evaluasi kolom distilasi butanol-air dengan … · condenser pada kolom distilasi i dan ii,...

17
EVALUASI KOLOM DISTILASI BUTANOL-AIR DENGAN INTEGRASI PANAS UNTUK MENDAPATKAN TOTAL ANNUAL COST (TAC) MINIMUM Nama Mahasiswa : 1. Satrio Pamungkas NRP.2306100059 : 2. Tri Hartanto A NRP.2306100080 Dosen Pembimbing : 1. Prof.Ir. Renanto Handogo,MS., Ph.D. : 2. Ir.Musfil A.S,M.Eng.,Sc. Laboratorium : Perancangan dan Pengendalian Proses Tekmik Kimia 1. PENDAHULUAN Pada suatu industri kimia, menganalisa dan melakukan optimasi terhadap suatu unit adalah salah satu bagian penting untuk efisiensi proses. Proses optimasi adalah dasar engineering, karena fungsi klasik seorang insinyur adalah untuk mendesain sistem yang baru, yang lebih baik, lebih efisien dan lebih murah, sebaik memikirkan sistem atau prosedur untuk meningkatkan operasi sistem yang telah ada. Akhir-akhir ini perubahan arus teknologi dan informasi terjadi begitu pesat. Era perubahan arus teknologi yang begitu besar tersebut menuntut seorang teknik kimia untuk mengikutinya. Alat-alat dan software-software keteknikkimiaan juga mengalami perkembangan yang luar biasa. Hal tersebut dapat kita manfaatkan guna memajukan perindustrian dan melakukan optimasi dan efisiensi terhadap proses yang telah ada.Untuk mencapai efisien tersebut, sebagian besar proses di industri mengalami paling tidak satu kali perubahan selama masa pakainya untuk memperoleh keuntungan dari teknologi proses yang tercanggih, yang dapat berupa perbaikan dalam efisiensi energi dan kapasitas produksi.Sehingga penyelesaian persoalan perancangan dengan integrasi panas menjadi kebutuhan penting. Dengan semakin mahalnya harga bahan bakar maka perlu bagi sebuah industri untuk melakukan evaluasi kembali terhadap proses yang digunakan sebelumnya agar proses yang terdapat indikasi pemborosan bahan bakar dapat diminimalisasikan. Pada pabrik pembuatan butanol (Butyl Alcohol) memiliki plant yang disebut plant kolom distilasi yang akan digunakan sebagai studi kasus dalam penelitian ini. Butanol sendiri merupakan bahan kimia yang banyak digunakan dalam industri seperti platizier, resin, pelapis serta yang terbaru adalah sebagai bahan additive untuk gasoline atau bensin. Proses distilasi adalah proses yang menggunakan energi yang intensif sehingga evaluasi pada plant ini akan memberikan penghematan yang cukup besar. Pada penelitian skripsi Nanda dan Candra yang melakukan evaluasi pada kolom distilasi yaitu, evaluasi dengan memanfaatkan heat integration dengan sistem etanol-air, tetapi penelitian dari nanda dan candra ini kami aplikasikan pada sistem yang kami teliti, yaitu sistem butanol-air yang nantinya akan memberikan hasil, dimana akan dapat digunakan untuk meminimalkan kebutuhan aliran panas dan aliran dingin, terutama kebutuhan steam pada reboiler yang harganya relatif lebih mahal dibandingkan dengan air pendingin. Penghematan tersebut selanjutnya akan mengurangi biaya operasional serta total annual cost.

Upload: vanthuan

Post on 11-May-2019

247 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

EVALUASI KOLOM DISTILASI BUTANOL-AIR DENGAN INTEGRASI PANAS

UNTUK MENDAPATKAN TOTAL ANNUAL COST (TAC) MINIMUM

Nama Mahasiswa : 1. Satrio Pamungkas NRP.2306100059

: 2. Tri Hartanto A NRP.2306100080

Dosen Pembimbing : 1. Prof.Ir. Renanto Handogo,MS., Ph.D.

: 2. Ir.Musfil A.S,M.Eng.,Sc.

Laboratorium : Perancangan dan Pengendalian Proses Tekmik Kimia

1. PENDAHULUAN

Pada suatu industri kimia, menganalisa dan melakukan optimasi terhadap suatu unit

adalah salah satu bagian penting untuk efisiensi proses. Proses optimasi adalah dasar

engineering, karena fungsi klasik seorang insinyur adalah untuk mendesain sistem yang baru,

yang lebih baik, lebih efisien dan lebih murah, sebaik memikirkan sistem atau prosedur untuk

meningkatkan operasi sistem yang telah ada.

Akhir-akhir ini perubahan arus teknologi dan informasi terjadi begitu pesat. Era

perubahan arus teknologi yang begitu besar tersebut menuntut seorang teknik kimia untuk

mengikutinya. Alat-alat dan software-software keteknikkimiaan juga mengalami

perkembangan yang luar biasa. Hal tersebut dapat kita manfaatkan guna memajukan

perindustrian dan melakukan optimasi dan efisiensi terhadap proses yang telah ada.Untuk

mencapai efisien tersebut, sebagian besar proses di industri mengalami paling tidak satu kali

perubahan selama masa pakainya untuk memperoleh keuntungan dari teknologi proses yang

tercanggih, yang dapat berupa perbaikan dalam efisiensi energi dan kapasitas

produksi.Sehingga penyelesaian persoalan perancangan dengan integrasi panas menjadi

kebutuhan penting.

Dengan semakin mahalnya harga bahan bakar maka perlu bagi sebuah industri untuk

melakukan evaluasi kembali terhadap proses yang digunakan sebelumnya agar proses yang

terdapat indikasi pemborosan bahan bakar dapat diminimalisasikan. Pada pabrik pembuatan

butanol (Butyl Alcohol) memiliki plant yang disebut plant kolom distilasi yang akan

digunakan sebagai studi kasus dalam penelitian ini. Butanol sendiri merupakan bahan kimia

yang banyak digunakan dalam industri seperti platizier, resin, pelapis serta yang terbaru

adalah sebagai bahan additive untuk gasoline atau bensin. Proses distilasi adalah proses yang

menggunakan energi yang intensif sehingga evaluasi pada plant ini akan memberikan

penghematan yang cukup besar.

Pada penelitian skripsi Nanda dan Candra yang melakukan evaluasi pada kolom

distilasi yaitu, evaluasi dengan memanfaatkan heat integration dengan sistem etanol-air,

tetapi penelitian dari nanda dan candra ini kami aplikasikan pada sistem yang kami teliti,

yaitu sistem butanol-air yang nantinya akan memberikan hasil, dimana akan dapat digunakan

untuk meminimalkan kebutuhan aliran panas dan aliran dingin, terutama kebutuhan steam

pada reboiler yang harganya relatif lebih mahal dibandingkan dengan air pendingin.

Penghematan tersebut selanjutnya akan mengurangi biaya operasional serta total annual cost.

Dalam hal ini dilakukan metode penghematan energi dengan cara integrasi panas karena

relatif tidak memerlukan biaya tambahan.(Nanda dan Candra,2005)

2. METODOLOGI PERCOBAAN

Beberapa data yang dibutuhkan untuk pelaksanaan penelitian ini meliputi, data

kondisi operasi berdasarkan literatur (Luyben,2008), data variasi tekanan kolom distilasi

berdasarkan thesis (Santi,2000).

Simulasi dilakukan dengan laju alir feed masuk decanter sebesar 1000 kmol/h,dengan

komposisi feed 60 % air dan 40 % butanol. Output yang diamat adalah beban reboiler dan

condenser pada kolom distilasi I dan II, selisih/delta temperatur overhead kolom distilasi II

dengan temperatur bottom kolom distilasi I untuk integrasi panas, serta mole fraksi produk

butanol dan air untuk menjaga kemurnian produk.

Beberapa data seperti kondisi dan komponen stream diperlukan untuk diinputkan ke

dalam software Aspen Plus. Optimasi proses dilakukan untuk mendapatkan beban reboiler

pada kondisi operasi maksimal. Sistem pemisahan campuran butanol-air dapat dilihat pada

gambar 1.

Gambar 1. Sistem pemisahan butanol-air pada software AspenPlus

Integrasi panas dapat dilakukan dengan merubah kondisi operasi yaitu tekanan. Syarat agar

pertukaran panas dapat dilakukan adalah:

ΔT minimum sebesar 20 K (Luyben,2006)

Jumlah panas (Q) yang akan ditukarkan lebih kecil atau sama dengan Q yang akan

menerima.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini, untuk melakukan proses diperlukan validasi dari hasil simulasi.

Tujuan validasi adalah sebagai acuan awal yang menunjukkan bahwa simulasi dapat

mendekati kondisi yang sebenarnya. Validasi dilakukan secara bertahap untuk sistem proses

pemisahan butanol-air dengan menggunakan dua kolom distilasi dan satu decanter. Hal ini

sangat penting mengingat keterkaitan yang sangat erat dari keterlibatan komponen yang

kompleks pada feed. Apabila validasi dari satu tahap tidak dihasilkan output yang memiliki

error minimal maka akan mempengaruhi validasi untuk tahap proses selanjutnya. Data yang

diambil berasal dari literatur. (Luyben,2008) Setelah data literatur didapatkan, proses diagram

sistem pemisahan butanol-air dapat dibuat dengan menggunakan software AspenPlus, yang

nantinya akan terus digunakan dalam penelitian ini.

Penelitian simulasi kolom distilasi butanol-air dengan integrasi panas untuk

mendapatkan Total Annual Cost (TAC) minimal ini dilakukan dengan menggunakan software

Aspen Plus. Simulasi steady state pembuatan base case ini merupakan langkah awal untuk

melakukan simulasi untuk mendapatkan optimasi dari kondisi operasi. Dalam simulasi steady

state ini juga dilakukan pemilihan jenis kolom distilasi dan tipe tray dengan tujuan untuk

mendapatkan model simulasi yang sesuai dengan kondisi sebenarnya yaitu pada literatur

(Luyben,2008). Simulasi kinerja kolom distilasi pemisahan kolom distilasi sistem butanol-air

ini menggunakan model termodinamika UNIQUAC karena umpan yang digunakan dalam

sistem pada penelitian ini merupakan campuran organik (butanol-air), selain itu pada sistem

butanol-air terdapat suatu kesetimbangan cair-cair (LLE).

Pada simulasi ini ditetapkan feed masuk sebesar 1000 kmol/jam dengan komposisi

fraksi butanol sebesar 0,4 dan fraksi air sebesar 0,6 dengan target produk butanol pada kolom

distilasi II mempunyai fraksi sebesar 0,99936. Base case ini diambil berdasarkan data kondisi

pada literatur.(Luyben,2008) Hasil simulasi steady state base case ini terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil Simulasi Steady State

NO Variabel Luyben Simulation with AspenPlus

1 Tekanan Kolom distilasi I 51 kPa 51 kPa

2 Tekanan Kolom distilasi II 51 kPa 51 kPa

3 Suhu Decanter 343 K 343 K

4 Suhu Overhead KD I 348 K 348,00926 K

5 Suhu Bottom KD I 357 K 354,4658 K

6 Suhu Overhead KD II 348 K 348,503 K

7 Suhu Bottom KD II 376 K 375,4277 K

8 Feed Masuk Decanter 1000 kmol/h 1000 kmol/h

9 Fraksi mole Butanol 0,4 0,42013577

Fraksi Mole Air 0,6 0,57986423

10

Mole Flow Produk KD I 600,1 kmol/h 599,99393 kmol/h

Fraksi mole Butanol 0,001 0,00063999

Fraksi Mole Air 0,999 0,99936

11

Mole Flow Produk KD II 399,9 kmol/h 400,002777 kmol/h

Fraksi mole Butanol 0,999 0,999

Fraksi Mole Air 0,001 0,001

12 Heat Duty Reboiler KD I 1,21 MW 1,21342629 MW

13 Heat Duty Reboiler KD II 6,70 MW 6,67595483 MW

14 Condensor Duty 6,83 MW 7,0353724 MW

Setelah tahap simulasi yang didapatkan steady state,maka langkah

selanjutnya adalah mensimulasikan kembali dengan menggunakan software AspenPlus dan

memasukkan variabel penelitian ini untuk mendapatkan kondisi optimal dari pemisahan

kolom distilasi sistem butanol-air. Adapun variabel-variabel yang akan dimasukkan dalam

simulasi pemisahan butanol-air ini,yang pertama adalah temperature pada decanter yaitu 339

K; 341 K; 343

K dengan tekanan pada kolom distilasi I dan kolom distilasi II sama,yaitu

sebesar 51 kPa.

Tabel 2. Hasil Simulasi Steady State dengan variabel temperatur pada decanter

T (K)

Mole Fraction (Product) Q (Dalam MW)

Pada KD I Pada KD II Q

kondensor

Q reboiler

(KD II)

Q reboiler

(KD I) Butanol Air Butanol Air

343

(basecase) 0,001 0,999 0,999 0,001 6,83 6,7 1,21

343 0,00063999 0,99936 0,999 0,001 7,0353724 6,67595483 1,21342629

341 0,00063999 0,99936 0,999 0,001 7,0911335 6,88452743 1,44096256

339 0,00063999 0,99936 0,999 0,001 7,090541 7,28576838 2,01740899

Pada tabel 2 menunjukkan bahwa perubahan temperatur pada decanter mempengaruhi besar

kecilnya beban pada reboiler dan condenser pada kolom distilasi I maupun kolom distilasi II,

pada penelitian ini beban pada reboiler dan kondensor sangat diperhatikan karena nantinya

penelitian ini selain melihat dari sisi kemurnian produk butanol yang dihasilkan pada kolom

distilasi, yaitu 99% juga melihat dari sisi ekonominya. Dapat dilihat pada tabel bahwa

kondisi terbaik didapatkan pada suhu 343 K. Pada simulasi ini simulasi tidak dapat

disimulasikan pada suhu lebih dari 343 K, karena pada suhu tersebut butanol dan air sebagian

sudah berubah fase dari cair menjadi uap, seperti terlihat pada gambar 2. Kenaikan

temperatur decanter juga menyebabkan naiknya beban (Q) reboiler pada kolom distilasi I

dan kolom distilasi II seperti terlihat pada gambar 3 dan 4, tetapi terjadi penurunan pada

beban(Q) condensor seperti terlihat pada gambar 5.

Gambar 2. Sistem VLLE butanol-air pada tekanan 51 kPa

dengan menggunakan

sofware AspenPlus

Gambar 3. Pengaruh Kenaikan Temperatur Decanter terhadap Beban (Q) reboiler

pada Kolom Distilasi I

Gambar 4. Pengaruh Kenaikan Temperatur Decanter terhadap Beban (Q) reboiler pada

Kolom Distilasi II

Gambar 5. Pengaruh Kenaikan Temperatur Decanter terhadap Beban (Q) condenser

Setelah mendapatkan kondisi optimum dengan variabel temperature decanter, maka langkah

selanjutnya adalah mencari dan menentukan integrasi panas untuk sistem integrasi panas I

dengan menggunakan software AspenPlus dan memasukkan variabel tekanan pada kolom

distilasi I, adapun variabel tekanan yang akan diinputkan adalah pada tekanan 110,325 kPa;

111,5 kPa; 122 kPa; 132 kPa;141,8 kPa; 152 kPa dengan tekanan pada kolom distilasi II tetap

yaitu 51 kPa dan temperature decanter sebesar 343 K, dan nantinya akan diketahui berapa

penghematan yang bisa dibandingkan antara sebelum integrasi dengan setelah integrasi.

Adapun sistem integrasi panas I dapat dilihat pada gambar 6, sebagai berikut:

Air

CWR

SC

Reboiler

CW

FEED

Kondensor

Kolom

Distilasi I

Dekanter

Reboiler

Kolom

Distilasi II

Butanol

Gambar 6. Sistem Integrasi Panas I pada pemisahan butanol-air

Tabel.3. Hasil Simulasi Steady State dengan variabel tekanan pada kolom distilasi I

P (kPa) Q (dalam MW)

T top KD I

(K)

T bottom

KD II

(K)

ΔT (K) Q

condenso

r

Q reboiler

KD I KD

II KD I KD II

152 51 7,0712433 0,63700289 6,6750260 376,595322 375,29407 1,301246

141,8 51 7,068736 0,65064575 6,6774725 374,639304 375,29407 -0,65477

132 51 7,0660841 0,66787387 6,6751685 372,56488 375,29407 -2,72919

122 51 7,0632675 0,68893836 6,6774630 370,354723 375,29407 -4,93935

111,5 51 7,0602596 0,71543798 6,6755140 367,987239 375,29407 -7,30683

110,32

5 51 7,057029 0,74840829 6,6779384 365,43504 375,29407 -9,85903

51 51 6,83 1,21 6,7 348 376 -28

Pada Tabel 3 menunjukkan bahwa untuk mendapatkan integrasi panas, apabila tekanan

pada kolom distilasi I yang dinaikkan maka hanya akan didapatkan harga selisih antara

temperature (ΔT) yang tidak memenuhi syarat, dimana ΔT yang memenuhi syarat adalah

sebesar 20 K, sedangkan pada tabel dapat dilihat sampai pada tekanan 152 kPa harga ΔT

T Bottom

KD II

T Top KD

I

masih sekitar 1,3013 K. Oleh karena itu pada penelitian ini tekanan pada kolom distilasi I

untuk sistem integrasi panas I dianggap tetap, yaitu 51 kPa dan sistem integrasi panas I tidak

bisa dilakukan. Langkah selanjutnya adalah memasukkan data input tekanan pada kolom

distilasi II untuk mendapatkan sistem integrasi panas II, Adapun sistem integrasi panas II

dapat dilihat pada gambar 7, sebagai berikut:

Produk Air

CWR

SC

Reboiler

S

CW

FEED

Kondensor

Kolom

Distilasi I

Dekanter

Reboiler

Kolom

Distilasi II

Produk

Butanol

Gambar 7. Sistem Integrasi panas II pada pemisahan butanol-air

Tabel 4. Hasil Simulasi Steady State dengan variabel tekanan pada kolom distilasi II

P (kPa) Q (dalam MW)

T top KD

II (K)

T bottom

KD I

(K)

ΔT (K) Q

condenso

r

Q reboiler

KD

I KD II KD I KD II

51 172,2 7,274775 1,2141616

7

9,7948148

3

379,89699

7

354,49041

9

25,40657

8

51 162,12 7,261032 1,2148789 9,5932069

8

378,13164

7

354,49041

9

23,64122

8

51 152 7,246655

5

1,2137955

2

9,3841256

1

376,27972

7

354,49041

9

21,78930

8

51 141,8 7,231555

2 1,2130815 9,1705709

374,33079

6

354,49041

9

19,84037

7

T Top KD II

T Bottom

KD I

51 132 7,215654

1

1,2141711

9

8,9439116

3

372,27147

6

354,49041

9

17,78105

7

51 122 7,198814

8

1,2149187

7

8,7066303

8

370,08650

9

354,49041

9 15,59609

51 111,15 7,180923

8

1,2137726

6

8,4593068

4

367,75531

5

354,49041

9

13,26489

6

51 110,32

5

7,161762

9

1,2130604

7

8,1985587

8

365,25397

1

354,49041

9

10,76355

2

51 91,2 7,141145

6

1,2141755

8

7,9269373

9

362,54854

2

354,49041

9 8,058123

51 88,2 7,118699

2 1,2142603 7,6378206

359,59769

9

354,49041

9 5,10728

51 51 6,83 1,21 6,7 348 357 9

Tabel 4 menunjukkan bahwa untuk mendapatkan integrasi panas, apabila tekanan

pada kolom distilasi II yang dinaikkan maka hanya akan didapatkan harga selisih antara

temperature (ΔT) yang memenuhi syarat,dimana ΔT yang memenuhi syarat adalah sebesar 20

K. Dimana dapat dilihat tekanan pada kolom distilasi II yang memenuhi syarat bisa tidaknya

ada integrasi panas bila tekanan dinaikkan antara 152 kPa sampai 172 kPa atau lebih. Dan

Apabila kita bandingkan pada tekanan 172 kPa dengan 51 kPa, beban yang dihasilkan tidak

begitu jauh,yaitu 7,275 MW (Q condenser), 1,214 MW (Q reboiler I), 9,795 MW

(Q reboiler II) untuk tekanan 172 kPa dengan 7,83 MW (Q condenser), 1,21 MW (Q reboiler

I), 6,7 MW (Q reboiler II) untuk tekanan 51 kPa.Dari perbedaan ini diharapkan dengan

adanya integrasi panas,maka beban yang dihasilkan pada tekanan 51 kPa dapat tergantikan

oleh tekanan 172 kPa. Kenaikan tekanan kolom distilasi juga menyebabkan naiknya

temperatur pada produk atas (top product) kolom distilasi II. Setelah kondisi optimum

didapatkan,maka langkah selanjutnya adalah mencari dan menentukan integrasi panas dengan

menggunakan software AspenPlus dan memasukkan variabel yang sudah didapatkan,yaitu

temperatur decanter 343 K, tekanan kolom distilasi I 51 kPa dan tekanan kolom distilasi II

sebesar 132 kPa untuk mendapatkan integrasi panas pada sistem seperti gambar 7 dan

nantinya akan diketahui berapa penghematan yang bisa dibandingkan antara sebelum

integrasi dengan setelah integrasi.

Tabel 5. Hasil Simulasi integrasi panas pada variasi tekanan pada kolom distilasi II

P (kPa) T

DECANTER

(K)

ΔT

(K)

QR1

(MW) QC2 (MW)

KD I KD II Final

Value Final Value

51 152 343 21,789308 1,21379552 -1,2137687

51 162,12 343 23,641228 1,21379552 -1,2137756

51 172,2 343 25,406578 1,21379552 -1,2137838

Dari tabel 5 dapat dilihat bahwa semakin tinggi tekanan maka beban (Q) akan

semakin besar ,maka dari itu pada tekanan 172,2 kPa di kolom distilasi II yang digunakan,

selain mempunyai selisih beban (Q) sebelum (QR1) dan sesudah integrasi (QC2) yang

terkecil, juga pada tekanan tersebut sudah memenuhi syarat terjadinya integrasi panas, yaitu

lebih dari 20 K. Dalam integrasi panas ΔT disarankan lebih dari 20 K, karena apabila

perbedaan temperatur terlalu kecil menyebabkan heat transfer area menjadi terlalu besar,

sehingga berefek pada alat yang akan digunakan. Dari Tabel 6 dapat dilihat nilai dari heat

transfer area (A),dimana semakin besar tekanan kolom maka semakin besar juga heat

transfer area (A).

Tabel 6. Hasil Simulasi untuk heat transfer area (A) variasi tekanan kolom distilasi II

Keterangan

P (kPa) Heat Transfer Area (A)

ΔT

(K) KD

I

KD

II

Condenser

I

Condenser

II

Reboiler

I

Reboiler

II

(m2) (m

2) (m

2) (m

2)

BaseCase 51 51 1,059 68,37 13,289 198,353 -

Sebelum 51 152 1,059 27,39 13,293 365,925

21,79

Sesudah 51 152 4,456 24,18 2,829 314,529

Sebelum 51 162,1 1,061 25,57 13,299 383,574

23,64

Sesudah 51 162,1 4,364 24,18 2,829 353,222

Sebelum 51 172 1,059 23,91 13,306 401,369

25,41

Sesudah 51 172 4,224 24,18 2,829 361,926

Setelah mendapatkan hasil dari integrasi panas pada kondisi optimumnya, selanjutnya

adalah Memasukkan data tray sizing dalam software Aspen Plus yang merupakan langkah

akhir yang harus dilakukan sebelum melakukan perhitungan Total Annual Cost (TAC).

Dimana data yang dimasukkan adalah jenis dan jumlah tray yang dipakai jumlah tray, serta

menentukan dimana feed akan masuk dan keluar dari tray. Dalam Penelitian ini, tray yang

digunakan adalah jenis sieve tray, dengan jumlah tray yang sesuai dengan literatur

luyben,2008 sebanyak 10 buah tray, selain jenis dan jumlah tray, feed masuk juga ditentukan

,dimana feed yang masuk ditentukan pada tray kedua. Selanjutnya menghitung biaya Total

Annual Cost (TAC) pada setiap variasi tekanan kolom distilasi II yang dipakai. Perhitungan

dilakukan dengan menggunakan software AspenPlus. Besarnya harga Total Annual Cost

sebelum dan sesudah integrasi panas yang dihitung dengan menggunakan software

AspenPlus.

Tabel 7. Total Annual Cost sebelum dan sesudah integrasi panas pada variasi tekanan

kolom distilasi II

Keterangan

P (kPa) Total

Operating

Cost

($/Year)

Total

Capital

Cost

($/Year)

Total

Annual

Cost

($/Year)

Total

Annual Cost

(Rp/Year)

KD

I

KD

II

BaseCase 51 51 351.790 425.780 777.570 7.026.122.520

Sesudah

Integrasi

Panas

51 152 376.530 428.660 805.190 7.275.696.840

51 162,1 399.329 433.321 832.650 7.523.825.400

51 172 419.467 433.321 852.788 7.705.792.368

Dari tabel 7 dapat dilihat dengan naiknya tekanan pada kolom distilasi II maka

menyebabkan ketidak-efektifan dari segi ekonomi, dimana Total Annual Cost pada tekanan

kolom distilasi II pada basecase (51 kPa) tetap lebih kecil bila dibandingkan dengan

tekanan sesudah integrasi panas terkecil,yaitu 172 kPa. Pada sistem integrasi panas ini tidak

menunjukkan adanya keuntungan,sehingga dalam penelitian ini sistem integrasi panas dengan

tekanan 172 kPa tidak memuaskan . Dalam sistem ini ditambahkan compressor untuk

meningkatkan tekanan produk atas kolom distilasi I, agar sistem pemisahan butanol-air dapat

berjalan secara baik, karena perbedaan tekanan pada kolom distilasi I dan II. Tetapi pada

kenyataanya tanpa menanambahkan compressor, sistem ini tetap dapat berjalan pada

software AspenPlus tanpa merubah hasil. Harga Total Annual Cost (TAC) untuk sistem

dengan menambahkan compressor adalah sebagai berikut:

Tabel 8. Total Annual Cost dengan penambahan compressor

Keterangan

P (kPa) Total

Annual Cost

(Rp/Year)

Total

Annual Cost

+ Kompresor

(Rp/Year)

KD

I

KD

II

BaseCase 51 51 7.026.122.520 -

Sesudah 51 172 7.275.696.840 8.389.835.640

Dari tabel 8 terdapat penambahan pada harga Total Annual Cost (TAC) bila

ditambahkan dengan kompresor, dan apabila dibandingkan dengan basecase maka harga

Total Annual Cost (TAC) dengan penambahan compressor ternyata lebih besar,sehingga

walaupun ada tidaknya integrasi panas,dalam sistem ini tetap tidak menguntungkan dari sisi

ekonomi. Langkah selanjutnya adalah membandingkan hasil perhitungan dengan

menggunakan software AspenPlus dengan literatur. Kemudian menghitung harga Total

Annual Cost (TAC) berdasarkan metode pada literatur.(Peters dan Timmerhauss,2003)

Perbandingan harga Total Annual Cost yang didapat dari perhitungan menggunakan software

AspenPlus dengan harga Total Annual Cost yang didapat dari perhitungan literatur, yaitu

sebagai berikut:

Tabel 9. Perbandingan Total Annual Cost antara hasil perhitungan software AspenPlus

dengan literatur

Keterangan

P (kPa) Total Annual

Cost (Rp/Year)

(Peters dan

Timmerhauss)

Total Annual

Cost (Rp/Year)

(AspenPlus) KD

I

KD

II

Base Case 51 51 6.149.148.876 7.026.122.520

Sesudah

Integrasi 51 172 5.971.024.250 7.275.696.840

Dari data tabel 9. perbandingan diatas dapat dilihat adanya perbedaan harga Total

Annual Cost antara perhitungan menggunakan sofware AspenPlus dengan perhitungan

menggunakan literatur. Dimana pada basecase,yaitu tekanan kolom distilasi I dan kolom

distilasi II terjadi perbedaan yang cukup besar tersebut kemungkinan dikarenakan pada

perhitungan literatur, dimana nilai indeks untuk harga alat menggunakan data indeks pada

tahun 2002, yang kemudian dikonversikan ke tahun 2010 dengan metode least square (Peters

dan

Timmerhauss,2003), sedangkan pada perhitungan menggunakan software AspenPlus, harga

indeks alat yang digunakan lebih baru atau lebih mendekati harga indeks pada tahun 2010.

Karena harga indeks harga alat yang selalu berubah menjadi lebih tinggi pada setiap tahunnya

yang otomatis membuat perbedaan harga annual capital cost yang cukup signifikan.

Kecenderungan nilai indeks yang semakin tinggi dapat dilihat pada harga Total Annual Cost

pada perhitungan software AspenPlus yang lebih tinggi daripada harga Total Annual Cost

pada perhitungan berdasarkan literatur.

4. KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

Pada simulasi menggunakan software AspenPlus, maka didapatkan kondisi terbaik untuk

dapat dilakukan integrasi panas pada sistem pemisahan butanol-air yaitu pada suhu

decanter sebesar 343 K, dengan tekanan kolom distilasi I sebesar 51 kPa dan tekanan

kolom distilasi II sebesar 172 kPa.

Integrasi panas yang terbaik pada perbedaan temperatur (ΔT) sebesar 25,41 K, dengan

beban (Q) reboiler kolom distilasi II sebesar 9,79 MW.

Dari segi ekonomi,bila dibandingkan dengan Basecase dapat disimpulkan bahwa Total

Annual Cost (TAC) untuk sistem dengan adanya integrasi panas tidak

menguntungkan,dimana didapatkan Total Annual Cost (TAC) Rp.7.026.122.520,00

untuk basecase pada tekanan 51 kPa dan Rp.7.275.696.840,00 untuk sistem integrasi

panas pada tekanan kolom distilasi II 172 kPa.

5. DAFTAR PUSTAKA

1. Aspen Plus. 2006, Getting Started Modeling Petroleum Processes. Cambridge ,Aspen

Technology, Inc.USA.

2.Chiang, T.P. dan Luyben,W.L.1988, Comparison of Dynamic Performance of Three Heat

Integrated Distilation Configuration. John Wiley & Sons, Inc,USA.

3.Halimahtuddaliana.2004, Pembuatan n- Butanol dari Berbagai Proses , Skripsi Teknik

Kimia USU,Indonesia.

4.Nanda, F. dan Candra K. 2005,Kolom Distilasi Pabrik Etanol Dengan Integrasi Panas,

Skripsi Teknik Kimia FTI-ITS,Indonesia.

5.Peters,Max S. dan Timmerhaus,K D.2003, Plant Design and Economics for Chemical

Engineers,Fifth Edition.The McGraw-Hill Companies, Inc, USA.

6.Ravindran, A., Ragsdell, K. M. dan Reklaitis, G. V. 2006,Engineering Optimization. John

Wiley & Sons, Inc,USA.

7.Seider, W. D., Seader, J. D. and Lewin D. R. 2003,Product and Process Design Principles.

John Wiley & Sons, Inc,USA.

8.Santi, S.S.2000, Simulasi Pemisahan Campuran Heterogen Azeotrop Butanol-Air. Thesis

Teknik Kimia FTI-ITS,Indonesia.

9.Teddy S.W dan Wiryanto. 1999, Kesetimbangan Uap-Cair Sistem Biner Etanol(1)-Air(2),

Aseton(1)-Air(2), Air(1)-Butanol(2) dan Kesetimbangan Cair-Cair Air(1)-n-Butanol(2)

pada Tekanan Atmosfir.Skripsi Teknik Kimia FTI-ITS,Indonesia.

10.William,L.L. dan Chien, I.L. 2008, Design and Control of Distillation Systems for

Separating Azeotropes.John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.

11.William,L.L. 2006, Distillation Design and Control Using Aspentm

Simulation. A John

Wiley & Sons, Inc,USA.