Heat Integration

Plant DesignSUG/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)

04/20/23 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

dancontinuou 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

Kesimpulan

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.

PlantDesign-3 24

PlantDesign-3 25

PlantDesign-3 26