Pengendalian Kolom Distilasi Biner

8/15/2019 Pengendalian Kolom Distilasi Biner

1/23

Kontrol dan

PENGENDALIAN KOLOM DISTILASI BINER

MENGGUNAKAN METODA INTERNAL MODEL CONTROL(IMC)

Proposal Tugas Akhir

Olh!

BA"U BAGAS #ARA

$%&'&%%$%$&&%$

URUSAN TEKNIK ELEKTRO

AKULTAS TEKNIK

UNI*ERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG $&%'


2/23

Proposal Tugas Akhir

PENGENDALIAN KOLOM DISTILASI BINER

MENGGUNAKAN METODA INTERNAL MODEL CONTROL(IMC)

Yang diajukan oleh

Bayu Bagas Wara

21060112120012

Kepada

Jurusan Teknik Elektro

akultas Teknik

!ni"ersitas #iponegoro

Telah disetujui oleh

Pe$%i$%ing &

Budi 'etiyono( 'T( )T

*&P+ 1,-00.212000121001

Tanggal/

Pe$%i$%ing &&

#r+Wahyudi( 'T( )T

*&P 1,6,06121,,01001

Tanggal/

)engetahui(

Koordinator Tugas Akhir

Budi 'etiyono( 'T( )T

*&P 1,-00.212000121001

Tanggal/


3/23

ABSTRAK

Kontrol kolom distilasi adalah hal paling menarik untuk dipelajari dalam

kontrol proses dan kimia proses. Dinamika yang nonstationer, ketidakpastian

termodinamika yang besar dan pengukuran komposisi dengan waktu tunda

membuat kontrol dari proses distilasi sangat menarik dan menantang untuk

dipelajari.

Distilasi merupakan bagian yang sangat penting dalam industri petrolum

dan petrokimia. Hal ini disebabkan kolom distilasi berhubungan dengan

kemurnian dan kualitas hasil produk industri yang disebutkan. Melihat

karakteristik yang dimiliki kolom distilasi yang demikian, maka diperlukan suatumetoda pengontrolan yang mampu membuat kolom distilasi bekerja dengan baik.

Kehadiran Internal Model Cotrol menjadi sesuatu yang sangat baru dan

menguntungkan apabila diimplementasikan ke dalam kolom distilasi, karena

Internal Model Control (IMC) adalah metode pengendalian yang berdasarkan

pada ketepatan suatu model dari suatu proses yang menjadi pedoman untuk

mendesain sistem pengendalian yang stabil dan robust. uatu sistem

pengendalian yang robust adalah sistem pengendalian yang aman pada

perubahan proses dinamik. IMC juga memungkinkan tra!king set point yang baik

bersamaan dengan penolakan terhadap gangguan yang mun!ul khususnya untuk

proses dengan waktu"delay ke!il atau rasio waktu"konstan.

#enerapan metoda Internal Model Control(IMC) dengan skenario IMC

dasar, $ead"lag IMC dan Modi%ied IMC pada kolom distilasi diharapkan

memberikan hasil respon sistem yang lebih baik jika dibandingkan dengan

metode kontrol kon&ensional.

Keyword ' Kontrol proses, Kolom Distilasi, Internal Model Control


4/23

u+ul !3Pengendalian Kolo$ #istilasi Biner

)enggunakan )etoda &nternal )odel 4ontrol

5&)47

Ko,s,-rasi +a, Kil.ua, ! Kontrol dan &nstru$entasi

La-ar Blaka,g Masalah

Pengontrolan kolo$ distilasi adalah hal yang paling dipelajari dala$ kontrol

proses $aupun ki$ia proses+ #ina$ika yang nonstationer( ketidakpastian

ter$odina$ika yang %esar dan pengukuran ko$posisi dengan 8aktu tunda

$e$%uat kontrol dari proses distilasi $enjadi se%uah $asalah yang $enantangdan $enarik untuk dipe9ahkan:1;:2;:;+

#istilasi adalah teknologi pe$isahan yang paling sering digunakan dala$

industri petrolu$ dan petroki$ia untuk pe$urnian dan $enjaga kualitas produk

akhir+ #ala$ hal ini kolo$ distilasi tidak hanya digunakan untuk pe$isahan suatu

ko$ponen tetapi juga digunakan untuk $eningkatkan perpindahan $assa dan

$entrans? 5 $iuid"apour) dikenal se%agai

struktur kesei$%angan energi dan dapat dianggap se%agai struktur kontrol standar

untuk se%uah kolo$ distilasi %iner+ #ala$ kon


5/23

#engan $elihat karakteristik yang di$iliki kolo$ distilasi diperlukan suatu

$etode kontrol yang $a$pu $engendalikan kolo$ distilasi sehingga

$e$%erikan hasil produk yang %aik( salah satunya adalah IMC. Internal Model

Control (IMC) adalah teknik yang u$u$ digunakan yang $enyediakan $odel

transparan dala$ $eran9ang dan tuning %er%agai jenis arsitektur kontrol+ &)4

juga $e$ungkinkan tra!king set point yang %aik %ersa$aan dengan penolakan

gangguan yang $un9ul khususnya untuk proses dengan 8aktu tunda ke9il atau

rasio 8aktu>konstan+ Internal Model Control 5&)4 adalah $etode pengendalian

yang %erdasarkan pada ketepatan suatu $odel dari suatu proses( yang $enjadi

pedo$an untuk $endesain siste$ pengendalian yang stabil dan robust + #i$ana(

suatu siste$ pengendalian yang robust adalah siste$ pengendalian yang a$an

pada peru%ahan proses dina$ik Internal Model Control adalah teknik kontrol

terke$uka di $ana $odel proses digunakan untuk $enghitung nilai "aria%el

kontrol+ Pada Internal Model Control ( $odel kontrol dihu%ungkan se9ara paralel

dengan proses yang se%enarnya( dengan 9ara ini kita %isa $e$%andingkan kedua

proses:,;:10;:11;+

Penerapan $etoda Internal Model Control 5&)4 dengan skenario &)4

dasar( $ead"lag &)4 dan Modi%ied &)4 pada kolo$ distilasi diharapkan

$e$%erikan hasil respon siste$ yang le%ih %aik jika di%andingkan dengan $etode

kontrol kon"ensional+ al ini akan dapat dilihat dari per


6/23

+ Pe$%ahasan dari tugas akhir ini adalah hasil i$ple$entasi

pengontrolan &)4 dengan skenario &)4 dasar( $ead"lag &)4 dan

Modi%ied &)4 %erdasarkan respon transient dan harga &AE+

+ ?aria%el yang dikontrol adalah


7/23

respon terhadap pengendalian kolo$ distilasi dengan %u++y akan tetapi algorit$a

ini $e$%uat membership %un!tion dari %u++y !ontroller $enjadi le%ih ru$it+

Iydha(201:1;+ )elakuakan per%andingan pengontrolan kolo$ distilasi %iner

$enggunakan $etoda P(


8/23

$0 La,+asa, Tori

$0%0 Kolo. Dis-ilasi

$0%0%0 P,+ahulua,

#istilasi adalah salah satu unit operasi yang paling penting dala$ teknik

ki$ia+ Tujuan dari kolo$ distilasi adalah digunakan untuk $e$isahkan 9a$puran

ko$ponen $enjadi dua atau le%ih produk dengan ko$posisi yang %er%eda+

Prinsip

stasioner( dan tingkat gangguan yang sangat tinggi+

Kontrol yang e


9/23

G

a.1ar % Kolo$ #istilasi Biner:1;

$0%0$0 Kl,gkapa, Kolo. Dis-ilasi

#iagra$ ske$atik dari kolo$ distilasi tipikal ditunjukkan ga$%ar 2+ Kolo$#istilasi terdiri dari shell "ertikal dengan seju$lah tray yang le%arnya sa$a di

dala$ kolo$+ 4airan $engalir sesuai gra"itasi dari setiap tray ke tray lainnya ke

%a8ah+ "ertikal shell terhu%ung dengan pipa yang %ersesuaian dengan alat

pe$anas yang dise%ut re%oiler+ e%oiler adalah %agian dari kolo$ destilasi yang

$enyediakan penguapan untuk proses distilasi+ Kondensor digunakan untuk

$endinginkan dan $e$adatkan uap yang $eninggalkan kolo$ dari atas kolo$+

e


10/23

Ga.1ar $ 'ke$atik Kolo$ #istilasi:11;

Biasanya kontrol distilasi didasarkan pada asu$si tekanan konstan+ *a$un

karena


11/23

G ( s )= K

( τ 1 s+1)( τ 2 s+1 )e− Ds

n1 atau 2

52

$0%020 Tr.i,ologi +a, Oprasi Dasar

4a$puran 9airan yang akan diproses dina$akan se%agai %eed dan %iasanya

di$asukkan di suatu te$pat dekat tengah kolo$ yang ke$udian dise%ut se%agai

%eed tray+ eed tray $e$%agi kolo$ $enjadi %agian atas dan %agian %a8ah

stripping( yang ditunjukkan oleh ga$%ar dan + eed yang $engalir turun dala$

kolo$ diku$pulkan di %a8ah untuk di panaskan ulang+ Panas dipasok dari

reboiler untuk $enghasilkan uap+ 'u$%er $asukan panas dapat di 9o9okkan

dengan jenis 9airan( $eskipun di se%agian %esar pa%rik ki$ia %iasanya %erupa

stea$+ #i kilang( su$%er pe$anas $ungkin aliran output kolo$ lainnya+ !ap

dinaikkan di reboiler terse%ut dan ke$%ali di$asukkan ke dala$ unit di %agian

%a8ah kolo$+ 4airan yang hilang dari reboiler dikenal se%agai %otto$ produk+

!ap %ergerak naik di dala$ kolo$( dan saat keluar di %agian atas( didinginkan

oleh kondensor+ 4airan kental disi$pan dala$ se%uah pena$pungan dikenal

se%agai dru$ re


12/23

Ga.1ar 3 Bagian tripping :11;

$0%030 Mo+l Ma-.a-ika Kolo. Dis-ilasi Bi,r

Kolo$ distilasi %iner $e$punyai keseti$%angan $assa dan energi yang

dapat diterangkan se%agai %erikut/

a+ Keseti$%angan $assa dan panas pada kondensor dan re


13/23

d ( M Dh D)

dt =V NT H NT − L NT +1h NT +1− Dh D−Qc 5.

%+ Keseti$%angan $assa dan panas pada tiap tray

*era9a $asa total /

dM N

dt = Ln+1− Ln+V n−1−V n 56

*era9a $assa ko$ponen/d ( M n X n)

dt = Ln+1 X n+1− Ln X n+V n−1Y n−1−V nY n

5-

*era9a Panas/

d ( M nhn)dt

= Ln+1hn+1− Lnhn+V n−1 H n−1−V n H n

5

Ga.1ar ' Keseti$%angan $assa pada tiap tray:22;

9+ Keseti$%angan $assa dan panas pada tray u$pan 5n *


14/23

Ga.1ar 5 Keseti$%angan $assa pada tray u$pan:22;

*era9a $asa total /

dM NF

dt = L NF +1− L NF + F +V NF −1−V NF 5,

*era9a $assa ko$ponen/

d ( M NF X NF )dt

= L NF +1 X NF +1− L NF X NF +V NF −1Y NF −1−V NF Y NF + F z X F

510

*era9a Panas/

d ( M NF h NF )dt

= L NF +1h NF +1− L NF h NF +V NF −1 H NF −1−V NF H NF + F zh F

511

d+ Keseti$%angan $assa dan panas pada re%oiler dan %ase kolo$

*era9a $asa total /

dM n

dt = L

1−V RB−B 512

*era9a $assa ko$ponen/


15/23

d ( M B X B)

dt = L

1 X

1−V RBY B−B X B

51

*era9a Panas/

d ( M BhB)dt

= L1h1−V RB H B−BhB+Qr 51

Ga.1ar 6 Keseti$%angan $assa pada e%oiler dan %ase kolo$:,;

$0%040 S-ruk-ur P,g,+alia, L7*

Penelitian ini $enggunakan $odel pe$isahan siste$ $ethanol>air dala$

kolo$ distilasi tunggal dengan $enggunakan struktur pengendalian =>?+

'pesi


16/23

=etak tray u$pan .

Tekanan operasi5at$ 1

Be%an 9ondensor(10 k9alF$enit .Be%an re%oiler(10 k9alF$enit .

Kolo$ tunggal diran9ang dengan %asis per%andingan re%luk s se%esar 1(1 kali

per%andingan re%luk s $ini$u$+ 'iste$ yang digunakan adalah $ethanol>air pada

tekanan 1 at$+ Ke$urnian produk adalah ,,


17/23

$0$0 M-o+a Internal Model Control (IMC)

Internal Model Control 5&)4 adalah $etode pengendalian yang

%erdasarkan pada ketepatan suatu $odel dari suatu proses( yang $enjadi pedo$an

untuk $endesain siste$ pengendalian yang stabil dan robust + #i$ana( suatu

siste$ pengendalian yang robust adalah siste$ pengendalian yang a$an pada

peru%ahan proses dina$ik+

Blok diagra$ untuk %eedba!k !ontroller dan struktur pengendali &)4 pada

ga$%ar 10+ #i$ana Ip adalah


18/23

Ga.1ar %& 'truktur &)4:,;

Pada ga$%ar (sta%ilitas dari siste$ pengendalian %ergantung hanya pada Ii

dan I$+ Jika Ii dan I$ sta%il( $aka siste$ pengendalian sta%il+ &dealnya( jika

hanya terjadi peru%ahan set point 5!1 0 dapat dilihat dari ga$%ar 10 atau

persa$aan 16 %ah8a Ii+I 1 5Ip I$( $aka/

G I Gm=1 51-

G I =1/Gm 51

!ntuk kasus peru%ahan gangguan load !1( di$ana 0 dan harga

keluaran 4 sta%il( $aka akan juga $enghasilkan persa$aan yang sa$a dengan

persa$aan 51. dan 516+

&)4 hanya $e$%utuhkan satu para$eter pengendali Q+ se%agai


19/23

lag &)4 dan Modi%ied &)4 untuk diaplikasikan pada plant $enggunakan

so


20/23


21/23

:1; + JelenRiak( 3'lo"ak !ni"ersity o< Te9hnology in Bratisla"a &nstitute o


22/23

4C*TC= C #&'T&==AT&C* 4C=!)*(7 "ol+ 11( no+ 2( pp+ 66O-0(

200-+

:1; Y+ A+ AlsadiG( 3A 4o$prehensi"e Tuning o< #istillation 4olu$n

4o$position 4ontrollers using 'i$ulated Annealing Algorith$ 5'A(7 Int.

Con%. *rti%. Intell. 3nergy Manu%. 3ng.( pp+ .O1( 201+

:1; I+ )+ Jaid( 3*euro>uHHy 4ontroller


23/23

Pengendalian Kolom Distilasi Biner

Documents