Transcript Heat Integration

Heat Integration
Plant Design
SUG/TIP/FTP/UB/2005
Kuliah-6
PlantDesign-3
1
Perancangan Proses
• Ada beberapa tahapan dalam perancangan industri pangan,
tergantung dari kerumitan masing-masing proses yang
dilewati
• Setiap tahapan dirancang khusus untuk fungsi (tujuan)
tertentu, misal blanching hanya untuk mematikan ensim
peroksidase, sterilisasi mematikan mikroba, pemekatan utk
mengurangi air
• Antar proses akan terjadi perbedaan kondisi dan kebutuhan
terhadap energi panas yang diperlukan
PlantDesign-3
2
• Perlu diperhitungkan rancangan sistem secara keseluruhan,
sehingga antar tahap satu dg lain dapat berinteraksi dengan
baik
• Rancangan yang terintegrasi akan memudahkan sistem
kontrol proses, penghematan energi panas dan kebutuhan
tenaga kerja
• Pengalaman dalam industri pangan selalu cenderung
merancang proses secara parsial, baru digabung menjadi
sitem terpadu karena keterbatasan teknologi maupun biaya;
PlantDesign-3
3
• Metode tersebut menyebabkan sistem proses tidak efisien
• Contoh pada Gambar 6.1. Akan terjadi :
– Aliran proses dipanaskan sampai suhu tertentu
– Proses sterilisasi dilakukan pada suhu tersebut
– Aliran proses selanjutnya didinginkan
• Pada sistem tersebut aliran dipanaskan dan didinginkan
dengan steam yang suhu diatas 100oC dan pendinginan
dengan kontak air dingin dari luar (Gambar 6.1a)
• Proses tersebut memerlukan 1 unit boiler dan 1 unit heat
exchanger, dan memerlukan kedua biaya proses (biaya
pemanasan & biaya pendinginan)
PlantDesign-3
4
PlantDesign-3
5
• Pada Gambar 6.1b pemanasan awal fluida dilakukan
menggunakan heat exchanger (suhu tidak perlu di atas
100oC), baru pada proses sterilisasi dan sisa steam proses
sterilisasi digunakan untuk pemanasan awal
• Sistem tersebut bertujuan untuk menekan kebutuhan
energi/panas, sehingga proses lebih efisien dan menekan
biaya utilitas
•
Semakin sedikit kebutuhan energi/panas semakin rendah
biaya prosesing pemanasan, semakin rendah biaya
produksi
PlantDesign-3
6
Energy conservation techniques in boilers
• Waste heat recovery
•
•
•
•
(The waste gas heat in the chimneys is particularly large, and it is
recovered by the installation of economizers in the chimneys
to preheat the feed water)
Combustion conditions
Steam leakage
Recovery of drainage
Heat exchange of feed water (Feed water should be almost pure water to
prevent scaling occurring on the inside surface of the boiler)
4/9/2015
RPA/S-1/SUG/TIP
7
 Ada 2 dasar dalam perancangan proses :
a). Sintesis proses yang bertujuan untuk mengkreasi
proses baru;
b). Analisis proses bertujuan untuk mengerti bagaimana
mekanisme kerja proses yang terjadi
 Sintesis Proses terdiri dari 5 tahapan :
◦ Development (pengembangan)
◦ Planning (perencanaan)
◦ Basic design (perancangan dasar)
◦ Detail design (perancangan rinci)
◦ Improvement (perbaikan racangan)
PlantDesign-3
8
INTEGRASI PROSES
• Dalam industri kimia metode integrasi tersebut disebut
INTEGRASI PROSES, yang memerlukan kelengkapan
program komputer;
•
Tujuan dari program integrasi proses adalah mengenalkan
beberapa teknik, dengan beberapa contoh cara membuat
perambatan panas seefisien mungkin;
PlantDesign-3
9
Tahapan perancangan proses
dalam food industry
A. Apakah proses yang dirancang menggunakan metode batch
atau kontinyu ?
– Keterpautan flow chart pada proses batch dan
continuou tidak sama;
– Keterpautan aliran panas pada continuous
process lebih komplek;
– Pada proses pembuatan bir dan wine dilakukan dengan
batch, karena pada sistem kontinyu tidak dapat
menghasilkan produk yang kualitasnya tinggi;
PlantDesign-3
10
B. Bagaimanakah Susunan input dan outputnya ?
– Pada tahap ini material balance dari keselutuhan
proses harus dihitung secara seksama;
– Jelaskan input dan output proses secara kuantitatif;
– Prakirakan efisiensi proses, sehingga aspek ekonomi
proses dan aspek lingkungan seperti limbah yang
dihasilkan dapat diketahui
C. Apakan Susunan Prosesnya recycle ?
– Bila kecepatan reaksi/proses rendah maka kemungkin
an ada reaktan yang belum bereaksi, sehingga perlu di
proses ulang (recycle) agar reaksi dapat sempurna;
– Pada pabrik gula, kristal gula yang diameter > 3 mm
dilebur lagi menjadi nira jernih;
PlantDesign-3
11
 Proses tersebut memerlukan energi dan biaya yang lebih
karena proses tidak sempurna.
D. Sistem Separasi
◦ Pada beberapa kasus industri produk harus dipisahkan
dengan aliran outlet, dan dipisahkan menjadi produk
yang lebih ekonomis;
◦ Jika konsentrasi reaktan dalam raktor diketahui maka
separasi dengan mudah dapat dilakukan dengan metode :
A. Recovery uap (melalui kondensasi, absorpsi atau
adsorpsi, membran);
B. Recovery larutan (melalui distilasi,
ekstraksi dan membran);
PlantDesign-3
12
• Sebagian besar pada industri pangan recovery
menggunakan cairan dibandingkan gas, sehingga liquid
recovery lebih diperlukan.
E. Integrasi Panas
• Jika struktur proses secara keseluruhan dapat diketahui,
maka muatan panas atau kerja yang diperlukan oleh proses
dapat dihitung;
• Pendekatan diatas biasanya dilengkapi dengan program
komputer;
PlantDesign-3
13
Integrasi panas dan proses dlm
Food Industry
 Sisa panas pada proses pengalengan digunakan sebagai
pemanas awal material yang diolah
 Plate heat exchanger biasanya digunakan untuk
mematikan mikroba, misal pada pasteurisasi susu
 Air yang akan digunakan sebagai pemanas, dilewatkan
sebagai pendingin sehingga suhunya naik dan energi
yang dibituhkan untuk mencapai suhu yang diinginkan
lebih hemat.
PlantDesign-3
14
PlantDesign-3
15
PlantDesign-3
16
PlantDesign-3
17
PlantDesign-3
18
PlantDesign-3
19
PlantDesign-3
20
PlantDesign-3
21
PlantDesign-3
22
Integrasi batch proses masih sangat komplek, misal
:
– pada industri biscuit yang
menghasilkan 15 jenis produk;
– Setiap produk memerlukan kondisi
pemanasan dan peralatan yang berbeda;
– Spesifik treatmen diperlukan, sehingga
kontrol secara umum sulit dilakukan.
PlantDesign-3
23
Keberhasilan menghitung energi panas dalam suatu proses
Food Industry tergantung dari :
 Bagamimana kemampuan kita untuk memanfaatkan berbagai
lintasan aliran panas pada rangkaian alat dan mesin pabrik
 Berapa jumlah energi atau kerja absolut yang diperlukan untuk
operasi atau proses secara keseluruhan.
Kesimpulan
PlantDesign-3
24
PlantDesign-3
25
PlantDesign-3
26