasumsikan sama dengan nilai yang dihasilkan.

Unit Operation LogicalPada RECYCLE, variable yang harus diperhatikan :Sensitivity variable-variable utamaSemakin rendah sensitivity suatu variable, maka akan semakin bagus nilai yang dihasilkan.

Unit Operation LogicalBALANCE adalah suatu unit/facilitas untuk heat & mass balance.

Unit Operation LogicalSpreadsheet adalah suatu unit bantu di HYSYS yang fungsinya sebagai spreadsheet.

TERIMA KASIH

hysys basic knowledge

Documents

crude oil distillation

srk soave redlich kwong

field british or combine

berbentuk buble point

mass heat flow

ch3oh methanolpabrik

component crude oilactualnya

disebut dry gas