Vapor Liquid Equilibrium

Mari kita sama-sama mengingat-ingat kembali Vapor Liquid Equilibrium (VLE). Disana ada term K atau konstanta kesetimbangan, kemudian ada pula yi yang menyatakan fraksi komponen i dalam fasa gasnya. Ada pula xi yang menyatakan fraksi komponen i dalam fasa liquidnya. K dari suatu komponen, misalnya propana (C3H8) dinyatakan sebagai y C3/xC3. Pada kondisi operasi tertentu (P & T tertentu) nilai K yang lebih dari 1 atau berarti y yang lebih besar menandakan komponen tersebut lebih banyak berada di fasa gas pada P & T tertentu. Begitu juga sebaliknya untuk nilai K yang lebih kecil. Jadi kita dapat memprediksi apakah suatu komponen akan lebih banyak berada di fasa gas atau fasa cair pada P & T tertentu dari nilai K-nya. Pada separator 2 fasa, kita juga mengenal simbol F (Feed/umpan), V (Vapor/produk atas), dan L (Liquid/produk bawah).

Kita akan gunakan simbol2 itu nanti untuk memperingkas pembahasan di case study fraksi komponen i di produk atas dinyatakan dalam yi. Fraksi komponen i di produk bawah dinyatakan dalam xi. Dan fraksi komponen i diumpan/feed dinyatakan dalam zi.

Pada dasarnya semua jenis pemisahan dapat diselesaikan secara manual dengan konsep neraca energi dan neraca massa dan dengan bantuan VLE. Tapi untuk jenis pemisahan yang kompleks seperti distilasi, absorbsi akan memakan waktu jika kita mengerjakan manual sehingga alat bantu seperti software, misalnya HYSYS menjadi dibutuhkan.

fluid package

Bagi mahasiswa teknik kimia pasti sudah tidak asing dengan HYSYS. Apalagi mereka yang sedang mengerjakan Tugas Akhir (TA). Nah dalam artikel ini saya mencoba membahas sedikit tentang fluid package. Karena saat akan memulai HYSYS kita diharuskan mengisi fluid package. Apa sih fluid package itu? Dan biasanya kita isi dengan Peng robinson. Sebelumnya udah tahu kan kenapa harus pakai EoS-nya Peng robinson?

Di mata mas Hysys, kita diharuskan untuk mengisi paket fluida apa yang hendak dipakai. Ini akan menjadi basis perhitungan pada simulasi proses yang kita kerjakan. Perhitungan flash komponen murni dan kalkulasi sifat fisisnya terdapat dalam paket fluida yang kita pilih. Macam-macam pilihannya, mulai dari EoS (Equation of State), Activity Coefficient, dan lain sebagainya. Ada beberapa pemakai Hysys memilih EoS Peng-Robinson (PR) atau Soave-Redlich-Kwong (SRK) sebagai FP (fluid package) untuk sistem hidrokarbon di industri migas tanpa tahu dasarnya, hanya karena kebiasaan.

EoS atau biasa disebut persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menerangkan bagaimana hubungan antara tekanan, temperatur dan volume dari suatu komponen tunggal atau komponen jamak yang diformulasikan dalam bentuk matematis.
Kalau anda kerja utk Total E&P, anda mungkin akan sering pakai SRK.
Kalo anda kerja di o&g contractor, anda mungkin akan sering pakai Peng-Robinson.
Lalu mana EoS yang paling baik untuk simulasi anda?

EOS digunakan oleh simulator utk mndekati kondisi real di lapangan. Kalau anda salah pilih EoS/property package, simulasi anda kurang manfaat. Total suka pakai SRK karena dalam banyak kasus simulasi, hasilnya mendekati kondisi lapangan. Tapi mengapa Peng-Robinson lebih populer? Atau gampangnya disukai kebanyakan engineer?

Peng-Robinson dan SRk adalah persamaan empiris yg dihasilkan dari percobaan. Peng-Robinson memiliki range pressure dan temperature paling lebar.


kurang lebih sependek pengetahuan saya aplikasi untuk masing-masing EoS kira-kira begini (kita tidak membahas activity coefficient ya):

1. SRK dan PR ini adalah EoS yang direkomendasikan untuk hampir semua aplikasi hidrokarbon termasuk di dalamnya hidrokarbon non-polar dan gas non-organik seperti H2S, CO2, H2, dkk.
2. Kalau lihat ada BWRS (Benedict–Webb–Rubin equation of state), ini dipakai untuk komponen hidrokarbon murni dan gas pada temperatur dan tekanan berapapun.

Kalau mau VLE (Vapor Liquid Equilibrium) yang benar-benar presisi, bisa dipakai Zudkevitch-Joffee. EOS ini bagus untuk memprediksi VLE behavior untuk campuran dengan komponen-komponen yang memiliki perbedaan boiling point yang jauh. Tapi PR atau SRK sudah cukup kok. Biasanya kita memperhatikan EoS untuk aplikasi-aplikasi desain yang membutuhkan rigorous simulation.

Jika ada pertanyaan, mana yang paling cocok dengan lapangan?
Untuk lapangan baru, anda mungkin tidak punya petunjuk. Pakai saja PR utk first hint.
Kalau anda adalah kontraktor, ya pakai saja EoS sesuai arahan client.
Disini saya ingin menjelaskan bahwa sehebat apapun kemampuan simulasi anda, jangan langsung diasumsikan bahwa apa yg anda hasilkan akan benar-benar keluar di lapangan sesuai simulasi. Akan tetapi hanya mendekati. Akurasinya juga sangat bergantung dari pemilihan EoS itu.
Nanti, ketika operasi, o&g company akan mencoba menyesuaikan simulasi dengan kondisi operasi Kira-kira singkat cerita begitu.