Bank Soal Tekkim Biop Final.pdf

AKPRO DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA 2019

bank soal UJIAN TENGAH SEMESTER TEKKIM & BIOP / SEMESTER 6

DAFTAR ISI A. Mata Kuliah Wajib I. Perancangan Pabrik dan Produk Kimia..……………………………………………………4 a. Soal UTS Perancangan Pabrik Dan Produk Kimia 2012……………………………...5 II. Perancangan Alat Proses…………………………………………………………………...7 a. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2015 (Kolom Distilasi)………………………….8 b. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2015 (Transportasi Fluida)……………………...9 c. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2013…………………………………………....11 d. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2012……………………………………………13 e. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2011……………………………………………16 f. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2015 (Tank&Process Vessel Modul B)………..18 g. Soal UTS Perancangan Alat Proses 2015 (Tank&Process Vessel Modul A)……….19 III. Pengendalian Proses……………………………………………………………………..20 a. Soal UTS Pengendalian Proses 2014………………………………………………..21 b. Jawaban UTS Pengendalian Proses 2014……………………………………………23 c. Soal UTS Pengendalian Proses 2015………………………………………………...26 d. Jawaban UTS Pengendalian Proses 2015……………………………………………27 e. Soal UTS Pengendalian Proses 2017………………………………………………..36 f. Soal UTS Pengendalian Proses 2018………………………………………………..38 IV. Simulasi Sistem Bioproses………………………………………………………………41 a. Soal Simulasi Sistem Bioproses 2014……………………………………………….42 b. Soal Simulasi Sistem Bioproses 2013……………………………………………….44 c. Soal Simulasi Proses Hayati…………………………………………………………47 d. Soal Simulasi Sistem Bioproses 2011 ETOH-B…………………………………….49 e. Soal Simulasi Sistem Bioproses 2011 ETOH-C…………………………………….51 V. Rekayasa Bioreaktor……………………………………………………………………..53 a. Soal UTS Rekayasa Bioreaktor 2012……………………………………………….54 b. Soal UTS Rekayasa Bioreaktor 2013……………………………………………….55 VI. Teknik Reaksi Kimia……………………………………………………………………57 a. Soal UTS Teknik Reaksi Kimia 2013……………………………………………….58 b. Soal UTS Teknik Reaksi Kimia 2014……………………………………………….60 c. Soal UTS Teknik Reaksi Kimia 2014 (2)……………………………………………62 d. Soal UTS Teknik Reaksi Kimia 2015……………………………………………….65 e. Soal UTS Teknik Reaksi Kimia 2016……………………………………………….67 VII. Simulasi Proses Kimia………………………………………………………………….69 a. Soal UTS Simulasi Proses Kimia A…………………………………………………70 b. Soal UTS Simulasi Proses Kimia B………………………………………………….73 c. Soal UTS Simulasi Proses Kimia C………………………………………………….76 d. Soal UTS Simulasi Proses Kimia 2012 A……………………………………………78 e. Soal UTS Simulasi Proses Kimia 2012 B……………………………………………81

1

B. Mata Kuliah Pilihan………………………………………………………………………83 I. Soal UTS Biomaterial 2011…………….…………………………………………………84 II. Soal UTS Teknologi Kemasan 2015……………………………………………..………90 III. Soal UTS Teknologi Pelepasan Terkendali Obat 2015...………………………………..91 IV. Kuis Teknologi Obat dan Kosmetik……………………………………………………..95 V. Soal UTS Teknologi Penyimpanan dan Pengemasan 2013…………………………........98 VI. Soal UTS Pengolahan Gas Bumi………………………………………………………...99 VII. Pengolahan Minyak Bumi…………….....…………………………………………….101 a. b. c. d. e.

Soal UTS Pengolahan Minyak Bumi 2008…………………………………………101 Soal UTS Pengolahan Minyak Bumi 2012…………………………………………103 Soal UTS Pengolahan Minyak Bumi 2015…………………………………………104 Soal UTS Pengolahan Minyak Bumi 2016…………………………………………105 Soal UTS Pengolahan Minyak Bumi (Ekstensi) 2007……………………………...106

VIII. Pencegahan Pencemaran………………………………………………………...……107 a. b. c. d.

Soal UTS Pencegahan Pencemaran (S2)……………………………………………107 Soal UTS Pencegahan Pencemaran 2012……………………………………...……110 Soal UTS Pencegahan Pencemaran 2015…………………………………………...113 Soal UTS Pencegahan Pencemaran 2016…………………………………………...117

IX. Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon………………………………………………….120 a. Soal UTS Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon 2011……………………………..120 b. Soal UTS Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon 2015……………………………..122 X. Pemanfaatan dan Transportasi Gas…………………………………………………...…125 a. Soal UTS Pemanfaatan dan Transportasi Gas 2012………………………………..125 b. Soal UTS Pemanfaatan dan Transportasi Gas 2007………………………………..128 c. Soal UTS Pemanfaatan dan Transportasi Gas…………………………..………….130

2

JANGAN TERPAKU PADA DIKTAT INI. Diktat ini dijawab oleh mahasiswa. Pemikiran dosen mungkin berbeda. Untuk penggunaan diktat yang efektif, berkonsultasilah dengan asisten dosen.

CONTACT PERSON: M. Nabil Hifzhan (081364998125 / nabil.hifzhan) Farah Aliya Fadhila (081310155212 / aliyaafa) Rafifah Hasna (081284458897 / rafifafihsn)

3

PERANCANGAN PABRIK DAN PRODUK KIMIA

4

SOAL UTS PERANCANGAN PABRIK DAN PRODUK KIMIA 2012

Hari, Tanggal : Rabu, 4 April 2012 Waktu

: 90 menit

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Ir. Dijan Supramono, M.Sc dan Ir.Dewi Tristantini, M.T, Ph.D.

Plant Design Problems 1. Considering process to make acetaldehyde by dehydrogenation of ethanol over a silver catalyst (300o C, 1 atm). The following design constraints must be satisfied: a. Ethanol decomposes to form acetaldehyde and hydrogen (C2H5OH ⇌ C2H3OH + H2). The equilibrium limit of the reaction is about 35% conversion so that a recycle stream is required. b. Acetaldehyde reacts to form a number of side-products, including acetic acid, ethyl acetate and butanol. Only ethyl acetate is considered here (C2H3OH ⇌ ½ C2H5-CO-OCH3). The conversion of the reaction is 2% c. Boiling points of componens at 1 atm are as follows: Boiling point (o C) Hydrogen

-252.7

Ethanol

78.4

Butanol

117

Acetaldehyde

20.2

Ethyl acetate

77.1

Questions: a. If you are suggested to create heterogeneous mixture of the reactor output with fairly cheap cost, how to achieve this? b. Which component(s) can be separated using one equilibrium stage as a result of your action above? Why can this be achieved? c. In order to save the use of energy in distillation columns, components with high composition should be separated first and components which are difficult to separate should be separated later. What order or separation do you suggest to satisfy these rules? (which components are separated first, second, third, etc?) d. Based on your answers above, build a flowsheet involving a reactor, separators (such as distillation units), compressors (if any) by assuming perfect splits in separation.

5

2. Questions referring to Figure 1. a) For the case of compressing air to high pressure for the combustor, in order to save electricity power, it prefers using some compressors in series to using a single compressor. Please explain this using a thermodynamic formulation to support your explanation. b) Why do you need 3 stages of condensate heating before the stream formed is fed into a steam turbine? c) As implied by the flowsheet, what condition is conducive to support the work of the stripper? How is the condition created? Chemical Product Design Problems 1. What are the differences between Commodity products and Chemical products? Write down the comparison among them for 8 matters in a table below Number A matter of Commodity product Chemical product 1

Capacity

2

Price

Huge, bulk

Limited ../

... 8 2. Write down a process flow diagram describing a creation of a chemical product, starting from needs until the emergence of the product ready to be sold to the market 3. Mention and explain 5 needs and their related chemical products to fulfill the needs that you are seeing surrounding you

6

PERANCANGAN ALAT PROSES

7

SOAL UTS PERANCANGAN ALAT PROSES 2015 KOLOM DISTILASI

Hari, Tanggal : Selasa, 24 Maret 2015 Waktu

: 2,5 Jam

Sifat Ujian

: Open Book

Dosen

: Ir. Abdul Wahid Surmin, M.T.

Komponen

Mol Umpan

C2

0.2

C3

8.9

iC4

63.3

nC4

27.6 100.0

Umpan dengan laju alir 100 kmol pada suhu 100 derajat Celcius dan tekanan 2200 kPa, 95% propane ingin direkambil kembali pada distilat dengan kemurnian 94%. Tekanan pada reboiler adalah 1900 kPa. 1. Tentukan jumlah tray aktual (gunakan metode short-cut column pada simulasi Unisim) 2. Tentukan diameter kolom 3. Tentukan efisiensi tray

8

SOAL UTS PERANCANGAN ALAT PROSES 2015 PERALATAN TRANSPORTASI FLUIDA

Hari, Tanggal : Selasa, 17 Maret 2015 Waktu

: 2,5 Jam

Sifat Ujian

: Open Book

Dosen

: Ir. Abdul Wahid Surhim, MT

1. Berikut ini adalah data-data bagian pipa dari sebuah jaringan pipa transmisi gas: Q = 25.7 MMSCFD, Ta = 90 oF, P1 = 425 psia, P = 9 psia, L = 8280 ft, SG = 0.7, Za = 0.925, MWudara = 28.96, R = 10.731, E = 1.0, viskositas gas diabaikan. a. Hitung tekanan rata-rata (Pa) menggunakan rumus Campbell: Pa 

 P1 P2 2 P1  P2    3  P1  P2

  

b. Pilihlah diameter pipa yang sesuai menggunakan rumus Panhandle A:

T  0.5 403 .09 s  E P12  P22 D 2.619  Ps  Q 0.4603 Ta Z a L 0.5397 G 0.0793 SG



c. Hitung erosional velocity (ve)—sebagai



batas maksimum kecepatan gas

melalui pipa—menggunakan persamaan API RP 14E untuk layanan kontinyu: ve 

100

 G0.5

(ingat rumus PaVG=nRTaZa)

 P  T d. Hitung kecepatan gas (vG) menggunakan laju alir aktual: Qa  Q s  a  Pa  Ts

  Z a 

Apakah diameter pipa yang didapatkan memenuhi kriteria ve > vG? 2. Makanan cair pada suhu 50oC (tekanan uapnya 12349 Pa) dipompa pada laju 5 m3/jam dari tangki A yang memiliki tekanan absolut 12350 Pa, ke tangki B yang tekanan absolutnya 101325 Pa, melalui pipa NPS 2” sch. 40 dengan kekasaran absolut 0,000046. Level cairan di tangki A berada 2 m di bawah pompa dan discharge-nya di tangki B adalah 4 m di atas pompa. Jika panjang pipa pada suction line adalah 3 m, discharge line 15 m, dan ada satu elbow 90o pada suction line, dua elbow 90o pada 9

discharge line, dan satu globe valve pada discharge line, tentukan gambar skema sistemnya, hitung BHP dan cek NPSHA apakah sudah memenuhi NPSHR (4 ft). Viskositas dan densitas cairannya 0,003 Pas dan 1033 kg/m3, dan efisiensi pompa 70%. Asumsikan bahwa level cairan di tangki A tetap. Tambahan: gunakan panjang pipa ekuivalen (Le) untuk fitting, valve dan sudden contraction (entrance from the tank to the pipeline) serta sudden expansion (exit from the pipeline) 3. Berikut adalah informasi kompresor sentrifugal: 

Kondisi operasinya: P1 = 750 psia, P2 = 1046 psia, T1 = 529.7 oR, TD = 582.6 o

R,Q = 349 MMSCFD



Sifat-sifat gas: SG = 0.6,  = 1.3, Zave = 0.95

Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut: a. Berapa efisiensi isentropiknya? b. Berapa laju alir volumetrik aktualnya? c. Berapa head isentropiknya? d. Berapa kebutuhan daya totalnya jika kecepatan mata atau ujung runcing impeller (eye or tip speed of impeller, u) sebesar 820 fps?

10

SOAL UTS PERANCANGAN ALAT PROSES 2013

Hari, Tanggal : Senin, 26 Maret 2013 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Abdul Wahid

1. Minyak mentah dari reservoir dipompakan ke kolom distilasi atmesforik. Discharge dari pompa adalah sebesar 15 m3/menit. Specific gravity minyak mentah tersebut adalah sebesar 0.89. Saat melalui control valve, terjadi penurunan tekanan sebesar 5 psi. Produk atas dari kolom distilasi atmosferik menjadi umpan dari distilasi hidrokarbon ringan. Karena produk atas kolom distilasi kedua itu belum memenuhi tekanan yang diinginkan, maka diperlukan kompresor untuk meningkatkan tekanan dari 2100 kPa, denga ratio kompresi total sebesar 2.3. Gas yang dikompresi itu memiliki laju alir 2 x 106 std m3/d dan berat molekul 19.2. Tentukan: a. Daya kompresor dan estimasikan ukuran impeller jika kompresor yang digunakan adalah kompresor sentrifugal. Suction temperature adalah 59 oC. Efisiensi isentropic sebesar 0.77 dan tip speed-nya sebesar 200 m/s. b. Kompresor resiprokal yang tepat digunakan dengan memilih dua pilihan sebagai berikut: i.

Pilihan 1: Kompresor one stage low speed dengan suction temperatur 54 oC.

ii.

Pilihan 2: Kompresor two low speed dengan suction temperatur pada first adalah 54 oC dan pada seconnd stage adalah 59 oC. Jatuh tekanan antarlangkah adalah 40 kPa.

Kriteria pemilihannya didasarkan pada daya yang diperlukan oleh kedua jenis kompresor tersebut. Jika kompresor yang terpilih dibandingkan dengan kompresor sentrifugal di atas, apakah pilihannya tidak berubah? c. Tentukan diameter silinder jika laju kompresor pada soal no 1.b.ii tersebut sebesar 490 rpm, stroke-nya 21.4 cm, clearance pada langkah pertama sebesar 8% dan pada langkah kedua 13%. Asumsikan 2 silinder per stage dan semua 11

silindernya double-acting. 2. Sebuah C3 splitter memiliki jarak talam (tray spacing) 24 in dan beroperasi pada 80% flooding. Laju alir massa cairannya adalah 123.150 kg/jam, sedangkan laju alir massa uapnya adalah 117.526 kg/jam. Laju alir volumetrik maksimum dari uap 27.52 cfs dan cairan 1100 gpm. Densitas uapnya adalah 2.75 lb/cuft dan densitas cairannya adalah

29.3 lb/cuft. Hitung diameter kolom dan tinggi weir. Bandingkan jika

menggunakan jarak talam setengahnya (12 in). 3. Pemisahan aseton dan benzena memiliki kondisi operasi sebagai berikut: a. Fraksi mol aseton x1 = 0.637 b. Fraksi mol benzena x2 = 0.363 c. Suhu = 166 °F d. Kecepatan massa uap superfisial (uv*ρv ) = 3820 lb/hr/sqrt e. Kecepatan uap = 24096 ft/hr f. Tinggi weir = 0.2082 ft g. Luas fraksional = 0.063 h. Sifat-sifat campurannya adalah: 

Viskositas cairan = 0.609 lb/ft hr, 0.252 cP



Tegangan permukaan cairan = 5.417 x 105 lb/sqft hr, 18.96 dyn/cm



Diffusivitas cairan ( LK) = 2.32 x 104 sqft/hr



Densitas cairan = 47.7 lb/cuft

Berapa efisiensi talam aktualnya jika faktor aliran cairan = uao (FLV) dan % flooding besarnya seperti pada soal nomor 2?

12

SOAL UTS PERANCANGAN ALAT PROSES 2012

Hari, Tanggal : Senin, 2 April 2012 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

Di bawah ini terdapat sebuah gambar desain unit proses. Di dalam desain ini hidrokarbon yang berasal dari reservoir dipompakan kedalam kolom depropanizer. Umpan yang digunakan spesifikasi seperti tabel 1 Sedangkan discharge dari pompa yang didigunakan dalam desain ini adalah sebesar 15 m3/menit. Specifiic gravity hidrokarbon yang digunakan adalah sebesar 0.8. kemudian saat melalui control valve, terjadi penurunan tekanan sebesar 3 psi (ρ air = 1000

Tabel 1. Spesifiasi Umpan Depropanizer

Komponen

Mol Umpan

C2

0.2

C3

9.8

iC4

60 13

nC4

30 100.0

Maka berdasarkan desain gambar di atas, tentukan: 1. Tentukan maximum valve coefficient (fully opened)! 2. Dengan head sebesar 50 m dengan diameter impeller 0,4 m berapa daya pompa yang diperlukan? 3. Jika diameternya diubah menjadi 2,8 m dan berputar pada 360 rpm, berapa daya pompa dan efisiensinya? 4. Tentukan komposisi overhead dan bottom yang menghasilkan produk D yang mengandung paling tidak propane dan produk B yang mengandung 1% propane 5. Jika kita ingin mengambil kembali 95% propane di produk D dengan kemurnian 92%. Tentukan komposisi di D dan B!

Rumus: Cv, max = 2*GPM*(sp gr / DP)^2 Q = n*D^3*CQ )(D1/ D2 )^0.25

n = ( g H / CH D^2 P = ρair * n^3 * D^5 * CP ɳ2 = 1 – ( 1 - ɳ1 D/F = XF – XB / XD - XB

14

15

SOAL UTS PERANCANGAN ALAT PROSES 2011

Hari, Tanggal : Waktu

:

Sifat Ujian

:

Dosen

: Ir. Abdul Wahid Surhim, M.T.

Minyak mentah dari reservoir dipompakan ke kolom distilasi atmesforik ( lihat gambar di atas ). Discharge dari pompa adalah sebesar 15 m3/menit. Specific gravity minyak mentah tersebut adalah sebesar 0.89. saat melalui control valve, terjadi penurunan tekanan sebesar 5 psi. Produk atas atas dari kolom distilasi atmosferik menjadi umpan dari distilasi hidrokarbon ringan. Karena produk atas kolom distilasi kedua itu belum memenuhi tekanan yang diinginkan, maka diperlukan kompresor untuk meningkatkan tekanan dari 2100 kPa, dengan rasio kompresi total sebesar 1.54. gas yang dikompresi itu memiliki laju alir 1.5 x 106 std m3/d dan berat molekul 19.2 Berdasarkan gambar di atas: 1. Tentukan maksimum valve coefficient (fully opened) 2. Dengan bantuan gambar 7.2 (a) dan (b), dengan head sebesar 70 m berapa daya pompanya yang diperlukan? 3. Jika diameternya diubah menjadi 2.5 m dan berputar 400 rpm, berapa daya pompa dan efisiensinya? 16

4. Tentukan: a. Daya kompresor dan estimasikan ukuran impeller jika kompresor yang digunakan kompresor sentrifugasi. Suction temperature adalah 59 oC b. Daya kompresor dan estimasikan ukuran silinder jika digunakan kompresor resiprokal dua langkah (two stage) low speed dengan suction temperature pada first stage adalah 54oC dan pada second stage adalah 59oC. Jatuh tekanan antar-langkah adalah 40 kPa. Laju kompresor tersebut sebesar 500 rpm, strokenya 21.4 cm, clearance pada langkah pertama sebesar 8% dan pada langkah kedua 13%. Asumsikan: 2 silinder per stage dan semua silindernya double-acting. 5. Bandingkan daya kompresor pada soal no. 4 Catatan: 1 gallon = 0.00378541 m3. Berat molekul udara sebesar 28.97

17

TANK AND PROCESS VESSEL MODUL - EQUIPMENT PROCESS DESIGN 2015 B

Hari, Tanggal : 28 April 2015 Waktu

: 75 menit

Sifat Ujian

: Open Book

Dosen

: DR. Ir. Asep Handaya Saputra, M.Eng

1. Crude oil production approximation at X field is 8000 gallon per day. In every 5 days, this crude oil will ship to costumer. Please design storage for this purpose. The design include type of tank, size or dimension, material and thickness, weight estimation. (15) 2. Dimensions and weight of a Horizontal Pressure Drum A drum is to operate at 500 degree Fahrenheit and 350 psig and to hold 5000 gal at a depth H/D = 0,85. Ellipsoidal heads are to be used. The material is SA202A. Examine the proportion L/D =3 and 5. (35)

18

TANK AND PROCESS VESSEL MODUL - EQUIPMENT PROCESS DESIGN 2015 A

Hari, Tanggal : 28 April 2015 Waktu

: 45 menit

Sifat Ujian

: Closed Book

Dosen

: DR. Ir. Asep Handaya Saputra, M.Eng

1. According to operating pressure, explain the difference between tank and pressure vessel (5) 2. Explain these terminologies: (10) a. Operating pressure b. Design Pressure c. Maximum Allowable Working Pressure (MAWP) d. Hydrostatic Test Pressure 3. There are several types of vessel head (5) a. Mention three types of head b. Sketch the distance of “tangent to tangent” 4. Give description and consideration about some steps of pressure vessel manufacturing: a. Design (10) b. Manufacturing (10) c. Inspection, Delivery, and Final Report (10)

19

PENGENDALIAN PROSES

20

SOAL UTS PENGENDALIAN PROSES 2014

Hari, Tanggal : Jumat, 24 Oktober 2014 Waktu

: 150 Menit

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Ir. Abdul Wahid, M.T., Ph.D.

1. Reaksi yang terjadi di sebuah CSTR (Gambar 1) adalah eksotermis dengan laju reaksinya berorde nol (𝑟𝐴 = −𝑘0 𝑒

−

𝐸 𝑅𝑇(𝑡)

𝑘𝑚𝑜𝑙/(𝑚3 . 𝑗𝑎𝑚)) dan panas reaksinya

adalah −∆𝐻 (𝑘𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑚𝑜𝑙). 𝐹 (𝑚3 . 𝑗𝑎𝑚), 𝜌 (𝑘𝑔/𝑚3 ), 𝑐𝑝 (𝑘𝑘𝑎𝑙/(𝑘𝑔. ℃)), dan 𝑉 (𝑚3 ) dianggap tetap.

Gambar 1 a. Persamaan neraca apa yang harus digunakan dalam pemodelan ini? b. Apakah satuan yang dihasilkan dari neraca tersebut? c. Tentukan model dinamik proses pada Gambar 1. d. Apakah model dinamik yang diperoleh linier atau nonlinier? e. Tentukan persamaan konstanta waktu (𝜏) dan process gain (𝐾𝑝 )-nya. f. Tentukan model fungsi alihnya.

2. Gambar 2 menunjukkan respon sebuah pengendalian proses. a. Berapa orde model fungsi alihnya? b. Tuliskan model fungsi alihnya berdasarkan Gambar 2, lengkap dengan nilai parameter-parameter yang dapat dihitung berdasarkan gambar tersebut. c. Hitunglah kinerja pengendalian prosesnya yang meliputi: rise time (pada saat pertama kali mencapai 90% dari harga akhirnya), settling time, dan decay 21

ratio.

Gambar 2

3. Sederhanakan diagram blok seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 4. Gambar 4 menunjukkan respon 𝐶𝐴3 (𝑡) akibat perubahan 𝐶𝐴0 (𝑡) dari 6.00 kgmol/m3 menjadi 6.30 kgmol/m3 pada t = 0 detik. Tentukan FOPDTnya menggunakan metode 1 dan 2. Apa satuan dari process gain (𝐾𝑝 )?

Gambar 4

22

JAWABAN UTS PENGENDALIAN PROSES 2014

1. Diketahui: - CSTR non isotermal - Reaksi orde nol - rA = -K = -K0 . 𝑒 −𝐸/𝑅𝑇(𝑡) kmol/m3.h dengan T fungsi waktu - F m3/h - ρ kg/m3 - Cp kkal/kgoC - V m3 - Panas reaksi ΔH kkal/kmol Ditanya: - Persamaan neraca yang digunakan - Satuan - Model dinamik - Linier/nonlinier - 𝜏 & Kp - Fungsi alih Jawab: a) Persamaan neraca yang digunakan = energy balance, karena C A (konsentrasi) bukan merupakan fungsi waktu – terlihat pada fakta bahwa orde reaksinya nol. b) Satuan 𝑑𝐸 𝑑𝑡

𝑉𝑖𝑛2

= W + Q + min (Hin +

Tidak ada kerja

𝑑 ρ𝑉𝐶𝑝 𝑇

2

+ gzin) – mout (Hout +

Tidak ada perbedaan kecepatan

𝑉𝑜𝑢𝑡 2 2

+ gzout)

Tidak ada perbedaan ketinggian

= min Hin - mout Hout + Q

𝑑𝑡

H = Cp.∆T

Q= panas reaksi yang dihasilkan

m = ρ.F dT

ρ. V. Cp. dt = ρ.F.Cp (Ti - T) + (-∆H).rA.V konstan dT

ρ. V. Cp. dt = ρ.F.Cp (Ti - T) + (-∆H). (-K0. 𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 ). V 23

𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑎𝑙 ℃ 𝑘𝑔 𝑚3 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑘𝑚𝑜𝑙 3 . 𝑚 . . = . . . ℃ + . . 𝑚2 𝑚3 𝑘𝑔. °𝐶 ℎ 𝑚3 ℎ 𝑘𝑔. °𝐶 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚2 . ℎ 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑘𝑘𝑎𝑙 = + ℎ ℎ ℎ c) Persamaan model dinamik dT

ρ. V. Cp. dt = ρ.F.Cp (Ti - T) + (-∆H). (-K0. 𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 ). V d) Linier/non linier Non linier, karena ada (-K0.𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 )

e) 𝜏 & Kp Linierisasi 𝐸

𝛿

m1 = 𝛿𝑡 = (𝑒−𝐸/𝑅𝑇 ) = 𝑒 −𝐸/𝑅Ts . (

𝑅𝑇s 2

)

diturunkan terhadap T

y’ = m. x’

𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 = 𝑒 −𝐸/𝑅Ts . (

𝐸

𝑅𝑇s2

) . T′

Sehingga ρ. V. Cp. ρ. V. Cp.

dT′

= ρ.F.Cp. Ti’ –ρ. F. Cp. T’ + [(-∆𝐻) (-K0. 𝑒 −𝐸/𝑅Ts ).

dt dT′

= ρ.F.Cp. Ti’ – [ρ. F. Cp + (-∆𝐻) (-K0. 𝑒−𝐸/𝑅Ts ) .

dt

𝐸 𝑅𝑇s2

𝐸 𝑅𝑇s2

]. T’

]. T’

m

ρ. V. Cp. ρ. V. Cp.

dT′

= ρ.F.Cp. Ti’ – m T’

dt dT′ dt

+ m T’ = ρ.F.Cp. Ti’ Jadikan koefisien variabel keluaran =1

𝜌.𝑉.𝐶𝑝 𝑚

𝜏=

dT′ + 𝑇′ dt

=

𝜌.𝐹.𝐶𝑝 𝑚

. Ti’

ρ. V. Cp

Kp = 𝜏.

.

𝑚

𝜌.𝐹.𝐶𝑝 𝑚

dT′ + 𝑇′ = 𝐾𝑝 dt 24

m = [ρ. F. Cp + (-∆𝐻) (-K0. 𝑒−𝐸/𝑅Ts ) .

𝐸 𝑅𝑇s2

]

f. Fungsi alih (𝜏 .

dT′ dt

+ 𝑇′ = 𝐾𝑝. 𝑇𝑖′)

𝜏𝑠 . 𝑇(𝑠) + 𝑇(𝑠) = 𝐾𝑝. 𝑇𝑖(𝑠) (𝜏𝑠 + 1). 𝑇(𝑠) = 𝐾𝑝. 𝑇𝑖(𝑠) 𝑇(𝑠)

G(s) = 𝑇𝑖(𝑠) =

𝐾𝑝 𝜏𝑠+1

25

SOAL UTS PENGENDALIAN PROSES 2015

Hari, Tanggal : Jumat, 23 Oktober 2015 Waktu

: 150 Menit

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Ir. Abdul Wahid, M.T., Ph.D.

1. Gambar 1 menunjukkan dua buah proses yang berbeda yang disambung secara seri. Proses pertama adalah proses pencampuran sempurna dan yang kedua proses reaksi di CSTR dengan laju reaksi 𝑟𝐴2 = −

𝑘𝐶𝐴2 (𝑡) (1+𝐶𝐴2 (𝑡))

2

. Laju alir sebesar 2 m3/menit, volume

tangki pertama dan kedua masing-masing sebesar 10 m3 dan 15 m3, konstanta laju reaksinya 0.1

(

𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙𝑒 2 ) 𝑚3

𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

, dan 𝐶𝐴2𝑠 sebesar 0.5 kmol/m3.

Gambar 1 Mixing Tank dan CSTR yang Dirangkai Secara Seri a. Persamaan neraca apa yang harus digunakan dalam pemodelan ini? b. Apakah satuan yang dihasilkan dari neraca tersebut? c. Tentukan model dinamik proses pada Gambar 1. d. Tentukan harga konstanta waktu (𝜏1 dan 𝜏2 ) dan process gain (𝐾𝑝1 dan 𝐾𝑝2 )nya. e. Tentukan model fungsi alih f. Sesuai dengan fungsi alih yang dihasilkan, apakah tipe redaman di proses ini?

2. Gambar 2 menunjukkan sistem pengendalian suhu pada sebuah tangki. Masingmasing komponen pengendalian ditunjukkan oleh fungsi alihnya. a. Buatlah diagram blok dan sederhanakan diagram blok tersebut sehingga 26

𝑇(𝑠)

𝑇(𝑠)

memiliki fungsi alih tunggal servo (𝑆𝑃(𝑠)) dan regulatori (𝐹(𝑠)). b. Berapa orde persamaan fungsi alih yang diperoleh pada soal 2a?

Gambar 2 Pengendalian Suhu Cairan dalam Tangki 3. Gambar 3 menunjukkan respon suhu (𝑇(𝑠)) terhadap perubahan setpoint (𝑆𝑃(𝑠)) dari sistem yang ditunjukkan oleh Gambar 2. Responnya menunjukkan seperti respon proses orde 2. Jika dimodelkan menggunakan proses orde 2, tuliskan model fungsi alihnya berdasarkan Gambar 3, lengkap dengan nilai parameter-parameter yang dapat dihitung berdasarkan gambar tersebut. Hitunglah kinerja pengendalian prosesnya yang meliputi: rise time, settling time, dan decay ratio.

Gambar 3

4. Gambar 4 menunjukkan respon suhu akibat perubahan MV dair proses seperti ditunjukkan oleh Gambar 2 dalam kondisi pengendali (TC) berada dalam mode MANUAL sehingga fungsi alihnya adalah 𝐺𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑜𝑝 (𝑠) = 𝐺𝑣 (𝑠)𝐺𝑝 (𝑠)𝐺𝑠 (𝑠). MV diubah sebesar 1% pada t = 0 detik.

27

a. Tentukan 𝐺𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑜𝑝 (𝑠). b. Jelaskan tentang variabel input dan output dari 𝐺𝑜𝑝𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑜𝑝 (𝑠).Sumbu y pada Gambar 4 adalah amplitude. Manakah variabel yang berfungsi sebagai amplitude (sumbu y) di fungsi alih ini? c. Tentukan FOPDTnya.

Gambar 4

28

JAWABAN UTS PENGENDALIAN PROSES 2015

Asisten Dosen

: Shafira Anandita

Jurusan, Angkatan

: Teknik Kimia 2015

1. Diketahui:



CSTR isotermal



Pencampuran sempurnac



𝐹 = 2 m3/min (konstan)



𝑉1 = 10 m3 (konstan)



𝑉2 = 15 m3 (konstan)



𝑘 = 0.1 (kmol/m3)2/min (konstan)



𝐶𝐴2𝑠 = 0.5 kmol/m3



𝐶𝐴0 , 𝐶𝐴1 , dan 𝐶𝐴2 merupakan fungsi waktu (𝑡)



Persamaan konstitutif: 𝑟𝐴2 = − (1+𝐶𝐴2 )2

𝑘𝐶

𝐴2

Ditanya: a. Persamaan neraca yang digunakan b. Satuan dari persamaan neraca c. Model dinamik kedua tangka d. 𝜏1 , 𝜏2 , 𝐾𝑝1 , dan 𝐾𝑝2 𝐶

(𝑠)

e. Fungsi alih 𝐺(𝑠) = 𝐶𝐴2 (𝑠) 𝐴0

f. Apakah tipe redaman (𝜉)?

29

Jawaban: a. Persamaan neraca yang digunakan Persamaan neraca yang digunakan adalah component mass balance, karena pengendalian yang dilakukan adalah terkait dengan laju alir dan konsentrasi produk yang diinginkan.

b. Untuk CSTR 1 Model dinamik awal: 𝑉1

𝑑𝐶𝐴1 = (𝐹0 𝐶𝐴0 + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2 ) − 𝐹1 𝐶𝐴1 + 𝑉1 𝑟𝐴1 𝑑𝑡

Di mana: 𝐹1 = 𝐹0 + 𝐹𝑅 𝑟𝐴1 = −𝑘1 𝐶𝐴1 2 Sehingga: 𝑉1

𝑑𝐶𝐴1 = (𝐹0 𝐶𝐴0 + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2 ) − (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 − 𝑘1 𝐶𝐴1 2 𝑉1 𝑑𝑡

Melinierisasi 𝐶𝐴1 2 : 𝐹(𝑥) = 𝐹(𝑥𝑠 ) +

𝑑𝐹 (𝑥 − 𝑥𝑠 ) 𝑑𝑥 |𝑥𝑠

𝐶𝐴1 2 = 𝐶𝐴1𝑠 + 2𝐶𝐴1𝑠 (𝐶𝐴1 − 𝐶𝐴1𝑠 ) 𝑉1

𝑑𝐶𝐴1 = (𝐹0 𝐶𝐴0 + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2 ) − (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 − 𝑉1 𝑘1 [𝐶𝐴1𝑠 + 2𝐶𝐴1𝑠 (𝐶𝐴1 − 𝐶𝐴1𝑠 )] 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐴1𝑠 𝑉1 = (𝐹0 𝐶𝐴0𝑠 + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2𝑠 ) − (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1𝑠 − 𝑉1 𝑘1 [𝐶𝐴1𝑠 ] 𝑑𝑡 Variabel deviasi: 𝑥 ′ = (𝑥 − 𝑥𝑠 ), di mana 𝑥𝑠 = variabel steady state 𝑉1

𝑑𝐶𝐴1 ′ = (𝐹0 𝐶𝐴0 ′ + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2 ′) − (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 ′ − (𝑉1 𝑘1 2𝐶𝐴1𝑠 )𝐶𝐴1 ′ 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐴1 ′ 𝑉1 = (𝐹0 𝐶𝐴0 ′ + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2 ′) − (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 )𝐶𝐴1 ′ 𝑑𝑡

−

Menyatukan variabel keluaran di ruas kiri persamaan: 𝑉1

𝑑𝐶𝐴1 ′ + (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 )𝐶𝐴1 ′ = 𝐹0 𝐶𝐴0 ′ + 𝐹𝑅 𝐶𝐴2 ′ 𝑑𝑡

Menjadikan koefisien variabel keluaran = 1:

30

𝑉1 𝑑𝐶𝐴1 ′ 𝐹0 𝐹𝑅 + 𝐶𝐴1 ′ = 𝐶𝐴0 ′ + 𝐶 ′ (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 ) 𝑑𝑡 (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 ) (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 ) 𝐴2

Untuk CSTR 2 Model dinamik awal: 𝑉2

𝑑𝐶𝐴2 = 𝐹1 𝐶𝐴1 − 𝐹2 𝐶𝐴2 + 𝑉2 𝑟𝐴2 𝑑𝑡

Di mana: 𝐹1 = 𝐹0 + 𝐹𝑅 𝑟𝐴2 = −𝑘2 𝐶𝐴2 2 Sehingga: 𝑉2

𝑑𝐶𝐴2 = (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 − 𝐹2 𝐶𝐴2 − 𝑘2 𝐶𝐴2 2 𝑉2 𝑑𝑡

Menggunakan metode linierisasi yang sama dengan CSTR 1, didapatkan: 𝑑𝐶𝐴2 ′ = (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 ′ − 𝐹2 𝐶𝐴2 ′ − (2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 )𝐶𝐴2 ′ 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐴2 ′ 𝑉2 = (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 ′ − (𝐹2 + 2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 )𝐶𝐴2 ′ 𝑑𝑡

𝑉2

Menyatukan variabel keluaran di ruas kiri persamaan: 𝑉2

𝑑𝐶𝐴2 ′ + (𝐹2 + 2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 )𝐶𝐴2 ′ = (𝐹0 + 𝐹𝑅 )𝐶𝐴1 ′ 𝑑𝑡

Menjadikan koefisien variabel keluaran = 1: (𝐹0 + 𝐹𝑅 ) 𝑉2 𝑑𝐶𝐴2 ′ + 𝐶𝐴2 ′ = 𝐶 ′ (𝐹2 + 2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 ) 𝑑𝑡 (𝐹2 + 2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 ) 𝐴1

c. Persamaan gain process dan konstanta waktu kedua reaktor 𝐾𝑝3 Untuk CSTR 1 𝜏2 𝜏1 =

𝑉1 (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 )

𝐾𝑝1 =

𝐹0 (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 )

𝐾𝑝2 =

𝐹𝑅 (𝐹0 + 𝐹𝑅 + 2𝑉1 𝑘1 𝐶𝐴1𝑠 )

31

Untuk CSTR 2 𝜏2 =

𝑉2 (𝐹2 + 2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 )

𝐾𝑝3 =

𝐶

(𝐹0 + 𝐹𝑅 ) (𝐹2 + 2𝑉2 𝑘2 𝐶𝐴2𝑠 )

(𝑠)

d. Fungsi alih 𝐺(𝑠) = 𝐶𝐴2 (𝑠), orde berapakah proses? 𝐴0

Untuk CSTR 1: ℒ (𝜏1

𝑑𝐶𝐴1 ′ + 𝐶𝐴1 ′ = 𝐾𝑝1 𝐶𝐴0 ′ + 𝐾𝑝2 𝐶𝐴2 ′) 𝑑𝑡

𝜏1 𝑠𝐶𝐴1 ′(𝑠) + 𝐶𝐴1 ′(𝑠) = 𝐾𝑝1 𝐶𝐴0 ′(𝑠) + 𝐾𝑝2 𝐶𝐴2 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1)𝐶𝐴1 ′(𝑠) = 𝐾𝑝1 𝐶𝐴0 ′(𝑠) + 𝐾𝑝2 𝐶𝐴2 ′(𝑠) 𝐶𝐴1 ′(𝑠) =

𝐾𝑝1 𝐾𝑝2 𝐶𝐴0 ′(𝑠) + 𝐶 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) (𝜏1 𝑠 + 1) 𝐴2

Untuk CSTR 2: ℒ (𝜏2

𝑑𝐶𝐴2 ′ + 𝐶𝐴2 ′ = 𝐾𝑝3 𝐶𝐴1 ′) 𝑑𝑡

𝜏2 𝑠𝐶𝐴2 ′(𝑠) + 𝐶𝐴2 ′(𝑠) = 𝐾𝑝3 𝐶𝐴1 ′(𝑠) (𝜏2 𝑠 + 1)𝐶𝐴2 ′(𝑠) = 𝐾𝑝3 𝐶𝐴1 ′(𝑠) 𝐶𝐴2 ′(𝑠) =

𝐾𝑝3 𝐶 ′(𝑠) (𝜏2 𝑠 + 1) 𝐴1

𝐶𝐴1 ′(𝑠) =

(𝜏2 𝑠 + 1) 𝐶𝐴2 ′(𝑠) 𝐾𝑝3

Mensubstitusi persamaan dari CSTR 2 ke persamaan dari CSTR 1: 𝐶𝐴1 ′(𝑠) =

𝐾𝑝1 𝐾𝑝2 𝐶𝐴0 ′(𝑠) + 𝐶 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) (𝜏1 𝑠 + 1) 𝐴2

(𝜏2 𝑠 + 1) 𝐾𝑝1 𝐾𝑝2 𝐶𝐴2 ′(𝑠) = 𝐶𝐴0 ′(𝑠) + 𝐶 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) (𝜏1 𝑠 + 1) 𝐴2 𝐾𝑝3 (𝜏2 𝑠 + 1) 𝐾𝑝2 𝐾𝑝1 [ − ] 𝐶𝐴2 ′(𝑠) = 𝐶 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) (𝜏1 𝑠 + 1) 𝐴0 𝐾𝑝3 𝐾𝑝1 𝐶𝐴2 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) = 𝐾𝑝2 (𝜏 𝑠 + 1) 𝐶𝐴0 ′(𝑠) [ 2𝐾 − ] (𝜏1 𝑠 + 1) 𝑝3

32

𝐾𝑝1 𝐶𝐴2 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) = (𝜏 𝐶𝐴0 ′(𝑠) 2 𝑠 + 1)(𝜏1 𝑠 + 1) − 𝐾𝑝2 𝐾𝑝3 [ ] 𝐾𝑝3 (𝜏1 𝑠 + 1) 𝐾𝑝1 𝐾𝑝3 (𝜏1 𝑠 + 1) 𝐶𝐴2 ′(𝑠) = × 𝐶𝐴0 ′(𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) (𝜏2 𝑠 + 1)(𝜏1 𝑠 + 1) − 𝐾𝑝2 𝐾𝑝3 Sehingga: 𝐾𝑝1 𝐾𝑝3 𝐶𝐴2 ′(𝑠) = 𝐶𝐴0 ′(𝑠) (𝜏2 𝑠 + 1)(𝜏1 𝑠 + 1) − 𝐾𝑝2 𝐾𝑝3

𝐺(𝑠) =

=

𝐾𝑝1 𝐾𝑝3 𝜏1 𝜏2 𝑠 2 + 𝜏2 𝑠 + 𝜏1 𝑠 + 1 − 𝐾𝑝2 𝐾𝑝3

Berdasarkan persamaan di atas, maka orde dari proses tersebut adalah 2 (melihat dari pangkat 𝑠 tertinggi). 𝐶

(𝑠)

e. Fungsi alih 𝐺(𝑠) = 𝐶𝐴2 (𝑠) 𝐴0

Untuk mixing tank: ℒ (𝜏1

𝑑𝐶𝐴1 + 𝐶𝐴1 = 𝐾𝑝1 𝐶𝐴0 ) 𝑑𝑡

𝜏1 𝑠𝐶𝐴1 (𝑠) + 𝐶𝐴1 (𝑠) = 𝐾𝑝1 𝐶𝐴0 (𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1)𝐶𝐴1 (𝑠) = 𝐾𝑝1 𝐶𝐴0 (𝑠) 𝐾𝑝1 𝐶𝐴1 (𝑠) = 𝐶𝐴0 (𝑠) (𝜏1 𝑠 + 1) Untuk CSTR: f. Apakah tipe redaman (𝜉)? Bentuk fungsi alih orde 2 adalah: 𝐺(𝑠) =

𝐾𝑝 𝜏 2 𝑠 2 + 2𝜉𝜏𝑠 + 1

Sedangkan fungsi alih orde 2 yang didapat dari poin sebelumnya adalah: 𝐺(𝑠) =

𝜏1 𝜏2

𝑠2

𝐾𝑝1 𝐾𝑝2 + (𝜏1 + 𝜏2 )𝑠 + 1

Maka didapat korelasi sebagai berikut: 𝜏 2 = 𝜏1 𝜏2 2𝜉𝜏 = 𝜏1 + 𝜏2 Ada empat tipe redaman berdasarkan nilai 𝜉, yaitu: 33

Nilai 𝝃 𝜉=0 0<𝜉<1

Keterangan No damped Underdamped

𝜉=1

Critically damped

𝜉>1

Overdamped

Untuk menghitung nilai 𝜉, maka memasukkan nilai-nilai yang diketahui ke dalam persamaan: 𝑉1 10 𝑚3 = = 5 𝑚𝑖𝑛 𝑚3 𝐹 2 𝑚𝑖𝑛 𝑉2 15 𝜏2 = = = 6.75 𝑚𝑖𝑛 (1 − 𝐶𝐴2𝑠 ) (1 − 0.5) [𝐹 + [𝑉2 𝑘 ]] [2 + [15 × 0.1 × ]] (1 − 𝐶𝐴2𝑠 )3 (1 + 0.5)3 𝜏1 =

𝜏 2 = 𝜏1 𝜏2 = 5 × 6.75 = 33.75 𝜏 = 5.81 2𝜉𝜏 = 𝜏1 + 𝜏2 2 × 𝜉 × 5.81 = (5 + 6.75) 𝜉=

11.75 = 1.011 2 × 5.81

Berdasarkan hasil perhitungan, maka tipe redaman sistem ini adalah critically damped.

2. Tidak masuk UTS 3. Indikator kerja pengendalian 1) Overshoot

5) Settling time

2) Decay ratio

6) Offset

3) Rise time

7) IAE (Integral of Absolute Error)

4) Peak time

8) ISE (Integral of Square Error)

Peak related criteria l. Overshoot: nilai maksimum yang melampaui titik akhir = B /A 2. Decay ratio: Rasio ketinggian dua puncak yang bersebelahan = C/B 3. Offset: Selisih antara nilai SP yang diinginkan dengan PV hasil perhitungan sistem 34

(SP-PV) Dimana A = size of the set point step B = Height of the first peak C = Height of the second peak Time related criteria 1. Rise time: waktu yang dibutuhkan dari awal PV berubah sampai berpotongan dengan garis SP (garis kesetimbangan) 2. Peak time: waktu yang dibutuhkan dari awal PV berubah sampai ke puncak pertama 3. Settling time: waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai kondisi hampir konstan (± 5% ΔPV) Melihat pada grafik soal nomor 3, maka: 1. tR rising time = 12 s 2. tS settling time = 100 s 3. Decay ratio = C/B = 1/6,5 = 0,154 4. c) tentukan FOPDT-nya G(s) =

𝐾𝑝 𝑒 −𝜃𝑠 Ʈ𝑠+1

CV1 = 0 CV 2 = 1, 7 Δ = 1, 7 mV1 = 0% mV2 = 1%

ƾ = 1% Kp =

Δ ƾ

= 1,7%

t awal = 0 s t akhir = 200 s

63%Δ = 1,071 28%Δ = 0,476

CV1 + 63%Δ = 1,071 CV1 + 28%Δ = 0,476

t63% = 50 s t28% = 25 s

Ʈ = 1,5 (t63%- t28%) = 1,5 (50-25) = 37,5 θ = t63% - Ʈ = 12,5 Sehingga model FOPDT-nya menjadi 1,7 𝑒 −12𝑠 G(s) = 37,5+1

35

SOAL UTS PENGENDALIAN PROSES 2017

Hari, Tanggal : Kamis, 30 Maret 2017 Waktu

: 150 Menit

Sifat Ujian

: Open All

Dosen

: Ir. Abdul Wahid, M.T., Ph.D.

1. Pasanglah peralatan pengendali untuk titik-titik yang disebutkan pada Gambar 1. Tentukan variabel-variabel: controlled variable (CV), manipulated variable (MV), dan disturbance (D).

2. Gambar 2 menunjukkan dua CSTR yang dirangkai secara berseri.

36

Asumsinya: 

Setiap reaktor tercampur secara sempurna dan suhunya tetap.



Volume 𝑉1 dan 𝑉2 tetap, demikian pula densitas campuran yang bereaksi.



Laju alir masuk (𝐹0 ) dan laju alir yang dikembalikan (𝐹𝑅 ) tetap.



Laju reaksinya mengikuti persamaan: 𝑟𝐴 (𝑡) = −𝑘𝐶𝐴 2 (𝑡).



Perlambatan transportasi antara reaktor dan laju alir yang dibalikkan diabaikan.

Tentukan: a. Model dinamik kedua reaktor tersebut. b. Tentukan persamaan gain process dan konstanta waktunya untuk kedua reaktor tersebut. c. Tentukan fungsi alih: 𝐶𝐴2 (𝑠)/𝐶𝐴0 (𝑠). Berdasarkan fungsi alih yang diperoleh, berapa orde sistem tersebut? d. Jika 𝐶𝐴0 (𝑡) diubah sebesar 0.15 lbmol/ft3, ternyata respon 𝐶𝐴2 (𝑡) seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Tentukan FOPDTnya.

3. Jika diketahui: 1 𝐺𝑐 (𝑠) = 3 (1 + ) 𝑠 1 𝐺𝑝 (𝑠) = 10𝑠 − 1 a. Berdasarkan fungsi alih proses, apakah prosesnya stabil? Kenapa? b. Tentukan fungsi alih

𝐶𝐴 ′ (𝑠) 𝑆𝑃(𝑠)

sesuai dengan Gambar 4. Apa efek fungsi alih

pengendali 𝐺𝑐 (𝑠) terhadap kestabilan proses?

37

SOAL UTS PENGENDALIAN PROSES 2018

Hari, Tanggal : Rabu, 25 Maret 2018 Waktu

: 150 Menit

Sifat Ujian

: Open All

Dosen

: Ir. Abdul Wahid, M.T., Ph.D.

1. Pasanglah empat peralatan pengendalian yang digunakan sebuah proses yang ditunjukkan pada Gambar 1. Tentukan variabel-variabel: controlled variable (CV), manipulated variable (MV), dan disturbance (D).

Gambar 1

2. Gambar 2 menunjukkan sebuah tangki pencampuran yang tidak sempurna, sehingga dimodelkan dengan membagi bagian dalam tangki menjadi dua atau lebih bagian yang tercampur sempurna dengan sirkulasi antar bagian.

Gambar 2 Mixing Tank 38

Asumsinya: 

Setiap reaktor tercampur secara sempurna dan suhunya tetap.



Volume 𝑉1 dan 𝑉2 tetap, demikian pula densitas campuran yang bereaksi.



Laju alir masuk (𝐹0 ) dan laju alir yang dikembalikan (𝐹𝑅 ) tetap.



Laju reaksinya mengikuti persamaan: 𝑟𝐴 (𝑡) = −𝑘𝐶𝐴 2 (𝑡).



Perlambatan transportasi antara reaktor dan laju alir yang dibalikkan diabaikan.

Tentukan: a. Model dinamik proses pencampuran tak sempurna tersebut. b. Tentukan persamaan gain process dan konstanta waktunya untuk proses tersebut. c. Tentukan fungsi alih: 𝐶(𝑠)/𝐶1 (𝑠) dan 𝐶(𝑠)/𝐶2 (𝑠). d. Tentukan jenis orde 2 yang ditunjukkan pada butir c.

3. Gambar 3 menunjukkan sebuah absorber.

Gambar 3 Absorber

39

Tabel 1 Respon Perubahan Step dari Aliran Air ke Absorber

Tentukan model FOPDT dari hasil eksperimen yang ditunjukkan oleh Tabel 1.

40

SIMULASI SISTEM BIOPROSES

41

SOAL UTS SIMULASI SISTEM BIOPROSES 2014

Hari, Tanggal : Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

Minyak Kedelai dapat dikonversi menjadi biodisel, melalui tahapan proses sebagai berikut:  Konversi diawali dengan proses mendapatkan minyak dari kacang kedelai  Minyak yang diperoleh direaksikan dengan metanol untuk menghasilkan biodisel menurut reaksi berikut: 3 MeOH + Minyak Kedelai → 3 Biodisel + Gliserin Campuran 736 kg metanol, 11,94 kg NAOCH, dan 0,08 kg air pada suhu 42,3 ͦC dan tekanan 64,7 psi direaksikan dengan 4.247 kg minyak kedelai pada suhu 64 ͦC dan tekanan 64,7 psi. Reaktor beroperasi pada kondisi adiabatis dengan steam sebagai heat transfer agent. Reaktor dilengkapi agitator dengan daya 1,4 kW/m3. Reaksi dapat mencapai konversi hingga 83%.  Tahap akhir dari proses konversi adalah memisahkan 99,99% biodisel dan minyak kedelai dari sisa metanol dan gliserin. Proses pemisahan ini membutuhkan daya sebesar 18,9 kW Data:  Berat molekul minyak kedelai 885,45 dan tekanan uap 4,7 bar.  Berat molekul biodisel 296,5 g/mol dengan titik didih 344 ͦC, suhu kritis 491 ͦC, tekanan kritis 12,63 bar, densitas cairan 874 g/L.  Berat molekul NAOCH 54,02 g/mol, densitas cairan 2.043 g/L, titik didih 68 ͦC, suhu kritis 234 ͦC, dan tekanan kritis 26,69 bar.

Tugas: 1. Gunakan SuperPro untuk mensimulasikan proses tersebut diatas, dan kirimkan hasil simulasi (.spf) melalui scele2. (50%) 42

2. Berikan jawaban atas pertanyaan berikut: (50%) a. Apa yang bisa dilakukan untuk meningkatkan konversi reaksi? b. Sistem separasi apakah yang dapat memberikan kapasitas pemisahan sesuai yang diharapkan?

43

SOAL UTS SIMULASI SISTEM BIOPROSES 2013

Hari, Tanggal : 25 Maret 2013 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

Pada sebuah industri tekstil yang bekerja penuh sepanjang tahun tanpa hari libur terdapat bagian pengolahan limbah cair dengan keterangan setiap unitnya sbb: Air limbah masuk ke dalam Aerobic Bio Oxidation bersama aliran udara ( aerasi ) sbb: (Nilai 5%) Kandungan air limbah

Laju air

Komposisi Udara

Rasi o Massa

[kg/jam] Sucrose

25.0

Nitrogen

0 Ammonia

2.00

79.0 0

Oksigen

21.0 0

Garam-garam

2.00

terlarut Logam-logam

0.07

berat Padatan tersuspensi Air

15.0 0 102 04.00

di mana terjadi reaksi dengan koefisien molar sbb: (Nilai 5%) (1.0) Sucrose + (2.21) Ammonia + (1.0) Oksigen  (17.1) Biomass + (2.55) CO2 44

Aliran aerasi dengan udara 100 kg/jam. Kondisi operasi sbb: Rate Reference = Sucrose, Kinetic (Monod) data: Ks = 5, Power = 0.05 kW/m3, Residence Time 6 jam dan Working volume 80%. Dissolved oxygen concentration 2 mg/L, Aeration system = Diffused air. CO2 yang terbentuk dibuang seluruhnya via emisi ( aliran atas ). Sludge terbentuk ikut bersama air dalam stream bawah menuju tangki storage flokulasi. (Nilai 15%) Pada storage flokulasi, air limbah yang telah teroksidasi secara hayati ditambahi dengan flokulan sebanyak 1 kg/jam dan kedua aliran fluida tersebut bersuhu 25oC . Tangki ini digunakan untuk membuat flok dengan prinsip kerja pengendapan secara kontinyu. Tangki yang menjadi tempat pencampuran ini bekerja pada mode adiabatis dengan kebutuhan tenaga operasinya di set pada 0.02 kW/m3 ( untuk pengadukan dsb ), dengan waktu tinggal 1 jam dan volume kerja 90%. Untuk keamanan unit ini volume dibatasi minimum/maksimum 20%/90%. Untuk operasinya alat ini dipanaskan dengan steam dan didinginkan dengan cooling water. Tidak ada reaksi yang terjadi pada alat ini selain pembentukan flok yang akan diendapkan pada unit selanjutnya, yaitu tangki pengendapan. (Nilai 15%) Di dalam tangki pengendapan terjadi penghilangan logam-logam berat, flokulan dan padatan tersuspensi sebesar 99% berat masing-masing. Overflow rate diset pada 32 m3/m2-hari. Konsentrasi partikulat diatur pada 10 g/liter dan viskositas dianggap 1 cP. Bagian bawah clarifier berisi endapan dialirkan menuju suatu filter (PFF). Bagian atas dari clarifier ini dialirkan menuju suatu mixer. (Nilai 15%) Plate and Frame Filter ( PFF) ditujukan untuk memisahkan air dari padatan dengan cara mengatur penghilangan logam-logam berat, flokulan dan padatan tersuspensi sebesar 99% berat masing-masing. Dengan mengatur porsitas lumpur ( cake) 40% (vol), waktu filtrasi 4 jam ( tanpa set up time) filtrat flux 200 L/m2-jam dan ketebalan lumpur 15 cm , maka didapatkan pemisahan padatan dan air yang sangat baik. Air yang bersih bercampur dengan air keluaran clarifier dalam mixer ( hanya ada 1 mixer dalam plant ini ) disebut sebagai aliran Effluent Water yang akan dibuang ke badan sungai. (10%) Plate and Frame Filter ( PFF) ditujukan untuk memisahkan air dari padatan dengan cara mengatur penghilangan logam-logam berat, flokulan dan padatan tersuspensi sebesar 99% berat masing-masing. Dengan mengatur porsitas lumpur ( cake) 40% (vol), waktu filtrasi 4 jam ( tanpa set up time) filtrat flux 200 L/m2-jam dan ketebalan lumpur 15 cm , maka didapatkan pemisahan padatan dan air yang sangat baik. Air yang bersih bercampur 45

dengan air keluaran clarifier dalam mixer ( hanya ada 1 mixer dalam plant ini ) disebut sebagai aliran Effluent Water yang akan dibuang ke badan sungai. (10%)

Pertanyaan: 1. Untuk alasan ekonomis, berapa kg/jam sebaiknya aliran udara yang masuk ? jelaskan alsanmu. (10%) 2. atasan anda cukup puas dengan kualitas effluent water, kecuali sucrose. Bagaimanakah usaha anda untuk menurunkan sucrose pada Bioocidation ? Sebutkan maksimum 2 parameter yang harus anda ubah pada unit tersebut dan nyatakan berapa nilainya sekarang. (25%)

46

SOAL UTS SIMULASI PROSES HAYATI

Hari, Tanggal : Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. Sebuah aliran limbah cair (10T/jam) mengandung komposisi: Biomassa 0,1% ; Setara Glukosa 0,14% dan air pada suhu lingkungan (25 oC). Aliran tersebut secara kontinyu memasuki kolam pengolahan limbah aerobik yang berpengaduk sempurna dengan prinsip stoikiometri. Didalam kolam tersebut, dijaga oksigen terlarut pada tingkat 4g/L dengan pengaturan system aerasi difusi dan laju alir udara 0,1 STD me udara per (m3 liq/min). Di dalam rector tersebut selama 16 jam waktu tinggal dan “working to vessel ratio” 85% setiap kg gula bereaksi dengan 0,2 kg oksigen membentuk 0,6 kg biomassa; 0,25 kg karbondioksida dan sisanya adalah air. Alat ini bekerja dengan diawasi pekerja 0.25 labor-hrs/hr. Separuh dari massa CO2, N2, dan O2 terbuang ke udara.

2. Sebuah aliran air lmbah dari kolam tersebut diendapkan dalam klarifier kontinyu dengan asumsi hanya biomass (100%) yang mengendap. Limiting Partikel diatur dengan densitas 1030 g/L dan diameter 100 µm. Konsentrasi partikel di dalam sludge diatur 10 g/L dan viskositas cairan tetap 1 cP. Seluruh CO2 diemisikan pada kecepatan angin 1,5 m/detik. Alat ini bekerja dengan diawasi pekerja 0.1 labor-hrs/hr. Aliran air jenih di bagian atas. Lumpur yang terbentuk memasuki filter press plat and frame (PF). Namun sebelum memasuki PF, lumpur dipisahkan 40% untuk recycle yang bergabung dengan aliran limbah cair awal di atas. Seluruh massa CO2, N2, dan O2 terbuang ke udara.

Alat Filter PF dijalankan secara manual selama 1 jam dengan kemampuan memisahkan 100% biomassa dan diset pada LOD 30% serta maksimum ketebalam cake 15 cm.

47

Jalankan alat tersebut dan isilah table berikut: Alat

Satuan

Komposisi

Keluaran

Air jernih

Cake

aliran masuk

Aerobix

dari weir

terbentuk

Aerobix

Biooxidation

klarifier

di PF

Biooxidation Komposisi …….

CO2

kg/jam

Biomassa

kg/jam

…..

……

……

Glukosa

kg/jam

…..

……

……

Nitrogen

kg/jam

……

Oksigen

kg/jam

……

Air

kg/jam

……

……

……

Jika produk utama dari pabrik ini adalah air bersih dengan nilai 0,1 $/kg dan Solid wate dikenakan biaya 0,005 $/kg, maka biaya produksinya = ……………. $/kg MP

48

SOAL UTS SIMULASI BIOPROSES 2011 ETOH-B

Hari, Tanggal : Jumat, 25 Maret 2011 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. Susun sebuah flowsheet dari suatu bagian dalam pabrik pengolaj cassava untuk produksi etanol dengan peralatan sbb: a. Pencampur (jenia mixer bulk) b. Heat Exchanger (jenis heat exchanging) c. Liquifaction (reaktor biasa/vessel procedure reactor) d. Pompa gear 2. Bahan yang beredar dalam pabrik tersebut adalah a. Cassava oil (C16H32; MW 256, seperti air) b. Fats c. Glocose d. Starch (MW 342,3; seperti air) e. Sucrose f. Water 3. Unit Pencampur Input dari pencampur ini terdiri dari 2 buah aliran masuk, yaitu: a. Air minum dengan 30 derajat celcius sejumlah 200 kg/batch b. Lumpur singkong dengan 30 derajat celcius sejumlah 200 kg/batch komposisi massa sebagai berikut 1) Cassava oil 3% 2) Fats, 1/6 jumlah Cassava oil 3) Glucose, 2 kali kandungan Cassava oil 4) Startch, 20% 5) Water, sisanya c. Proses pencampuran yang terjadi selama 2 jam memerlukan persiapan (set up 49

time) 20 menit 4. Heat Exchanger a. Adalah jenis batch/semi contunous dengan # of cycles per batch 1 x b. Suhu minimum approachnya 5 derajat celcius c. Counter current d. Koefisien perpindahan panas 1000/m2K e. Operator 0,2 laboour-hrs/hr f. Jenis shell & tube 5. Pompa a. Perpindahan tekanan 0,35 bar, efisiensi 75% b. Beroperasi dengan hubungan Master-Slave terhadap alat sebelumnya 6. Liquification a. Masukan: Set up time 20 menit, process time 1 jam, untuk safety, hanya diizinkan mengsisi 80% volum reaktor b. Keluaran: Set up time 10 menit, process time 30 menit, untuk safety hanya diizinkan mengisi 100% volum dikeluarkan dari reaktor c. Reaktor 1) Dipanaskan dengan steam, suhu maksimum 88 derajat celcius 2) Reaksi starch → Sucroce dengan perbandingan mol 1:1 dan 90% bereaksi 3) Entalpy reaksi 30 kal/kg dengan reference starch pada suhu 25 derajat celcius 4) Tekanan reaktor diset 1,3 bar 7. Pompa gear a. Perubahan tekanan 0,2 bar, efisiensi 75% b. Beroperasi dengan Master-Slave terhadap transfer out alat sebelumnya Bagaimana komposisi keluaran pompa gear terakhir?

50

SOAL UTS SIMULASI BIOPROSES 2011 ETOH-C

Hari, Tanggal : Jumat, 25 Maret 2011 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. Susun sebuah flowsheet dari suatu bagian dalam pabrik pengolaj cassava untuk produksi etanol dengan peralatan sbb: a. Pencampur (jenia mixer bulk) b. Heat Exchanger (jenis heat exchanging) c. Liquifaction (reaktor biasa/vessel procedure reactor) d. Pompa gear 2. Bahan yang beredar dalam pabrik tersebut adalah a. Cassava oil (C16H32; MW 256, seperti air) b. Fats c. Glocose d. Starch (MW 342,3; seperti air) e. Sucrose f. Water 3. Unit Pencampur Input dari pencampur ini terdiri dari 2 buah aliran masuk, yaitu: a. Air minum dengan 30 derajat celcius sejumlah 300 kg/batch b. Lumpur singkong dengan 30 derajat celcius sejumlah 310 kg/batch komposisi massa sebagai berikut 1) Cassava oil 8% 2) Fats, 1/2 jumlah Cassava oil 3) Glucose, 2 kali kandungan Cassava oil 4) Startch, 50% 5) Water, sisanya c. Proses pencampuran yang terjadi selama 2 jam memerlukan persiapan (set up 51

time) 20 menit 4. Heat Exchanger a. Adalah jenis batch/semi contunous dengan # of cycles per batch 1 x b. Suhu minimum approachnya 10 derajat celcius c. Counter current d. Koefisien perpindahan panas 1000/m2K e. Operator 0,1 laboour-hrs/hr f. Jenis plate & frame 5. Pompa a. Perpindahan tekanan 0,2 bar, efisiensi 70% b. Beroperasi dengan hubungan Master-Slave terhadap alat sebelumnya 6. Liquification a. Masukan: Set up time 20 menit, process time 1 jam, untuk safety, hanya diizinkan mengsisi 80% volum reaktor b. Keluaran: Set up time 10 menit, process time 30 menit, untuk safety hanya diizinkan mengisi 100% volum dikeluarkan dari reaktor c. Reaktor 1) Dipanaskan dengan steam, suhu maksimum 86 derajat celcius 2) Reaksi starch → Sucroce dengan perbandingan mol 1:1 dan 90% bereaksi 3) Entalpy reaksi 30 kal/kg dengan reference starch pada suhu 25 derajat celcius 4) Tekanan reaktor diset 1,3 bar 7. Pompa gear a. Perubahan tekanan 0,2 bar, efisiensi 70% b. Beroperasi dengan Master-Slave terhadap transfer out alat sebelumnya Bagaimana komposisi keluaran pompa gear terakhir?

52

REKAYASA BIOREAKTOR

53

SOAL UTS REKAYASA BIOREAKTOR 2012

Hari, Tanggal : Jumat, 13 April 2012 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. bandingkan kelebihan dan kekurangan stirred tank bioreakctor dan buble driven bioreactor! (15) 2. Apa yang dimaksud dengan Headspace pada sistem bioreaktor ? jelaskan pula fungsinya ?(10) 3. gambarkan stirred tank bioreactor beserta bagian-bagiannya? (15) 4. Escherichia coli strain tertentu telah direkayasa sehingga mampu memproduksi protein manusia tertentu. Kultur sel dimulai dengan cara menginokulasi 12 g sel kedalam 100 lt bioreaktor sistem buble column yang mengandung 10 g.l-1 glukosa. Kecepatan spesifik pertumbuhan maksimum kultur adalah 0.9 h-1. Yield biomassa dari glukosa adalah 0.575 g.g-1 a. Hitung waktu yang dibutuhkan untuk mencapai fase stasioner! (15) b. Berapakah densitas sel, apabila proses kultur atau fermentasi distop setelah 70% glukosa dikonsumsi oleh sel? (15) 5. pseudomonas methyllotrophus digunakan untuk memproduksi single-cell protein dari methanol di dalam 1000 m3 reaktor. Yield biomassa dari substrat adalah 0.41 g.g1, KS adalah 0.7 mg l-1, dan kecepatan pertumbuhan spesifik maksimum adalah 0.44 h-1. Medium mengandung 4% (w/v) methanol. Konversi substrat yang diharapkan adalah 98%. Reaktor dapat menggunakan sistem batch atau continous. Apabila sistem operasi batch, inokulum awalnya adalah 0.01% (w/v) dalam downtime per batch adalah 20 jam. Apabila sistem operasi continous ,downtime-nya sekitar 26 hari per tahun. Dengan mengabaikan kebutuhan maintance, bandingkan produksi biomassa per tahun dari sistem operasi reaktor batch dan continous (30 )

54

SOAL UTS REKAYASA BIOREAKTOR 2013

Hari, Tanggal : 2013 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. Bioreaktor adalah sebuah reaktor yang menopang dan mendukung kehidupan sel dan kulit jaringan. a. Bagaimana anda menjelaskan keterlibatan rekasi hayati dalam proses perancangan bioreaktor b. Pada suhu ruang sukrose dapat terhidrolisis secara enzimatik, menggunakan enzim sukrase, menurut reaksi:

Dengan konsentrasi sukrose awal CA0 = 1.0 mmol/L dan konsentrasi enzim awal CE0 = 0.01 mmol/L, data-data kinetika berikut ini diperoleh melalui eksperimen menggunakan sebuah reaktor batch:

CA 0.84 0.68 0.53 (mmol/L)

0.38

0.27

0.16 0.09

0.04

0.018

0.006 0.0025

t (jam)

4

5

6

8

9

10

1

2

3

7

11

Jika reaksi enzimatik tersebut dapat dianggap mengikuti model persamaan kinetika Michaelis – Menten: −𝑟𝐴 =

𝐾 . 𝐶𝑃 . 𝐶𝐴 𝐶𝐴 + 𝐶𝑀

dengan CM = konstanta Michaelis

Evaluasilah harga konstanta-konstanta K3 dan CM dengan menggunakan metode integral. 2. Cairan A terdekomposisi melalui kinetika reaksi berorde satu. Dalam sebuah reaktor batch, 50% A terkonversi dalam waktu 5 menit. Berapakah waktu yang diperlukan agar konversi A mencapai 75%? Ulangi soal ini jika kinetika reaksi tersebut berorde 55

dua. 3. Jika diberikan gambar prototype reaktor seperti di bawah ini, dapatkah anda menjelaskan peruntukan proses reaksi yang sesuai untuk reaktor tersebut?

56

TEKNIK REAKSI KIMIA

57

SOAL UTS TEKNIK REAKSI KIMIA 2013

Hari, Tanggal : 25 Maret 2013 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Prof. Dr. Ir. Slamet, MT

1. Reaksi elementer fasa gas ( A

B + C ) dilangsungkan secara isotermal pada suhu

O

127 C di dalam reaktor BATCH berpengaduk (volume konstant 20 dm3), dengan NA0 = 20 mol. Reaktor tersebut hanya dapat beroperasi dengan baik jika tekanan dalam reaktor < 60 atm. Jika diketahui konstanta laju reaksi pada suhu 127 oC ( k = 0.865 min-1), buatlah analisis

(berdasarkan hasil perhitungan) apa yang kira-kira

akan terjadi jika reaktor tersebut dioperasikan selama 3 menit.

2. Suatu reaksi reversible endotermis akan dilangsungkan dalam reaktor pipa berisi tumpukan katalis padat (PBR) . Jika reaktor tesebut beroperasi secara ‘non-adiabatis’ dan katalisnya berupa ‘pelet berpori’, buatlah analisis terhadap pengaruh perubahan diameter reaktor/pipa dan diameter pelet katalis. Pada kondisi seperti apa yang menurut anda dapat memberikan hasil paling optimal?

3. Reaksi reversible, elementer, fasa cair:A

B dilangsungkan dalam PFR secara

adiabatis. Umpan A murni dengan konsentrasi 2 M dan suhu 300 K dimaksudkan ke dalam reaktor dengan laju alir 10 dm3/ s. Diketahui CpA = CpB = 50 cal /(mol.K) dan ΔHoR = -12.000 cal/mol A. Data konstanta laju reaksi (k) dan konstanta kesetimbangan (Ke) dapat dilihat pada Tabel berikut. Jika digunakan 3 buah PFR seri yang diselingi dengan interstage berapa konversi

yang

cooler (yang dapat mendinginkan hingga 300 K)

dihasilkan, dengan asumsi konversi di setiap PFR dapat

mencapai 95% dari konversi kesetimbangan.

58

T, K

K, s-1

Ke

320 420

0.25 4

32 2

59

SOAL UTS TEKNIK REAKSI KIMIA 2014

Hari,tanggal

: Senin, 7 April 2014

Waktu

: 150 menit

Sifat Ujian

: Open book

Dosen

: Prof. Dr. Ir. Slamet, M.T.

1. Reaksi elementer fasa gas (X→Y + Z) dilangsungkan di dalam Reaktor Kontinyu berkatalis PADAT, dengan jenis PFR (PBR) dan/atau CSTR (fluidized bed). Kedua reaktor tersebut dirancang sedemikian rupa sehingga dapat beroperasi secara ADIABATIS dengan suhu umpan 450 K atau secara ISOTERMAL pada suhu 700 K. Umpan A murni masuk ke reaktor dengan laju alir 20 It/detik pada tekanan 10 atm. Pressure drop dalam kedua jenis reaktor tersebut cukup kecit, sehingga dapat diabaikan. Diketahui konstanta laju reaksi (k') pada suhu 450 K = 0,133 lt/(kgkat.det), energi aktivasi (E) = 31,4 kJ/mol, entalpi reaksi standard (pada 273 K) H Ro = -20 kJ/mol, serta kapasitas panas Cpx, Cpy dan Cpz masing-masing 40, 25 dan 15 J/(mol.K). Buatlan beberapa perhitungan terkait dengan volume/berat katalis, untuk menjawab beberapa pertanyaan berikut: a. Jika kedua jenis reaktor bekerja secara ADIABATIS, reaktor mana yang paling efektif untuk mendapatkan konversi 80% a 90%.

b. Jika kedua jenis reaktor bekerja secara ISOTERMAL, reaktor mana yang paling efektif untuk mendapatkan konversi 80% & 90%.

c. Bandingkan antara jawaban (a) dan (b), buat analisis dan kesimpulannya.

d. Jika kedua jenis reaktor bekerja secara ADIABATIS dan Anda diberi kebebasan untuk menentukan jenis a jumlah reaktor yang disusun seri, bagaimana rekomendasi Anda untuk mendapatkan konversi akhir 90%.

e. Jika tiap jenis reaktor bekerja secara ADIABATIS, pada konversi berapa yang memberikan berat katalis pada kedua jenis reaktor SAMA persis.

60

2. Suatu ketika tibalah saatnya Anda untuk mengganti katalis 'padat berpori' pada reaktor heterogen Anda (PBR). Ketika supplier langganan Anda datang, ternyata katalis yang dibawa memiliki ukuran pelet yang lebih besar, yaitu 1,5 kali dari ukuran yang biasa Anda gunakan, meskipun masih tetap dalam bentuk pelet. Untuk menebus kesalahannya, supplier tersebut menawarkan harga yang sangat murah, yaitu hanya 1/2 kali dari harga normalnya. Bagaimana sikap Anda terhadap tawaran supplier tersebut (menolak, menerima, atau bagaimana) ? Berikan analisis dan rekomendasi (dari berbagai sudut pandang) yang memperkuat jawaban Anda.

selamat bekerja

61

SOAL UTS TEKNIK REAKSI KIMIA 2014 (2)

Hari, Tanggal : Senin, 9 Juni 2014 Waktu

: 90 Menit

Sifat Ujian

: Buku terbuka

Dosen

: Dr. Ir. Setiadi, M.Eng.

1. Dalam berbagai aplikasinya di industri, jenis reaktor multifasa sangat banyak ditemui baik dalam berbagai bentuk sistem kontak fasanya : gas-cair, gas-padat, cair-padat maupun gas- cair-padat. Berbagai bentuk desain reaktor untuk melangsungkan reaksi kimia sanat menyesuaikan tergantung pada karakteristik/perilaku yang dominan setiap proses reaksi kimia yang ditangani. Bahkan diperlukan pengetahuan tentang rate controlling step mass transfernya maupun reaksi kimianya ganda. Uraikanlah kembali dari tugaas reaktor multifasa yang telah anda buat dengan tinjauan beberapa poin-poin berikut : a. Tinjauan reaktor dan reaksinya (reaktor untuk fasa apa?) b. Gambarkan reaktor dan berbagai profil kelengkapan didalamnya serta berbagai fungsinya! c. Kupas fenomena, prinsip dasar beserta perumusan rumus, formula kinetikanya, formula mass transfer, dan lain-lain. d. Analisalah apa yang tersirat/muatan keilmuan apa yang terkandung dalam

pada gambar profil konsentrasi dibawah ini.

62

2. RTD-Reaktor Non Ideal Tahapan analisis reaktor non-ideal adalah menggunakan data RTD (Residence Time Distribution) yakni pendekatan statistic menggambarkan karakteristik aliran fluida tentang distribusi waktu tinggal elemen fluida/atom/molekul selama berada di dalam unit proses (reaktor). Jelaskan : a. Bagaimana mendapatkan kurva C, kurva E, dan kurva F yang merupakan hasi analisis RTD b. Jelaskan fenomena yang terlihat seperti yang diilustrasikan pada gambar di bawah. c. Jelaskan mengapa pada posisi aliran fluida semakin menjauh titik inlet reaktor/mendekati dinding exit keluar reaktor, maka molekul/partikel fluida semakin mengalami penyebaran (spread away).

4. Analysis of non-ideal reactors is carried out in three levels: First Level: Model the reactors as ideal and account or correct for the deviations; Second Level: Use of macro-mixing information (RTD); Third Level: Use of micro-mixing information – models for fluid flow behavior. Jelaskan bagaimana menganalisis dan mendiagnosa kesalahan operasi (faulty operation) sehingga reaktor mengalami penyimpangan dari kondisi idealnya. Dengan bantuan Gambar 13-11, 13-12, dan 13-13 berilah penjelasannya. Serta berilah analisis dari Gambar 13-15, 13-16, dan 13-17.

63

64

SOAL UTS TEKNIK REAKSI KIMIA 2015

Hari, Tanggal : 30 Maret 2015 Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Open Book

Dosen

: Prof. Dr. Ir. Slamet, M.T.

1. (40%) Reaksi elementer fasa gas: 2A + B

C dilangsungkan dalam reaktor kontinyu

pada suhu dan tekanan konstan (500 K dan 16,4 atm). Umpan A dan B masuk reaktor dengan laju molar yang sama (FAO = FBO = 5 mol/s). Jika diketahui konstanta laju reaksi k = 10 dm6/(mol2.s): a. Berapa liter volume reaktor CSTR dan PFR yang dibutuhkan untuk mendapatkan konversi 90%. b. Untuk mendapatkan konversi yang sama di kedua reaktor tersebut, berapa konversinya agar waktu tinggal di CSTR sama dengan 5 kali dari waktu tinggal di PFR.

2. (60%) Reaksi reversible, elementer, fasa cair: A

B dilangsungkan dalam reaktor pipa

secara adiabatis. Umpan A murni dengan konsentrasi 2 M dan suhu 310 K dimasukkan ke dalam reaktor dengan laju alir 10 lt/s. Diketahui CpA = CpB = 50 cal/(mol.K) dan

HoR = -10.000 cal/mol A. Diketahui konstanta laju reaki (k) pada

suhu 390 K dan 480 K masing-masing 2,0 dan 13,3 s-1, sedangkan konstanta kesetimbangan (Ke) sebagai fungsi suhu (T dalam Kelvin) adalah: ln(Ke) = 12,15 – (0,027) T a. Jika digunakan 3 buah PFR seri yang diselingin dengan insterstage cooler (yang dapat mendinginkan hingga 310 K) berapa suhu dan konversi yang dihasilkan pada setiap reaktor, dengan asumsi komversi di setiap PFR dapat mendekati konversi kesetimbangannya. b. Hitunglah berapa volume PFR pertama (yang paling depan). 65

c. Berikan analisis (tidak harus dengan perhitungan), bagaimana besarnya volume PFR kedua dan ketiga bila dibandingkan dengan volume PFR yang pertama, dan mengapa demikian?

Selamat Bekerja

66

SOAL UTS TEKNIK REAKSI KIMIA 2016

Hari, Tanggal : 28 Maret 2016 Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Open Book

Dosen

: Prof. Dr. Ir. Slamet, M.T.

1. Reaksi elementer fasa cair: A

P + Q dilangsungkan dalam reaktor kontinyu

CSTR atau PFR. Umpan A murni masuk reaktor dengan laju 50 L/min dan konsentrasi 2 mol/L. Diketahui konstanta laju reaksi (k) pada suhu 298 K = 1,02.10-2 min-1, kapasitas panas (Cp) komponen A, P, dan Q masing-masing 2200, 1200, dan 1000 J/(mol.K), entalpi reaksi (

HR) pada suhu 298 K = -1,675.105 J/mol, dan energi

aktivasi (Ea) = 4,187.104 J/mol. a. Jika digunakan reaktor CSTR dengan volume 500 L yang bekerja secara adiabatis dengan suhu umpan 320 K, berapa suhu dan konversi yang dicapai? Adakah kondisi multiple steady state pada CSTR adiabatis tersebut? b. Untuk mendapatkan konversi yang sama dengan kasus (a), berapa volume reaktor PFR adiabatis yang dibutuhkan? c. Bandingkan volume CSTR dan PFR (adiabatis) pada jawaban (a) dan (b), berikan analisis secukupnya. d. Pertanyaan sama dengan (a), (b), dan (c), untuk kasus reaktor yang bekerja secara ISOTERMAL pada suhu 350 K. e. Berdasarkan analisis terhadap jawaban (a-d), Anda diminta untuk memberikan rekomendasi JENIS dan KONDISI OPERASI reaktor mana yang paling efektif.

2. Gambar berikut adalah grafik hasil simulasi (sebagian profil) dari sebuah reaktor yang bekerja secara non-isotermal. a. Buatlah ANALISIS terhadap grafik tersebut selengkap mungkin (jenis reaksi, jenis reaktor, kondisi operasim profil setiap kurva, dll)

67

b. Apakah besarnya konversi (X) masih dapat dinaikkan? Bagaimana cara/usaha yang dapat dilakukan? Jelaskan alasan-alasannya yang masih relevan dengan soal (a).

Selamat Bekerja

68

SIMULASI PROSES KIMIA

69

SOAL UTS SIMULASI PROSES KIMIA A

Hari, Tanggal : Waktu

: 120 menit

Sifat Ujian

:

Dosen

:

1. Gas alam sebanyak 1 MMSCFD pada tekanan 196 psia dan suhu 96 oF dapat dianggap sebagai 100% CH4. Misalkan kandungan hidrokarbon di dalam gas alam tersebut dapat dirubah menjadi syn gas ( H2 dan CO ) melalui reaksi oksidasi parsial dan kemudian syn gas tadi dapat direaksikan menjadi methanol ( CH3OH ). Jika 95% kandungan hidrokarbon dapat dirubah menjadi syn gas dan 95% gas dapat dikonversikan menjadi methanol, maka 

Berapa ton kah methanol yang dapat dihasilkan dari 1 MMSCFD gas alam ?



Berapa MMBTU gas alam yang diperlukan untuk memproduksi 1 ton methanol ?

2. Gambar dibawah ini adalah salah satu diagram yang dapat digunakan untuk memproduksi LPG dan kondensat dari aliran gas alam. Feed gas merupakan gas alam yang telah diinjeksikan etilene glikol untuk menyerap air yang akan dipisahkan di separator 3 fasa. Kondisi operasi seperti terlihat pada Gambar 1 dan penurunan tekanan fluida yang mengalir di cooler E100 adalah 10 psi. a. Tentukan kondisi operasi di Deethanizer, Debutanizer, dan Condensate Stabilizer jika produk LPG yang dihasilkan harus mempunyai spesifikasi fraksi mol total komponen C3 dan C4 ≥ 98%, sementara untuk kondensat yang dihasilkan harus memiliki RVP lebih kecil ≤ 10 psia dan komposisi C5+ ≥ 62.5% b. Tentukan juga berapa harga produk yang anda hasilkan per hari jika sales gas dijual dengan harga $4/MMBTU, produk LPG dijual dengan harga $900/ton dan kondensat $70/bbl c. Bandingkan hasilnya jika gas pada FdeC2 hanya dijual sebagai gas alam 70

dengan harga $4/MMBTU

Stream

FeedGas

T P Molar Flow %C1 %C2 %C3 %IC4 %nC4 %iC5 %nC5 %nC6 H2O Ethyl Glycol

-25 oF 490 psia 10 MMSCFD 68.10 12.13 14.37 1.73 2.16 0.72 0.50 0.19 0.06 0.04

FDeC2

Condens1

Condensate

GHV (BTU/SCF)

105 oF 265 psia

15 psia 1010 1769 2518 3256 3264 4001 4009 4756

Mix 100: Equilize All

71

72

SOAL UTS CHEMICAL PROCESS SIMULATION B

2. 10 MMSCFD of natural gas at 600 psia and 120°F has compositions as follow:

Component

Mole Fraction

GHV (BTU/SCF)

N2

0.0021

0

C1

0.6947

1010

C2

0.1087

1769

C3

0.1063

2518

iC4

0.0298

3256

nC5

0.0226

3264

iC5

0.0098

4001

iC5

0.0090

4009

C6

0.0090

4756

C7

0.0080

5503

Will be used as a feed for LPG production as shown in the Figure 1. The specification of LPG are : Component

% Vol

C2

Max. 0.2%

C3 and C4

Min. 97.5%

C5+

Max. 2.0%

RVP (Reid Vapor Pressure 10 Psia) for the condensate is 12 Psia. The known variable are : T3=92°F, T5a=30°F, T5=45°F, P4=550psia, P4a= 560psia, P5b= 455psia, P6a= 180psia, P6b=190psia, PLPG= 150psia, and Ptostab= 160psia. Procedure: 1. Obtain specification in the DeMethanizer (n=10) and run the column 2. Obtain specification in the DeEthanizer (n=14) and run the column

73

 



3. Obtain specification in the DeButanizer (n=10) and rn the column to produced LPG. 4. Obtain specification in the Stabilizer (n-10) and run the column to produced condensate. If the price of Feed is US$7500/MMSCF what is the value of Feed per day? After the process the products are: Stream 5 (USD3350/MMSCF), Stream 7 (US$2200/MMSCF), LPG (US$ 900/tonne) and condensate (US$ 80/barrel). Calculate the total value of the products per day How many dollars the difference value of the product and feed per day?

3. Refigeration system can be conducted using process diagram as follow: The known variables are:  Stream 2: Mole fraction of propane = 1  Stream 3: Vapor fraction = 1  Stream 4: Vapor fraction = 0 and T = 105°F  Stream 7: Temperature = 14°F  Pressure drop or all stream in heat exchanger = 5 psi  All mixer equalize all  Pressure drop in cooler = 0 psia  QC = 1e+8 BTU/hr  Stream 8: Vapor Fraction = 1 Please find the pressure in Stream 5, which give minimum total power in the compressors

74

.

75

SOAL UTS CHEMICAL PROCESS SIMULATION C

1. Natural gas and mixed-refrigerant stream will be cooled based process flow diagram shown below in three stage heat exchanger. Refrigerant will used Vapor-cycle refrigerant in E100, E101, E102, E100*, E101*, and E102* using propane as a cooling fluids. Assume that pressure drop of propane stream in all evaporator (E100, E102, E100*, E101*, and E102) are 0 psia. How many lb mol/hr are propane needed in each evaporate ? Table 1. Composition of natural gas and mixed refrigerant streams Stream N2 C1 C2 C3 NG 0.0043 0.8872 0.0673 0.0313 MR 0.02 0.4 0.47 0.11      

iC4 0.0099

P1:VF ( Vapor Fraction ) = 1, P2:YC3=1 E-103 ( Cooler) and E-104 ( Cooler ) : ΔP psia P3: VF =1, P4:VF= 0 and T4 = 100 OF P5 :TP5 = TNG1 – 5OF for E -100, TP5= TNG2 – 5O F for E101, and TP5 = TNG3 – 5OF for E102 P5: TP5 = TMR1 – 5OF for E* -100, TP5= TMR2 – 5OF for E*101, and TP5 = TMR3 – 5OF for E*102 E-100 (HE): ΔP tube = 0 ( P5 and P1 are tube side )

76

77

SOAL UTS SIMULASI PROSES KIMIA 2012 A

Hari, Tanggal : Waktu

: 2,5 Jam

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. Gas alam sebanyak 1 MMSCFD mempunyai komposisi sebagai berikut: Komponen

Fraksi mol

BTU/scft

C1

0.90

1010

C2

0.10

1769

Misalkan kandungan hidrokarbon di dalam gas alam tersebut dapat dirubah menjadi syngas melalui reaksi oksidasi parsial di dalam reaktor pembentukan syn gas dan kemudian syn gas tadi dapat direaksikan menjadi methanol di dalam reaktor pembentukan methanol. Jika 95% kandungan hidrokarbon dapat dirubah menjadi syn gas dan 95% syn gas dikonversikan menjadi methanol, maka a.

Berapa ton kah methanol yang dapat dihasilkan dari 1 MMSCFD gas dengan komposisi seperti di atas ?

b.

Berapa MMBTU gas alam yang diperlukan untuk memproduksi 1 ton methanol ?

Note:  Reaksi oksidasi parsial : Hidrokarbon + O2 → H2  Reaksi pembentukan methanol : CO + H2 → CH3OH 2. 10 MMSCFD gas alam pada tekanan 600 psia dan 96oF mempunyai komposisi sebagai berikut:

Ko

Fraksi mol

GHV (BTU/scf)

C1m

0.6811

1010.0

C2p

0.1475

1769.6

C3o

0.1116

2516.1

n e n

78

iC4

0.0162

3251.9

nC4 IC5 nC5

0.0321 0.0039 0.0038

3262.3 4000.9 4008.9

C6

0.0022

4755.9

C7

0.0016

5502.5

Gas alam dapat langsung dijual dengan harga $ 5/MMBTU. Untuk menambah Revenue,dari gas alam tersebut dapat diambil propana dan butananya yang dapat dijual sebagai LPG dengan harga $ 600/ton LPG dan kondesornya dengan harga $ 110/bbl. Jadi dari modifikasi ini yang dapat dijual adalah Gas dengan harga $ 5/MMBTU, LPG dengan harga $ 600/ton dan kondensat dengan harga $ 110/bbl. Unit proses yang dapat mengambil LPG dan konedensat dari gas alam diatas dapat dilihat pada gambar dibawah dan anda tinggal menentukan kondisi di deethanizer, di debutanizer dan condensate stabilizer , kemudian hirung berapa revenue tambahan yang bisa anda dapatkan dari unit proses yang diusulkan. Adapun spesifikasi LPG yang harus dipenuhi adalah:

Komponen

%Vol

C2

Maksimummm 0.2%

C3 dan C4

Minimum 97.5%

C5+

Maksimumm 2.0 %

Sementara kondensatnya mempunyai Reid Vapor Pressure ( RVP ) = 12 psia

79

80

SOAL UTS SINTESIS DAN ANALISIS PROSES KIMIA 2012 B

Hari, Tanggal : Kamis, 5 April 2012 Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Belum Diketahui

5. Suatu pabrik kimia ingin memanfaatkan 48 juta kg/th kelebihan produksi ethylenenya. Salah satu alternatif adalalah dengan membangun pabrik baru ethanol yang dapat memanfaatkan sebagian besar kelebihan produksi ethylene tersebut. Bagian marketing percaya bahwa mereka bisa menjual 150000 m3 alkohol per tahun ( 85,44 % mol ethanol – 14, 56% mol air, atau 93,7 % berat ethanol , dengan density = 810 kg/m3 ). Diketahui bahwa aliran ethylene mempunyai komposisi 90% ethylene, 8% prophylene dan 2% methane. Reaksi yang terjadi adalah : Ethylene + air

<->

Ethanol

2 Ethanol

<->

Diethyl Ether + air

Proses ini berlangsung pada temperatur sekitar 523-575 K pada tekanan 1000 psia dengan konversi ethylene sebesar 7%. Selain itu proses ini juga memproduksi sejumlah kecil croton aldehid. Kehadiran prophylene dan air juga menghasilkan isoprophyl alcohol dengan konversi sekitar 0.7%. a. Tentukan apakah kita memerlukan proses batch atau kontinu, jelaskan alasannya b. Gambarkan alternatif input-output recycle structure disertai dengan jenis komponen di masing-masing streamnya. 6. Dengan mengasumsikan bahwa selektifitas (S) untuk memproduksi ethanol adalah 0.95 serta daftar harga komponen sbb : 7. Komponen

Harga

Ethanol ( 93.7%)

Rp 10000/lt

Diethyl Ether

Rp 4000/kg

Ethylene ( dengan purity seperti feed)

Rp 5000/kg

Note: harga bahan lain dapat diabaikan

a. Hitung potensi ekonomi ( level 1 ) dari proses yang anda pilih 81

Jika annual operating cost yang diperkirakan sebesar Rp 200 Milyar/th dan biaya investasi sebesar Rp 1 Triliyun, apakah investasi ini feasible ?

82

MATA KULIAH PILIHAN

83

SOAL UTS BIOMATERIAL 2011

Hari, Tanggal : 25 Maret 2011 Waktu

: 60 Menit

Sifat Ujian

: Open Sheet A4

Dosen

: Dr. Eny Kusriny

******** Select ALL correct answers; there may be more than one correct answer******** 1. Which of the following are NOT characteristics of an implant or prosthesis? a) Man-made material or device b) Living tissue or organ c) Inserted or embedded in the body d) Used to augment or replace a part of the body e) Elicits an immune response 2. Failure of implants, devices or prostheses may be due to which of the following factors? a) They cannot self-repair b) They can adapt to new physiological loads c) The interface may deteriorate d) Changes to tissues at the implant interface e) Mismatch of biomechanics at the tissue—implant interface 3. A shape memory effect alloy may be used for which of the following medical applications? a) Bone plates b) Artificial kidney pump c) Total hip prosthesis d) Brain electrodes e) Orthodontic appliances 4. Which of the following statements related to corrosion of metallic implants are NOT correct? a) Corrosion of metals can release harmful elements, such as chromium, into the body. 84

b) Only gold or platinum metals are susceptible to corrosion. c) Body fluids have the same effect on metallic corrosion as distilled water. d) Stainless steel screws should not be used with a titanium bone plate due to galvanic corrosion. e) Stainless steels are susceptible to serious corrosion. f) Chloride and hydrogen ions accelerate corrosion of most metal alloys. 5. The microstructure of a metal affects its mechanical strength in which of the following ways? a) Yield strength ( ơ yield) decreases as grain size (D) increases. b) Yield strength (ơ yield) increases as grain size (D) decrases. c) A metal with large crystals is stronger than the same metal with small crystals. d) A metal with large grains will bend more easily than a metal with small grains. 6. Which of the following statements(s) about processing of ceramics is/are NOT true? a) Glasses are made by melting powders at high temperature. b) Al2O3 ceramics are made by melting and casting. c) Al2O3 ceramics are made by sintering at high temperatures. d) A glass-ceramic is made by liquid phase sintering. e) Sol—gel processing requires lower temperatures than other ceramic processing methods. 7. Which of the following statement(s) is/are TRUE regarding the mechanical properties of ceramics? a) Fracture strength is 10 to 100 times lower than theoretical strength. b) Porosity increases resistance to fracture. c) Scratches create flaws that decrease strength. d) Large grains increase strength. e) Polishing eliminates surface flaws and enhances strength. 8. Sintering ceramic powders produces a dense material. Which statements regarding effects of sintering on microstructure and properties are TRUE? a) Sintering increases density and decreases grain size. b) Sintering increases density, by eliminating porosity. c) Sintering increases fracture strength. d) Sintering increases fracture toughness by eliminating pores. e) Sintering to high density makes it easier to polish a ceramic to a very smooth surface. 85

9. Which of the following statement(s) regarding use of ceramics as medical implants is/are NOT TRUE? a) Al2O3, and ZrO2 ceramics are nearly inert in the body. b) Pores less than100 µm in the surface of Al2O3 implants allow growth of living bone to anchor the implant. c) Bioactive ceramics such as NaCl are used as coatings to anchor implants in bone d) Some compositions of SiO2—CaO—Na2O — P2O5, glasses bond to both bone and soft tissues e) Resorbable bioctramics dissolve in the body in months and are replaced by new bone. 10. A bioactive ceramic has which of the following characteristics in the body? a) Very high strength b) Interfacial bonding to living tissues c) Controlled rates of surface reactions d) Low fracture toughness e) Able to be used as powders, coatings or scaffolds 11. The ionic covalent bonding of oxide ceramics results in which of the following characteristics? a) Brittleness b) Failure by elastic deformation c) Failure by plastic deformation d) Strong its compression and weak in tension e) Corrosion resistant in body fluids 12. Which of the following statements are TRUE for polymers? a) A thermoset polymer can be shaped and reshaped by applying heat and pressure. b) A thermoset polymer generally consists of linear polymer chains. c) A thermoset polymer generally contains chains that are covalently crosslinked. d) The chains of a thermoplastic polymer are generally not cross-linked. e) Reshaping is possible for a thermoplastic polymer. 13. Which of the following statements are NOT TRUE of polymers?

86

a) A condensation polymer is formed by a chemical reaction that eliminates a small molecule, such as H2O. b) An addition polymer is produced from unsaturated monomers containing H—H double bonds. c) Condensation polymers may be sensitive to hydrolytic degradation in the body. d) Poly (methylmethacrylate) is an addition polymer. 14. Which of the following sequence(s) of mer units is/are a block polymer? a) AAAAAAAAAAAAA b) ABABABABABABAB c) AAAAABBBBBAAAA d) BBBBBBBBEBBBB e) AABABBAABABA 15. Increased crystallinity in polymers increases which of the following properties? a) Yield stress b) Young's elastic modulus c) Melting point d) Diffusion of water e) Creep f) Strain to fracture g) Non-linear viscoelasticity 16. Crystallinity of a polymer will generally be enhanced by which of the following factors? a) Weaker chains b) Copolymerisation with a second monomer c) Lower molar masses d) Heating above its glass transition temperature but below Tm. e) Orientating polymer chains by extrusion 17. Which methods can be used to make a thermoplastic polymer into a special shape? a) Vacuum forming b) Melt casting c) Compression moulding d) Extrusion e) Injection moulding 87

18. What happens to the toughness of a polymer if the molecular weight (MW) a) Toughness increases as MW increases b) Toughness increases by MW to the power of 2 to 2.5. c) Toughness increases to a value when chain breakage occurs. 19. Which of the following are NOT TRUE for composite materials? a) Contain two or more phases b) One phase can be either voids or pores c) Stress transfer occurs between phases d) Both phases must be continuous e) There must be a chemically bonded interface f) One phase can be a gas or liquid 20. What are some design objectives for composites? a) Obtain properties not available for single phase materials b) Tailor strength and stiffness to meet specific clinical requirements c) Reduce processing costs of single phase materials, such as glasses, metals or ceramics d) Achieve anisotropic properties e) Increase bioactivity 21. The PE-HA biocomposite (HAPEX®) is used for which clinical applications? a) Total hip replacement b) Restoration of vision by replacing the lens of the eye c) Replacement of the bones of the middle ear to restore conductive hearing loss d) Orbital floor repair e) Replacement of vertebrae 22. A quality index (Iq) for a bone replacement composite is based upon what properties? a) Elastic modulus b) Strength c) Hardness d) Corrosion resistance e) Bioactivity f) Fracture toughness 23. Which inert ceramic composites based upon carbon fibres have been tested with clinical failures? a) Bone plates for fixation 88

b) Acetabular cups in total hip prostheses c) Total knee prostheses d) Soft tissue augmentation in non-load bearing sites e) Load bearing temporal mandibular joints (TMJ) 24. Which polymers have been used to make biocomposites with resorbable matrices? a) Poly (glycolic acid) (PGA) b) Poly (lactic acid) (PLA) c) Co-polymers of PLA/PGA d) Poly (ethylene) (PE) e) Poly (methyl methacrylate) f) Co-polymer of poly (ethylene oxide terephalate) (PEO) and poly (butylene terephalate) (PBT) 25. How do biocomposites rank in clinical importance to metals, ceramics and polymers? a) High b) Medium c) Low d) Very low e) Promising

89

SOAL UTS TEKNOLOGI KEMASAN 2015

Hari, Tanggal : Waktu

:-

Sifat Ujian

: Take Home

Dosen

:-

Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan baik. Sertakan gambar dan data jika memungkinkan. Tuliskan juga daftar pustaka yang dirujuk untuk menjawab soal ini. Soal diketik dalam kertas berukuran A4. 1. Apa yang anda ketahui tentang kemasan edible? Bagaimana manfaat dan perkembangan kemasan tersebut? 2. Upaya apa yang diperlukan untuk menangkal dan mengendalikan adanya kontaminasi produk pangan dalam kemasan, sebagai akibat dari adanya migrasi komponen bahan dalam kemasan? 3. Produk pangan/makanan akan mengalami penurunan mutu dengan bertambahnya umur. Bagaimana hal ini terjadi? Faktor-faktor apa saja yang mendukung penurunan mutu tersebut? Bagaimana hubungannya dengan batas waktu simpan produk? 4. Jelaskan dengan singkat perkembangan Kemasan produk obat dalam berbagai jenis bahan kemasan. Tunjukkan bagaimana inovasi tersebut dibuat?

90

SOAL UTS TEKNOLOGI PELEPASAN TERKENDALI OBAT 2015

Hari, Tanggal : 31 Maret 2015 Waktu

: s/d 3 April 2015 Pukul 15.30

Sifat Ujian

: Take Home Exam

Dosen

: Kamarza Mulia, Ph.D. dan Elsa Krisanti, Ph.D.

First Assigment (40 Points) As the instructors of the controlled drug release technology course, we have been thinking about what the midterm test should be like. Up to now, you have covered the following three topics: 

physiological considerations in oral formulation development



biodegradable polymers for cdr: degradation mechanism, structure-properties relationship



micro and nanoparticles preparation

You have done some reading, explored the topics, and discussed the topics in your focus group. Now that you have some pretty good idea about controlled release of drugs and bioactive compounds, we think that it is the right time to organize the information as a concept map. What is a Concept Map? In the words of Alberto J. Cañas & Joseph D. Novak (Institute for Human and Machine Cognition): Concept maps are graphical tools for organizing and representing knowledge. They include concepts, usually enclosed in circles or boxes of some type, and relationships between concepts indicated by a connecting line linking two concepts. Words on the line, referred to as linking words or linking phrases, specify the relationship between the two concepts.

You

will

find

more

information

in

http://cmap.ihmc.us/docs/conceptmap.html. Please prepare your concept map that covers the six topics given in the course syllabus. Since we have not yet covered topics 4-6 (mechanism of drug release, experimental methods, and, applications), your concept map is expected to cover the first three topics in more details. Your concept map should include concepts (in boxes) and relationship between the concepts (linking words). A good example is shown below:

91

You could use a computer software such as Word or Visio to prepare the concept map. Another option is to draw it manually and then scan the concept map.

92

Second assignment Reading assignment 1 (30): “Computer Modeling Assisted Design of Monodisperse PLGA Microspheres with Controlled Porosity Affords Zero Order Release of an Encapsulated Macromolecule for 3 Months”, Kazazi- Hyseni, F., et al., Pharm Res (2014) 31:2844–2856. After reading this paper, please answer the following questions: a)

What is the objective of the research work reported in this paper?

b)

Why did the authors chose PLGA as the polymer used in the controlled release formulation?

c)

What is burst release? Do you think burst release of drugs as a phenomena that should be avoided altogether in the treatment of patients? Would your answer depends on whether the patient has a chronic or an acute disease?

d)

Why do you think the authors want to obtain a formula that shows a zero-order release pattern?

e)

Explain the term “double emulsion membrane emulsification method” used to prepare the micospheres

f)

List the chemicals used in the experiment along with their two dimensional molecular structure and their use in the experiment

g)

The formulation parameters for the PLGA microspheres are given in Table 1. Explain why the authors believed that these parematers are the important ones in their experiments.

h)

Do you think the authors achieve their stated objectives? Explain.

Reading assignment 2 (30): "Biodegradation and biocompatibility of PLA and PLGA microspheres”, James M. Anderson and Matthew S. Shive, Advanced Drug Delivery Reviews 64 (2012) 72-82. After reading this paper, please answer the following questions: a)

Table 1 in this paper lists the factors that affect the hydrolytic degradation of PLA and PLGA. Which factors are considered in more details in this paper?

b)

Explain the difference between degradation of PLA and PLGA. You may refer your explanation to Figure 1.

c)

Why do you think the applications of PLA and PLGA mentioned in the paper do not include application such as oral drug delivery?

93

d)

Give comments on drug delivery using PLA and PLGA as microspheres compared to as nanospheres

94

SOAL KUIS TEKNOLOGI OBAT DAN KOSMETIK

Hari, Tanggal : Kamis, 2 April 2015 Waktu

: 90 Menit

Sifat Ujian

:-

Dosen

: Muhammad Sahlan

1. Perbandingan zat aktif dari dua obat yang berlainan atau dua obat yang sama dengan dosis yang berbeda namun menghasilkan kadar obat yang sama dalam darah dan jaringan tubuh disebut ……… 2. Jumlah (presentase) obat yang mampu di absorpsi atau mencapai sirkulasi sistemik di dalam tubuh dalam bentuk utuh dan aktif disebut …… 3. Salah satu tahapan proses masuknya obat ke dalam tubuh hingga menimbulkan efek pada tubuh serta dikatalis oleh enzim dan sangat berperan dalam mengakhiri kerja obat disebut dengan …….. 4. Salah satu kelainan pembuluh darah dimana terjadi penyempitan saluran arteri akibat suatu kondisi berupa pengumpulan lemak disepanjang dinding arteri yang kemudia mengurangi suplai oksigen dan darah ke organ-organ tubuh disebut ……. 5. Materi yang terdapat di dalam obat namun tidak memiliki zat aktif yang berfungsi sebagai pembawa atau pelarut zat aktif sehingga memungkinkan penyampaian obat ……… 6. Bentuk sediaan padat, dimana satu bahan macam obat atau lebih dan / atau bahan inert lainnya yang dimasukkan ke dalam cangkang atau wadah kecil yang umumnya dibuat dari gelatin yang sesuai disebut ….. 7. Produk atau sediaan topical yang terdiri atas dua fasa (minyak dan air) dan ditujukan untuk aplikasi pada kulit atau membran mukosa disebut ……. 8. BHT, BHA dan asam askorbat merupakan jenis eksipien sediaan suspense yang berfungsi untuk …… 9. Suatu zat eksipien yang berfungsi untukk menstabilkan sediaan emulsi disebut ….. 10. Jenis eksipien yang digunakan untuk meningkatkan kelarutan obat non-polar pada pelarut

95

air dalam jenis sediaan larutan aqueous adalah …. 11. Prinsip dimana suatu obat harus sampai pada tempat kerja yang diinginkan setelah masuk ke dalam tubuh melalui serangkaian proses yang meliputi absorpsi, distribusi, metabolism, dan ekskresi disebut ……. 12. Sediaan steril berupa larutan, emulsi, suspensi, atau serbuk yang harus dilarutkan terlebih dahulu sebelum digunakan secara parenteral, dengan cara menembus, atau merobek ke dalam atau melalui kulit atau selaput lendir disebut sediaan ……. 13. Salah satu eksipien sediaan parenteral adalah dekstrosa yang berfungsi untuk menjaga agar larutan bersifat ………….. yaitu mempunyai tekanan osmosa sama dengan plasma darah untuk mengurangi kerusakan jaringan dan mencegah hemolisa 14. Udara di dalam produk sediaan injeksi (obat suntik) sering diisi dengan gas inert seperti nitrogen yang berfungsi untuk ………………………………….. 15. Suatu protein yang merangsang pertumbuhan, daya tahan, dan penggandaan sel pembuluh darah dengan membantu proses angiogenesis dan meningkatkan pemeliharaan pembuluh darah adalah………………………… 16. Diantara jenis obat pada sediaan oral berikut: larutan, kapsul, serbuk, emulsi, dan tablet, yag memiliki kecepatan disolusi paling rendah adalah ………….. 17. Cara pembuatan obat yang bertujuan untuk memastikan agar mutu obat yang dihasilkan sesuai dengan persyaratan dan tujuan penggunaan disebut ………….. 18. Salah satu ruangan yang harus dimiliki oleh pabik obat sediaan injeksi adalah ruangan steril kelas A (white area) dimana terdapat unit operasi yang menjamin ruangan tetap steril atau sesuai dengan batas jumlah partikel dan mikroba yaitu …………………… 19. Salah satu jenis alat operasi untuk fabrikasi obat sediaan injeksi yang berfungsi untuk mencuci wadah penyimpanan larutan injeksi agar tidak mengkontaminas larutan di dalamnya disebut …………….. 20. Alat proses untuk fabrikasi obat sediaan injeksi yang berfungsi untuk sterilisasi wadah untuk

larutan

dengan

cara

dipanaskan

dalam

suhu

yang

tinggi

disebut

…………………………………………… 21. Isilah nama proses yang masih kosong dari flowchart pabrikasi obat parenteral dibawah ini

96

22. Unit operasi yang umum digunakan untuk mempersiapkan water for injection (WFI) sebagai bahan pembawa sediaan parenteral adalah …………… dan ……………….. 23. Alat operasi pada sterilisasi akhir yang hanya cocok digunakan untuk obat berbahan air atau larutan aqueous adalah ……………………………………. 24. Pada perancangan tata letak pabrik obat sediaan injeksi, untuk mencegah terjadinya kontaminasi silang dari ruangan dengan kelas sterilitas rendah ke ruang sterilitas tinggi dibutuhkan sebuah ruangan pemisah disebut …………….. 25. Untuk meningkatkan dispersibilitas dan kelarutan dari obat yang kurang larut dalam air dibutuhan suatu jenis eksipien yaitu ………………………….. 26. Jenis proses sterilisasi produksi obat parenteral dimana proses sterilisasi dilakukan setelah pengolahan produk, pengisian, dan penyegelan (sterilisasi dilakukan di akhir proses) disebut ……………. 27. Jenis proses sterilisasi produksi obat parenteral dimana proses sterilisasi bahan baku, container, dan penutup dilakukan sejak awal dan terpisah (masing-masing) disebut …………………………………. 28. Unit yang berfungsi sebagai control terakhir dari sediaan injeksi yang telah ditempatkan dalam wadah sebelum dilakukan pengemasan untuk mengidentifikasi keberadaan partikel asing dalam larutan obat disebut ………….. 29. Proses sterilisasi fisika sediaan obat cair dengan menggunakan uap panas di bawah tekanan tertentu dan berlangsung di dalam autoklaf disebut ……………… 30. Jenis wadah pengemas yang bersentuhan atau berhubungan langsung dengan obat disebut 97

SOAL UTS TEKNOLOGI PENYIMPANAN DAN PENGEMASAN 2013

Hari, Tanggal : Waktu

:-

Sifat Ujian

: Take Home Exam

Dosen

:-

1. Jelaskan sifat-sifat bahan/material: kertas, logam, plastic, dan kaca yang menguntungkan, ditinjau dari aspek fungsinya sebagai kemasan dan penyimpanan pangan! 2. Dapatkah anda menjelaskan tentang factor-faktor yang membatasi masa simpan produk ditinjau dari penggunaan bahan-bahan material di atas sebagai kemasan? 3. Dapatkah anda menjelaskan mengapa berkembangnya fungsi pengemasan mennjadi salah satu factor penyebab berkembangnya teknologi kemasan? 4. Salah satu sifat bahan kemasan adalah bersifat inert. Mengapa demikian? 5. Bagaimana menurut pendapat anda, perkembangan teknologi pengemasan saat ini, ditinjau dari perkembangan jenis material yang digunakan dan fungsi kemasannya?

98

SOAL UTS PENGOLAHAN GAS BUMI

Hari, Tanggal : Waktu

:-

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

Diketahui gas alam pada tekanan 1000 psia dan 104oF dengan laju 10 MMSCFD akan disisihkan kandungan airnya menggunakan absorben TEG. Komposisi gas alam tersebut adalah sebagai berikut: Komponen

Fraksi Mol

N2

0,0124

C1

0,9355

C2

0,0430

C3

0,0050

iC4

0,0020

nC4

0,0005

iC5

0,0003

H2O

0,0013

Jika produk gas hasil proses dehidrasi ini kandungan airnya tidak boleh melebihi 5 lb/MMscf maka:   

Berapa kandungan air yang ada di dalam gas umpan tersebut, lb/MMSCF (10%) Berapa wt% TEG yang akan digunakan dan jelaskan alasannya! (15%) Berapa jumlah tray teoritis yang akan digunakan dan jelaskan alasannya! (15%)

99

  

Berapa laju sirkulasi TEG yang harus dialirkan ke dalam kolom absorbsi, Lb/day (15%) Berapa kandungan air yang keluar dari kolom absorbsi berdasarkan simulasi, Lb/MMSCF (15%) Bagaimana cara melakukan regenerasi TEG di kolom regenerasi berdasarkan simulasi (tekanan kolom, jenis kondensor serta suhu kondensor, dan reboiler) (15%)

Berapa diameter kolom yang harus digunakan

100

SOAL UTS PENGOLAHAN MINYAK BUMI 2008

Hari, Tanggal : Rabu, 2 April 2008 Waktu

: 90 Menit

Sifat Ujian

: Buku Tertutup

Dosen

: Ir. Nelson Saksono, M.T.

1. Sebutkan zat zat pengotor apa yang terdapat pada minyak bumi dan jelaskan pengaruhnya .

2. Jelaskan pengaruh suhu yang dinaikkan terhadap harga : a. Densitas hydrokarbon b. C a r b o n N u m b e r c. D e r a j a t A P I. d. Viscositas Hydrocarbon. e. Tegangan permukaan

3. Jelaskan proses-proses berikut ditinjau dari " Carbon Number" dan rasio "H / C": Coking Polimerisasi Hidrogenasi Dehidrogenasi Cracking

101

4. Mengapa data-data tentang karakteristik minyak bumi sangat penting diketahui sebelum minyak tersebut diolah dalam kilang minyak .

5. Jelaskan kelebihan dan kekurangan catalytic cracking dibanding thermal cracking. dan jelaskan pengaruh suhu, tekanan dan umpan hydrogen pada proses cracking.

6. Jelaskan apa yang dimaksud dengan oktan Number dan apa pengaruh senyawa aromat pada oktan number. Mengapa kandungan aromat pada gasoline harus dibatasi.

7. Jelaskan karakteristik salah satu produk minyak bumi dan pengolahannya sesuai dengan tugas makalah anda

102

SOAL UTS PENGOLAHAN MINYAK BUMI 2012

Hari, Tanggal : 2012 Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Open Sheet

Dosen

:-

1. Jelaskan metode/prosedur analisis salah satu sifat kimia fisik minyak bumi berdasarkan ASTM sesuai dengan tugas kelompok anda 2. Jelaskan salah satu produk pengolahan minyak bumi (sesuai tugas kelompok anda) berdasarkan: a.) Karakteristik produk b.) Proses produksi c.) Utilisasi / pemanfaatan 3. Jelaskan pengaruh reaksi cracking pada minyak bumi terhadap sifat a.) Densitas minyak bumi b.) Carbon Number c.) Viscositas minyak bumi. d.) Tegangan permukaan. 4. Jelaskan perbedaan antara kondensate dengan crude oil dan osssociate gas dengan Natural gas 5. Jelaskan mengapa produk gas pada sumur minyak tidak cocok diolah menjadi LNG. 6. Coba jeiaskan permasalahan utama apa yang ada pada kilang kita saat ini, dan teknologi apa yang sebaiknya digunakan untuk pembangunan kilang yang akan datang. 7. Jelaskan pengaruh suhu, tekanan dan Rasio katali/umpan pacia reaksi catalytie cracking.

103

SOAL UTS PENGOLAHAN MINYAK BUMI 2015

Hari, Tanggal : Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Open Sheet

Dosen

: Ir. Nelson Saksono M.T.

1. Jelaskan secara singkat 5 'karakteristik penting minyak bumi dan 1 metode ASTM yang anda ketahui untuk pengukurannya 2. Parameter apa yg dapat dipakai untuk menentukan suatu minyak dikatakan minyak berat atau ringan. Jelaskan mengapa minyak ringan lebih tinggi harganya dibanding minyak berat. 3. Buat rangkaian sederhana skema proses kilang minyak yg terdiri dari unit kolom destilasi atmosferik, destilasi vakum, hydrocracking, gas separation dan polimarization dan jelaskan peran dari unit tersebut dalam rnenghasilkan produk produk minyak bumi. 4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan oktan Number dan Cetane namber dan bagaimana cara meningkatkan bilangan oktane dan bilangan cetane 5. Jelaskan 2 permasa1ahan utama minyak burni di Indonesia dan bagaimana pemecahannya

104

SOAL UTS PENGOLAHAN MINYAK BUMI 2016

Hari, Tanggal : Waktu

: 100 Menit

Sifat Ujian

: Open Sheet

Dosen

: Ir. Nelson Saksono, M.T.

1. Jelaskan mengapa 1ight crude oil lebih tinggi harganya dibanding heavy crude oi1 ? 2. Jelaskan alasan utama perlunya dilakukan proses destilasi vacum dalam refinery? 3. Sebutkan 2 jenis produk utama kilang yang kamu ketahui, jelaskan karakteristiknya dan melalui unit proses apa saja produk tersebut dapat terbentuk. 4. Jelaskan secara singkat 1 metode ASTM yang anda ketahui untuk karakterisasi minyak bumi 5. Jelaskan 2 permasalahan utama minyak bumi di Indonesia saat ini (dilihat dari suplai dan demand) dan bagaimana pemecahannya

105

SOAL UTS PENGOLAHAN MINYAK BUMI (EKSTENSI) 2007

Hari, Tanggal : Waktu

: 90 Menit

Sifat Ujian

: Buku Tertutup

Dosen

: Ir. Nelson Saksono, M.T.

1. Sebutkan komponen apa yang terdapat pada minyak bumi. 2. Jelaskan pengaruh proses-proses berikut a.) Destilasi b.) Polimerisasi c.) Ilidrogenasi d.) Dehidrogenasi e.) Cracking Terhadap sifat sifat hidrokarbon (titik didih, carbon number dan viscositas) 3. Jelaskan dengan singkat bagaimana cara anda mendapatkan harga rata-rata titik didih suatu minyak mentah. 4. Jelaskan pengaruh umpan, suhu ,dan tekanan pada proses thermal cracking. 5. Mengapa minyak mentah ringan lebih tinggi harganya dibanding minyak mentah berat

106

SOAL UTS PENCEGAHAN PENCEMARAN (S2)

Hari, Tanggal : Kamis, 3 April 2008 Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Buku Terbuka

Dosen

: Roekmijati W.S. Setijo Bismo Heri Hermansyah

I.

Suatu pabrik mengeluarkan berapa arus limbah (termasuk limbah domestik): a) Air limbah dengan pH 3.0, dan mengandung beberapa jenis logam berat dengan konsentrasi tinggi, jauh di atas baku mutu, yaitu Cr+6, Ni, Fe, Zn, Cu, dan Pb, sekitar 10m3/minggu. b) Air limbah dengan pH 8, mengandung ion CN- dan logam berat seperti di atas dengan konsentrasi sekitar baku mutu, yang mekluar secara berkesinambungan selama 16 jam/hari, dengan laju alir volumetris sekitar 2m3/jam. c) Air limbah yang mengandung minyak teremulsi, dengan pH sekitar 9, yang keluar secara periodik sehari sekali, 1m3/hari. d) Air limbah dengan kegiatan rumah tangga pabrik dengan kadar BOD5. Sebesar 500 mg/l, dan TSS 600 mg/l, dengan laju alir sekitar 2 m3/jam. e) Air kegiatan sanitasi, dari kamar mandi dan WC f) Pelarut organik bekas sebesar 100 l/bulan g) Limbah padat berupa serutan dan potongan logam Dengan data yang sangat terbatas ini, rencanakan pengelolaan limbah yang anda sarankan, 1) Minimisasi limbah :

107

Jelaskan

saran

upaya

minimisasi

limbah

cair

dan

padat,

dengan

memperhatikan urutan prioritasnya, dan berikan alasan anda. 2) Pengolahan limbah cair : a) Sistem pengolahan limbah yang bagaimana yang anda sarankan? Gambarkan bagan alir proses lengkap, beri penjelasan siingkat, dan alasan anda memilihnya. Jawaban anda hendaknya secara terintegrasi. b) Bila ada sisa pengolahan limbah, bagaimana saran anda untuk menanganinya? (Nilai: 40%)

II.

1. Berikan satu alternatif pengolahan air limbah, dengan penjelasan singkat, upaya untuk: a. Menghilangkan padatan koloid b. Menghilangkan padatan organik terlarut 2. Salah satu metode fisika yang digunakan dalam pengolahan limbah adalah sedimentasi. Jelaskan hubungan antara laju pengendapan partikel (terminal settling velocity, vs) dengan laju limpahan (overflow rate, v0). Bagaimana jika partikel mempunyai vs lebih besar dari v0? Bagaimana jika sebaliknya (vs lebih kecil dari v0)? 3. Pada suatu proses pengolahan air limbah digunakan dua buah clarifier dengan diameter 12m, kedalaman 2.7m. Effluent weir dipasang pada diameter 16m. Bila debit limbah sebesar 15.000 m3/hari, hitung overflow rate, detention time, serta beban weir. (Nilai: 20%)

III.

Salah satu proses yang mendahului sedimentasi pada tahap pengolahan primer adalah koagulasi-flokulasi. 1. Apa yang dimaksud dengan koagulasi dan apa tujuannya? Bagaimana mekanisme terjadinya koagulasi? 2. Pada proses koagulasi terjadi pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Apa tujuan dari kedua pengadukan ini?

108

3. Pada suatu proses koagulasi, selain koagulan, digunakan juga bentonit. Mengapa digunakan bentonit dan apa fungsi bentonit disini? 4. Dalam proses sedimentasi sederhana dipertimbangkan penggunaan dua alternatif koagulasi konvensional, yaitu penambahan koagulan 120 lb: (a) Copperas (FeSO4.7H2O) dan batu kapur (b) Alum; masing-masing ditambahkan ke dalam 1 Mgal limbah cair Manakah yang memberikan jumlah sludge lebih banyak dan berapa selisihnya? (Nilai : 20%) IV.

Sebuah laguna memiliki luas 115.000 m2, kedalaman operasi minimal: 0.6m, kedalaman operasi maksimal: 1.5m, laguna ini menerima 1.900 m3/d air buangan dengan BOD5 sebesar 122 mg/L. 1) Jelaskan apa beda antara BOD5(20) dan BOD ultimate 2) Hitung BOD5 loading 3) Hitung detention time (Nilai:20%)

109

SOAL UTS PENCEGAHAN PENCEMARAN (S2 DTK) 2012

Hari, Tanggal : Selasa, 3 April 2012 Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Buku Terbuka

Dosen

: Roekmijati W.S. Setijo Bismo

I.

Sebagai seorang konsultan anda diminta untuk melaksanakan program minimisasi limbah pada pabrik makanan. Semua limbah mengalir melalui jaringan terbuka menuju IPAL yang telah dibuat, sehingga terjadi pencampuran air dengan hujan. Perusahaan bermaksud untuk melakukan minimisasi limbah, agar dapat mengurangi volume limbah, beban IPAL, dan memanfaatkan limbah yang mungkin dapat dimanfaatkan. 1) Menurut anda bagaimana perkiraan jenis dan sifat-sifat limbahnya? 2) Informasi/data apa sajakah yang perlu anda kumpulkan? 3) Bagaimana anda mengumpulkan data agar diperoleh data yang dapat mewakili kondisi yang sebenarnya? 4) Perusahaan tersebut melakukan pengolahan limbah secara hayati. Apa saja kriteria rancangan untuk pengolahan hayati, dan jelaskan artinya. (Nilai 30%)

II.

Pabrik pengalengan buah mengeluarkan limbah dari proses/operasi sbb: Jenis Limbah

Debit, l/hari

BOD(5)(20)

SS,ppm

Air pendingin

285 000

100

100

Limbah pektin

225 000

2720

1790

Pengepresan pulp

120 000

9850

780

Pemrosesan

40 000

3230

3400

Pencucian lantai

30 000

970

685

110

1) Hitung beban limbah untuk BOD dan SS 2) Perkirakan debit dan konsentrasi keseluruhan limbahnya 3) Susun neraca bahannya 4) Rencanakan minimisasinya. (Nilai 30%)

III.

Pabrik barang2 logam melakukan berbagai proses, termasuk pelapisan. Pabrik tersebut mengeluarkan beberapa arus limbah, baik pekat maupun encer. Pabrik dilengkapi dengan laboratorium, kantin dan bengkel. Dengan demikian mengeluarkan limbah dari berbagai sumber dengan komposisi yang berbeda-beda, tapi pabrik tersebut mencampur semua limbah mengikuti end-of-pipe treatment. a) Air limbah dengan pH 3.0, dan mengandung beberapa jenis logam berat dengan konsentrasi tinggi, jauh di atas baku mutu, yaitu Cr3+, Cr6+, Ni, Fe, Zn, Cu, Pb, sekitar 10m3/minggu. b) Air limbah dengan pH 5, mengandung mengandung logam berat seperti di atas dengan konsentrasi sekitar baku mutu, yang keluar secara berkesinambungan selama 16 jam/hari, dengan laju alir volumetris sekitar 2m3/jam. c) Air limbah yang mengandung minyak teremulsi, dengan pH sekitar 9, yang keluar secara periodik sehari sekali, 1m3/hari. d) Air limbah dari kegiatan laboratorium sekitar 10m3/hari, dimana limbah tersebut dibangkitkan dari sisa2 hasil analisis konsentrasi tinggi sekitar 50 l/hari dan dan dari hasil cucian alat sekitar 2 m3/hari. e) Air limbah kegiatan rumah tangga pabrik dengan BOD5 sebesar 500 mg/l, dan TSS 600 mg/l, dengan laju alir sekitar 2 m3/jam. f) Air kegiatan sanitasi, dari kamar mandi dan WC g) Pelarut organik bekas sebesar 100 l/bulan. h) Limbah padat berupa serutan dan potongan logam.

111

Dengan data yang sangat terbatas ini, rencanakan pengelolaan limbah yang anda sarankan, 1.) Setujukah anda dengan sistem end-of pipe treatment tersebut? Bila setuju atau tidak setuju apa alasan anda? 2.) Andaikata pabrik melakukan minimisasi limbah, bagaimana segregas yang anda sarankan? 3.) Jelaskan

saran

upaya

minimisasi

limbah

cair

dan

padat,

dengan

memperhatikan urutan prioritasnya, dan berikan alasan anda. 4.) Pengolahan limbah cair: a) Sistem pengolahan limbah yang bagaimana yang anda sarankan? Gambarkan bagan alir proses lengkap, beri penjelasan singkat, dan alasan anda memilihnya. Jawaban anda hendaknya secara terintegrasi b) Bila ada sisa pengolahan limbah, bagaimana saran anda untuk menanganinya?

112

SOAL UTS PENCEGAHAN PENCEMARAN 2015

Hari, Tanggal : Kamis, 2 April 2015 Waktu

: 75 Menit

Sifat Ujian

: Open Sheet

Dosen

: Prof. Dr. Ir. Roekmijati W. S., M.S. Dr. Ir. Eva F. Karamah, M.T. Prof. Dr. Heri Hermansyah, S.T., M.Eng.

Soal 1 (30%) Sebagai anggota konsultan pengelolaan limbah anda diminta merancang pengelolaan limbah Pabrik roti, biskuit dan berjenis-jenis makanan lain. Perusahaan tersebut termasuk padat karya, beroprasi 2 shift, 5 hari/minggu, dengan total karyawan 400 orang, yaitu 250 shift pagi, 150 orang shift sore. Pabrik juga memproduksi kemasan kaleng, meliputi pembentukan, pelapisan dan finishing lain. Pabrik dilengkapi pula dengan utilitas ganset, pembangkit uap, serta bengkel, laboratorium, dan kantin untuk karyawan. 1) Informasi dan data apa yang perlu anda kumpulkan untuk persiapan merancan Pengelolaan Limbah, dengan mengingat berbagai kegiatan dan faktor produksi beserta perkiraan limbah. Beri alasan jawaban anda. 2) Langkah kegiatan apa yang anda perlukan untuk pengumpulan informasi dan data tersebut? 3) Mengingat waktu operasinya tidak 100% kontinyu, bagaimana anda mengatasi agar pengolahan limbahnya berlangsung secara kontinyu sepanjang waktu (Sabtu minggu tetap beroperasi) ? 4) Pabrik tersebut tentu mengeluarkan limbah organik. Menurut anda limbah organik tersebut pada umumnya biodegradable atau nonbiodegradable? Jelaskan! 5) Komponen limbah apa lagi yang diperkirakan ada di samping limbah organik?

113

6) Untuk mengetahui keberadaan limbah organik tersebut besaran apakah yang perlu anda ketahui? 7) Bagaimana sebaiknya anda melakukan sampling bahan organik tersebut? 8) Buat skema kasar garis besar rancangan Pengolahan Limbahnya, dengan mengingat kemungkinan segregasi limbah dan pemanfaatannya. Beri penjelasan singkat. Soal 2 (25%) Air limbah suatu industri akan diolah secara kimiawi untuk menyisihkan padatan tersuspensi dan kandungan fosfornya melalui koagulasi dan sedimentasi. Karakteristik dari air limbah tersebut adalah sebagai berikut: debit (Q) = 20Mgal/hari; kandungan fosfor= 8 mg/L; TSS = 120 mg/L. Untuk keperluan ini, digunakan koagulan besi klorida (FeCl3) dengan dosis 200 mg/L. Jika 95% dari TSS awal berhasil disisihkan, dan sisa besi klorida yang tidak bereaksi dengan fosfor bereaksi dengan air limbah membentuk flok besi hidroksida: a. Berapa berat total sludge yang dihasilkan (dalam lb/hari)? b. Berapa banyak alkalinitas air limbah (Ca(HCO3)2 dalam bentuk CaCO3) yang bereaksi karena penambahan FeCl3 (dalam lb/hari)? c. Jika batu kapur (Ca(OH)2) ditambahkan sebagai presipitan untuk bereaksi dengan asam karbonat yang dihasilkan, berapa dosis yang harus ditambahkan?

Diketahui: Reaksi pengendapan fosfat dengan besi:

Fe3+

+

HnPO43-n  FePO4

+

nH+

Reaksi yang terjadi saat besi klorida ditambahkan ke dalam air limbah: 162,1

3x18

106,9

FeCl3 +

3H2O 

Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-

3H+

3HCO3-  3H2CO3

+

114

Reaksi batu kapur dengan asam karbonat: 56 sebagai CaO

44 sebagai CO2

Ca(OH)2

H2CO3

+



100

2x18

CaCO3 +

2H2O

Catatan: 1 gal (US) = 3,79 L

Soal 3 (15%) Salah satu metode pengolahan limbah secara kimiawi adalah metoke oksidasi. a. Apa tujuan dari metode oksidasi ini? b. Jenis-jenis oksidan apa yang biasa digunakan dalam proses pengolahan limbah? c. Pengembangan dari metode oksidasi ini adalah Proses Oksidasi Lanjut. Apa yang dimaksud dengan proses oksidasi lanjut ini? d. Apa kelebihan dan kekurangan dari proses ini e. Bagaimana tahapan dari proses ini? f. Bagaimana strategi yang umumnya dilakukan untuk mengatasi kelemahan proses ini?

Soal 4 (20%) Proses yang berlangsung pada industri pelapisan logam pada umumnya berlangsung dengan tahap sebagai berikut: 1. Pembersihan logam dari lemak dengan pelarut seperti: benzene, trikloroetilen, metal klorida dan toluene. 2. Pembersihan lanjut dengan larutan basa, seperti: sianida, boraks, atau sabun 3. Pengasaman untuk menghilangkan kerak, menggunakan asam sulfat atau asam klorida 4. Proses pelapisan, menggunakan garam-garam logam. Pada umumnya yang digunakan adalah: tembaga, nikel, kromium, seng, timbal, alkali, timah, emas, perak, platina Pertanyaan:

115

a. Buatlah perkiraan jenis-jenis senyawa yang terdapat pada limbah cair industri pelapisan logam. b. Jika Anda diminta untuk merancang unit pengolahan limbah cair industri pelapisan logam ini, proses-proses apa saja yang ada di dalamnya? Jelaskan. c. Proses yang paling mudah dalam pengolahan limbah logam adalah pengendapan (presipitas). Hal-hal apa saja yang perlu dipertimbangkan dalam proses pengendapan ini? Jelaskan. d. Faktor-faktor apakah yang mempengaruhi kinerja pengendapan logam? Jelaskan!

Soal 5 (10%) Limbah cair, seringkali mengandung mikroorganisme. a. Apa nama proses yang digunakan untuk me-non-aktifkan mikroorganisme ini? b. Dengan cara apa proses ini bisa dilakukan? c. Bahan-bahan apa saja yang umumnya digunakan untuk tujuan ini?

116

SOAL UTS PENCEGAHAN PENCEMARAN 2016

Hari, Tanggal : Kamis, 31 Maret 2016 Waktu

: 75 Menit

Sifat Ujian

: Open Book

Dosen

: Prof. Dr. Ir. Roekmijati W.S., M.S. Dr. Ir. Eva F. Karamah, M.T. Prof. Dr. Heri Hermansyah S.T., M.Eng.

Soal 1 Sebagai anggota konsultan pengelolaan limbah Anda diminta merancang pengelolaan limbah pabrik roti yang berpenghasilan besar karena mempunyai gerai di banyak tempat (semacam Holland Bakery). Instalasi Pengolah Air Limbah (IPAL) yang dirancang beroperasi secara kontinyu. Perusahaan tersebut termasuk padat karya, beroperasi 5 hari/minggu, dengan 3 shift yaitu

150

orang

shift

pagi,

100

orang

shift

sore

dan

5

orang

shift

malam.

Bahan baku utama yang digunakan adalah tepung, mentega, telur, susu, dan minyak goreng. Bahan tambahan berupa sayuran, ikan, daging, ayam, dan berbagai bumbu seperti ragi, gula, garam, dll. Proses yang terjadi hanya persiapan bahan (pencampuran, pengadukan, dsb), pembakaran, pengukusan, penggorengan dan pengemasan. Proses pembakaran menggunakan bahan

bakar

gas.

Pengemasan

menggunakan

plastik,

daun

dan

kardus.

Perusahaan dilengkapi juga dengan kantin dan fasilitas MCK untuk karyawan. 1) Informasi dan data apa yang perlu Anda kumpulkan untuk Pengelolaan Limbah dengan mengingat berbagai kegiatan, jenis produk, beserta perkiraan limbah yang dikeluarkan. Beri alasan jawaban anda. 2) Jenis limbah apa saja yang mungkin dikeluarkan oleh pabrik? 3) Pabrik tersebut tentu mengeluarkan limbah organik. Sebutkan dan jelaskan besaran yang Anda perlukan untuk mengetahui kadar (keberadaan) limbah organik ini!

117

4) Mengingat waktu operasinya tidak 100% kontinyu dan pada setiap shift produk yang dihasilkan dan jumlah karyawan yang terlibat berbeda-beda, bagaimana Anda mengatasi agar pengolahan limbahnya berlangsung secara kontinyu sepanjang waktu (Sabtu minggu tetap beroperasi) 5) Buat skema kasar garis besar rancangan Pengolahan Limbahnya, dengan mengingat kemungkinan segregasi limbah dan pemanfaatannya. Beri penjelasan singkat. Soal 2(20%) Pencemaran udara sering terjadi akibat keluarnya limbah yang berwujud gas dan butiran-butiran cairan atau padatan halus. Usaha agar tidak terjadi pencemaran perlu dilakukan, antara lain dengan mencegah atau menghindari keluarnya limbah, atau bila tidak memungkinkan, harus dilakukan penanganan terhadap limbah yang keluar. a. Sebutkan berbagai cara yang mungkin dilakukan untuk menghindari keluarnya limbah gas dan partikulat ke lingkungan. b. Apabila cara pencegahan tidak dapat mengatasi keluarnya partikulat secara sempurna dan masih ada partikulat yang keluar, bagaimana cara mengatasi pencemaran tersebut? c. Jika pada keluaran udara terdapat gas hidrokarbon, bagaimana cara mengatasinya? Soal 3 (30%) Copperas (Fe2SO4.7H2O) akan ditambahkan ke dalam limbah cair dengan laju dosis 40 kg/1000 m3 untuk meningkatkan efisiensi dari tangki sedimentasi. Jika diasumsikan air limbah mengandung cukup alkalinitas dalam bentuk Ca(HCO3)2, hitunglah: a. Berapa kg batu kapur dalam bentuk CaO harus ditambahkan untuk menyempurnakan reaksi! b. Konsentrasi oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi besi hidroksida yang terbentuk! c. Massa lumpur yang dihasilkan per 1000 m3 air limbah! d. Jumlah alum yang dibutuhkan untuk menghasilkan lumpur yang sama dengan (c) jika diasumsikan endapan yang terbentuk adalah Al(OH)3! Soal 4 (20%)

118

Limbah cair dari suatu pabrik yang menghasilkan consumer goods seperti sabun mandi cair, sabun cuci piring shampoo, dll. Memiliki karakteristik sbb.: COD sangat tinggi (>100.000 ppm), BOD sangat rendah (<10 ppm), dan mengandung logam berat. a. Dengan karakteristik seperti di atas, jelaskan bagaimana toksisitas dari limbah tersebut? b. Apakah limbah tersebut dapat diolah dengan metode hayati? Jelaskan! c. Sebutkan dan jelaskan metode yang dapat digunakan untuk mengolah limbah tersebut? d. Jika AOPs (Proses Oksidasi Lanjut) menjadi salah satu cara yang dipilih untuk mengolah limbah tersebut, jelaskan alasan mengapa metode ini dipilih! e. Jenis metode AOPs apa yang Anda perkirakan paling efektif untuk mengolah limbah ini? Jelaskan!

119

SOAL UTS EKSPLORASI DAN PRODUKSI HIDROKARBON 2011

Hari, Tanggal : 25 Maret 2011 Waktu

: 90 Menit

Sifat Ujian

: Buku Tertutup

Dosen

: Widodo W. Purwanto (Koordinator)

Harap diingat: tidak ada poin ("ongkos menulis") untuk jawaban yang salah. 1. Jelaskan mengenai Field Cycles secara berurutan.

(jawaban harus mencakup penjelasan singkat, perkiraan lamanya waktu dan tujuan). 2. Sebutkan tipe reservoir hidrokarbon (minyak/gas bumi) berdasarkan properti fluidanya,

dan jelaskan perbedaannya berdasarkan karakteristik fluida dan bentuk relative pada diagram phase envelopes? 3. Jelaskan yang dimaksud dengan formation evaluation (penilaian formasi) dan sebutkan

macam-macam borehole logging atau well logging? 4. Sebutkan 4 tahapan pengembangan lapangan minyak dan gas (asset life stage), dan

pengambilan data (data gathering) untuk tiap tahapan. 5. Jelaskan dengan singkat kegunaan seisrnic, gamma ray log, dan resistivity log 6. Sebutkan minimal 3 hal yang mempengaruhi perhitungan a. Volume hidrokarbon b. Laju alir minyak dan gas dalam suatu lapangan minyak dan gas

120

7. Gambarkan "general rig system" dan beri keterangan dr tiap komponen yg anda gambarkan. 8. Sebutkan minimal 3 dari 5 sistem dalam "general rig system", dan beri penjelasan

kegunaan/ peran dr sistem tersebut dalam drilling rig 9. Jelaskan pengertian dari inflow performance dan outflow performance 10. Sebutkan 5 dari 6 klasifikasi pressure drop yg terdapat di sepanjang production system

dari reservoir sampai ke process facility.

121

SOAL UTS EKSPLORASI & PRODUKSI HIDROKARBON 2015

Hari, Tanggal : 10 April 2015 Waktu

: 120 menit

Sifat Ujian

: Closed Book

Dosen

: Widodo W. Purwanto, Asep H. Saputra

1. Geology a. Jelaskan 4 tahap dalam petroleum investigation? b. Jelaskan apakah mungkin batuan selain sedimen dapat menjadi batuan source dan batuan reservoir? 2. Drilling a. What is the main purpose we have to do formation evalution while drilling? Explain? (see slide 8) b. Explain these common terminology in directional drilling!

(see slide 5)

1) Kick off point 2) Build 3) Tangent 4) Drop 3. Hydrocarbon Exploration a. Describe a geological basin and its role in hydrocarbon accumulation. b. Explain components of a petroleum system. c. Describe seismic reflection Answer: see slide 18,21, and 49 4. Reservoir and Fluid Properties 4.1 Read all the question first, think, and write your answer in a neat fashion. a. Draw diagram phase of wet gas (rich gas) and indicate: 

The critical point, bubble point, dew point line



The initial condition at reservoir, the condition when pressure in reservoid

122

already depleted, and condition at gas separator b. Draw diagram phase of retrograde gas and indicate: 

The critical point, bubble point, dew point line



The initial condition at reservoir, the condition when pressure in reservoid already depleted, and condition at gas separator

c. From phase diagram in A and B, please write down in the table:  The state of retrogade condensate reservoir and wet gas reservoir? Retrogade

Wet Gas

Initial condition above bubble point at resevoir Dupleted pressure below bubble point at reservoir In separator

 What we can do to maximize recovery of liquid in retrogade condensate reservoir? 4.2 Read all the question first, think and write your answer in a neat fashion. a. Explain the key concepts if basic open hole data (triple combo data) below:  Gamma Ray (hint: sand vs shale, how does the tool work)  Resistivity (hint: brine vs hydrocarbon, how it is related to conductivity)  Density (lower vs higher porosity, how does the tool’s concept)  Neutron (lower vs higher porosity, how does the tool’s concept) b. What are the two big things we would like to know when we taking data gathering and then interpreting them? Please give brief answer without long explaination. 5. Field Appraisal Anda bekerja pada sebuah perusahaan minyak dan gas bumi, dan tadi mendadak diminta perusahaan untuk mempersiapkan pekerjaan penilaian terhadap suatu lapangan minyak dan gas. Anda diminta untuk menjelaskan rencana kerja tersebut kepada managemen sore

123

ini. Atasan anda meminta untuk fokus kepada hal-hal berikut: 1. Aspek apa saja yang akan anda perhatikan dalam melakukan penilaian tersebut serta metoda/tools apa yang bisa dimanfaatkan? 2. Resiko apa saja yang perlu diwaspadai dan bagaimana rencana mitigasi terhadap potensi resiko tersebut?

124

SOAL UTS PEMANFAATAN DAN TRANSPORTASI GASv2012

Hari, Tanggal : 5 April 2012 Waktu

: 80 Menit

Sifat Ujian

:-

Dosen

:-

1. Conceptually how can slurry-bed type of Fischer-Tropsch (FT) reactor intensify contact between gas phase of reactants and solid phase of catalysts to increase the kinetics of FT reactions while both phases are dispersed in slurry? What type of heat transfer predominantly occurs in the slurry-bed reactor (convection or conduction)? Give reasons to your later answer.

2. Give schematic diagram of an Autothermal Reforming (ATR) reactor with input and output streams and explain how energy self-sufficiency in producing synthetic gas is achieved. Your explanation should include the information on the type or flame (diffusion or premixed), type of predominant heat transfer (convection or radiation) and exothermic and endothermic reactions involved to describe which reaction(s) are as heat source and which are as heat sink.

125

Figure 1. Plant of CO2 capture

3. Questions referring to Figure l. a. For the case of compressing air to high pressure for the combustor, in order to save electricity power, it prefers using some compressors in series to using a single compressor. Please explain this statement more detailed using a thermodynamic formulation to support your answer. b. In this flowsheet; why do you need 3 stages of condensate heating before the steam formed is fed into a steam turbine?

4. Referring to Figure 2, explain using heat transfer and chemical reaction theories a phenomenon that in order to achieve a given firing rate (exothermic heat rate), higher content of O2 in oxidiser in combustion of methane will increase heat flux. Use 2 cases for comparison, case l: combustion uses methane and air, and case 2: combustion uses methane and pure oxygen, both are in stoichiometrie condition.

126

Figure 2. Calculated heat flux vs firing rate for different compositions of O2 in oxidizer

5. Acetylene is favourable for premixed flame combustion requiring high firing rate such as that for welding. 5a. Why is such this? 5b. Why is the mixture of acetylene and air desired to have near stoichiometric proportion to produce maximum firing rate?

6. In operating a fuel cell it is safer to supply hydrogen gas indirectly. In other words, hydrogen is produced inside the fuel cell unit. Please explain the differences of 6a. minimum ignition energy and 6b. flammable composition of fuel in air of hydrogen gas in comparison with other gaseous fuels to signify its safety concern.

127

SOAL UTS TRANSPORTASI DAN PEMANFAATAN GAS BUMI 2007

Hari,tanggal

: 26-Maret-2007

Waktu

: 100 menit

Sifat Ujian

: Open book dan Laptop

Dosen

: Dr. Widodo W Purwanto Dr. Asep H. Saputra

Soal 1 - Gas Pipeline a) Sebutkan minimal 5 faktor utama yang mempengaruhi disain pipa transmisi gas alam. Dari 5 faktor tersebut, uraikan pengaruh masing-masing faktor tersebut di dalam disain. b) Jika dalam perhitungan disain sudah didapat diameter pipa yang akan digunakan untuk mentransmisi gas yaitu sebesar 26 inci. Hitunglah tekanan disain pipa berdasarkan ASME B31.8, jika diketahui parameter berikut ini: - Pipa API 5L grade B jenis ERW dengan minimum yield strength spesifiknya: 35000 psi - Pipa dipasang di suatu lokasi dengan kelas lokasi 2, dimana faktcr disain adalah 0.6 - Faktor sambungan berdasarkan Standard API 5L adalah 1.0 - Ketebalan pipa 0.45 inci - FaKtor derating temperatur 0.9 Soal 2 - CNG a) Gambarkan diagram alir proses sederhana untuk suatu fasilitas loading, shipping dan unloading CNG marine. Jelaskan diagram alir tersebut b) Jelaskan keunggulan penggunaan CNG untuk transportasi gas, dibandingkan dengan LNG

128

Soal 3 - LNG a) Jelaskan secara singkat mengapa small to medium scale LNG menggunakan proses siklus expander sedangkan proses siklus mixed refrigerant atau cascade banyak digunakan di basedload LNG plant. b) Jelaskan keunggulan dan kekurangan tanker LNG jenis Moss dan Membrane c) Jelaskan bagaimana Terminal Regasifikasi bekerja dan jelaskan apa itu ORV dan SCV d) Apabila LDC/pipeline company ingin mengimpor gas sebesar 800 mmscfd berapa ukuran LNG terminal yang diperlukan (storage dan vaporisernya) dan berapa tanker yang diperlukan per tahunnya. Note: Apabila anda menggunakan rujukan dalam menjawab soal midtest dicantumkan sumbernya.

129

SOAL UTS TRANSPORTASI DAN PEMANFAATAN GAS BUMI

Hari, Tanggal : Waktu

: 120 Menit

Sifat Ujian

: Open Book & Open Laptop

Dosen

: Dr. Ir. Asep Handaya Saputra, M.Eng.

1. Berapa perbedaan harga pipa dengan ukuran NPS 34, dengan panjang pipa transmisi 200 km jika menggunakan pipa grade X65 dan X70. Densitas dari kedua material tersebut adalah sama yaitu p = 7,8 ton/m3. Asumsikan bahwa tekanan operasi maksimum pada pipa adalah sebesar 1100 psia, faktor L = 0.9 dan faktor disain = 0.8. Diketahui juga harga material pipa (cost in place) untuk X65 = $1050/ton dan X70 = $1090/ton.

(30)

2. Sebuah pembangkit membutuhkan 5 BBtu gas bumi untuk menjalankan pembangkit tersebut selama 6 jam tiap hari. Tekanan gas masuk pembangkit tidak boleh kurang dari 50 bar. Untuk memenuhi kebutuhan gas pada saat beban puncak tersebut, diperlukan fasilitas gas storage (CNG Storage/CNG Skid). Diputuskan menggunakan skid yang terdiri dai 10 tube, dengan kapasitas simpan sebesar 6800 m3. (Asumsi: Nilai kalor gas 1000 MMBtu/MMSCF). Disain CNG storage harus mempertimbangkan/mengantisipasi kenaikan kebutuhan gas sebesar 10%, maka hitunglah, berapa perkiraan luas area yang dibutuhkan, Jika dimensi CNG Skid (lebar x panjang) adalah 2.5 m x 12m, dengan konfigurasi 3 skid per tumpukan.

(30)

130

3. Jika anda diminta untuk mengembangkan suatu bisnis LNG skala kecil/menengah untuk kebutuhan Industri atau pernbangkit listrik skala kecil/menengah; maka unit yang perlu ada, berdasarkan rantai nilainya (value chain). Dengan dua kasus berikut ini: a.) Sumber gas bumi berada di pulau yang sama dengan pengguna gas bumi b.) Sumber gas bumi berada di pulai lain yang tidak terlalu jauh dari pengguna gas burni Asumsi bahwa sumber gas bumi sudah sesuai dengan spesifikasi pipeline. (40)

131