e-ISSN Number 2655 2967

## Journal of Chemical Process Engineering
Volume 6 Nomor 2 (2021) SINTA Accreditation Number 28/E/KPT/2019 Published by Corresponding Author Department of Chemical Engineering azizah.tkm@unusida.ac.id Faculty of Industrial Technology Universitas Muslim Indonesia, Makassar Address Jalan Urip Sumohardjo km. 05 (Kampus 2 UMI) Journal History Makassar- Sulawesi Selatan Paper received : 20 September 2021 Phone Number Received in revised :   18 Oktober 2021 +62 852 5560 3559 Accepted : 28 November 2021
+62 852 4220 3009

## Integrasi Aspen Plus Dynamics dengan Matlab Simulink (Studi Kasus: Simulasi Proses Distilasi Propana-Isobutana)

## Aspen Plus Dynamics integration with Matlab Simulink
(Case Study: Simulation of Propane-Isobutane Distillation Process)

## Zahrotul Azizah*, Trisna Kumala Dhaniswara
Program Studi Teknik Kimia, Universitas Nahdlatul Ulama Sidoarjo, Jl. Monginsidi Kav DPR No.Dalam , Sidoarjo 61218, Indonesia
Kata Kunci: AMSimula tion; Aspen Plus  Dyna mics;
Distila si;  Integra si; Ma tla b
Simulink Key Words: AMSimulation,
Aspen Plus Dynamics; Distillation; Integration; Matlab Simulink

## Inti Sari
Sebagian  besar  proses  kimia  berkaitan  erat  dengan  proses nonlinier  sehingga  masalah pengendalian  menjadi  tantangan  bagi  seorang engineer dan  industri  kimia  itu  sendiri. Penelitian  ini  bertujuan  mengintegrasikan  antara Aspen  Plus  Dynamics dan Matlab Simulink sebagai  upaya  untuk  menghilangkan  teknik  linierisasi  sehingga  proses  yang bersifat nonlinier  mampu  dikendalikan  secara  maksimal.  Metode yang digunakan adalah simulasi steady state menggunakan Aspen Plus pada proses distilasi  dengan  studi kasus pemisahan  propana  dan  isobutana.  Selanjutnya  simulasi dynamic menggunakan Aspen Plus  Dynamics. Proses  yang  telah  dibangun  di Aspen  Plus  Dynamics selanjutnya diintegrasikan  dengan Matlab  Simulink melalui  blok AMSimulation .  Hasil  penelitian  ini yaitu  simulasi steady-state dan dynamics berhasil  dijalankan. Aspen Plus Dynamics dan Matlab  Simulink telah  terintegrasi  dan  mampu secara  bersama  – sama dijalankan dalam satu waktu. Terdapat  tiga  c ontroller yang terpasang  yaitu refluk  drum level  control, top column  pressure  control, dan reboiler  level  control. Ketiga controller mampu mengendalikan  proses dengan baik dibuktikan  dengan proses dapat kembali  ke setpoint.

## Abstract
Most chemical processes are closely  related to nonlinear processes so that control issues become a challenge  for an engineer  and the chemical  industry itself.  This study aims to integrate Aspen Plus Dynamics and Matlab Simulink as an effort to eliminate linearization techniques  so that nonlinear  processes can be controlled  optimally.  The method used is steady state  simulation using Aspen Plus  in the distillation  process with a case study of the separation of propane and isobutane. Furthermore, dynamic  simulation using Aspen Plus Dynamics. The process that has been built in Aspen Plus Dynamics is then integrated with Matlab Simulink  through the AMSimulation  block. The results of this study are that the  steady-state  and dynamics simulations  were successfully  run. Aspen Plus  Dynamics
and Matlab Simulink are integrated and able to run together at the same time. There are three controllers installed, namely reflux drum level control, top column pressure control, and reboiler level  control.  The three  controllers are able to control the  process well,  as evidenced  by the process being able to return to the setpoint.

## PENDAHULUAN
Industri  kimia   mengola h ba ha n ba ku menjadi sua tu produk denga n nila i ekonomi ya ng tinggi  da lam jumla h ya ng besa r. Da la m prosesnya , a da nya intera ksi ya ng kua t a nta r va ria bel proses, kondisi opera si ya ng berbeda  –  beda  menyeba bkan  pentingnya mendesain pengenda li  ya ng  ha nda l untuk menja ga  kesela matan lingkunga n,  mema ksimalkan  ha sil  produksi,  dan meminima lka n bia ya operasi.
Seba gia n  besa r  proses  kimia   berka ita n  era t denga n proses nonlinier,  ba nya k proses fisik diwa kili oleh  model nonlinier  sehingga   ma sa la h pengendalian menja di ta ntangan bagi seora ng engineer da n industri kimia itu sendiri. Ba nya k  peneliti memilih mengguna ka n  metode  linier untuk  menga tasi perma sa la han  pengendali  nonlinier  denga n  cara linierisa si. Teknik linierisa si terba ta s da lam mengenda lika n proses kimia  denga n tingka t nonlinier ya ng tinggi  [1].  Ha l ya ng pa ling  umum terja di a dalah a da nya ketida ksa maan a nta ra model  denga n  proses ya ng  a da .  Model  tida k  a ka n  sela lu  bisa   mewa kili proses  seca ra  utuh  ka rena  proses  sering  terpenga ruh ba nya k ga nggua n ya ng tida k da pa t diidentifika si.
Sela ma   ini,  penelitia n  mensimula sika n  suatu proses  mengguna ka n aspen plus da n mengenda likan proses ya ng  tela h  diba ngun  di aspen  plus mengguna ka n matlab simulink seca ra terpisa h. Sutikno dkk mensimula sika n kolom distila si deisobuta nizer di aspen  plus  dynamics kemudia n  proses  tersebut dikenda lika n seca ra  terpisa h mengguna kan pengendali IMC  di matlab  simulink [2][3].  Sutikno  dkk  juga mensimula sika n  nonkonvensiona l  kolom/ rectifier denga n mengguna ka n pengendali MPC [4][5]. Model proses  ya ng  dia mbil  da ri aspen  plus dilinierisa si sehingga   model proses  belum  mewa kili  proses  ya ng sebena rnya .
Sua tu  sistem  dika ta kan nonlinier  jika   prinsip superposisi  tida k berla ku. Ja di, untuk sistem nonlinier respons terha da p dua input tida k da pat dihitung dengan memperla kukan  sa tu  input  pa da   sa tu  wa ktu. Keba nya kan ka sus hubunga n ya ng  sebena rnya  tidak cukup  linier  na mun  ba nya k  hubunga n  fisik  sering diwa kili  oleh persa ma an linier. Ba hka n a pabila  diteliti lebih ja uh tenta ng sistem fisik mengungka pkan bahwa
istila h  sistem  linier  bena r-bena r linier  ha nya  terbatas pa da   renta ng  opera si  tertentu.  Da la m  pra kteknya, ba nya k sistem  ya ng  meliba tka n hubunga n nonlinier a nta r va ria bel [6].
Pengguna a n tra nsfer fungsi seba ga i model da ri sebua h  proses  ya ng  a ka n  dikenda lika n  merupakan sebua h teknik linierisa si.  Na mun pa da  kenyataannya, seba gia n  besa r  proses  kimia   di  industri  terma suk proses  ya ng  bersifa t  nonlinier.  Pengguna a n  teknik linierisa si  a ka n menga kibatkan ketida kcocokan a ntara proses  ya ng  sebena rnya   denga n  model.  Apa bila ketida kcocokan meningka t, ma ka  tingka t penurunan kinerja   pengenda li  juga   meningka t.  Pa da  penelitia n sebelumnya ,  peneliti  mengguna ka n  tra nsfer  fungsi seba ga i  model  proses  ya ng  a ka n  dikenda likan [7][8][9][10].   Teknik  linierisa si  bekerja  denga n ba ik untuk  proses  ya ng  ha nya   menunjukkan  perila ku dina mis nonlinier  menenga h [11]. Proses  ya ng sa ngat nonlinier  memerluka n  model  ya ng  sesua i  ya ng mewa kili proses.
Penelitia n  ini  bertujua n  mengintegra sika n a nta ra Aspen  Plus  Dynamics da n Matlab  Simulink seba ga i upa ya  untuk menghila ngka n teknik linierisa si. Denga n demikia n proses ya ng bersifa t nonlinier  dapat dikenda lika n seca ra  ma ksima l. Proses integra si aspen plus  dynamics da n matlab  simulink ma mpu secara bersa ma  – sa ma  dija la nkan da la m sa tu wa ktu. Artinya proses  ya ng diba ngun di aspen plus dynamics secara real  time da pa t dikenda lika n  mengguna ka n matlab simulink .  Ha l  ini  da pa t menguji  kinerja   pengenda li pa da  model  proses  dina mis  seca ra   penuh, rigorous , da n  nonlinier.  Ta npa   a da nya  a nta rmuka,  desa in pengenda li  ha nya   da pa t diuji  mengguna ka n  model dina mis  linier  da la m matlab ya ng  menyebabkan a da nya ketida kpastia n tenta ng ba ga ima na pengendali da pa t bekerja pada proses nonlinier  ya ng sebena rnya. Studi  ka sus  ya ng  dipilih  pa da  penelitia n  ini  a dalah proses distila si  pa da  pemisa han propa na da n isobutana [12].

## METODE PENELITIAN
Metode penelitia n terdiri da ri bebera pa  tahapan ya itu  simula si steady-state da n dynamics proses distila si  propa na -isobutana  mengguna ka n software
aspen  plus [13],  kemudia n  integra si aspen  plus dynamics denga n matlab  simulink. Sela njutnya pema sa ngan controller da n a nalisa  ha sil simula si.
Simulasi Steady-State Simula si steady-state pa da  kolom  distila si  propa na- isobuta na   dija la nka n  menggunakan software Aspen Plus .  Ta ha p  perta ma  ya ng  dila kuka n  a da la h  input komponen ya ng  terdiri  da ri  propa na  da n isobutana. Kemudia n  memilih property termodina mika   ya itu Chao-Seader .  Ha l  ini  ka rena  ha mpir  semua   sistem hidroka rbon da pa t terta ngani denga n ba ik oleh Chao- Seader [14] . Sela njutnya  memasukkan kondisi opera si pa da  kolom  distila si  ya ng  meliputi  la ju  a lir  ma suk sebesa r 1 kmol/detik, teka nan 20 a tm, temperatur 322 K,  komposisi stream ma suk  40%mol  propa na  dan 60%mol isobuta na . Sela njutnya, dila kuka n sizing alat seba ga i sya ra t ma suk ke mode dynamics .

## Simulasi Dynamics
Simula si dynamics merupa ka n kela njutan dari simula si steady-state ya ng tela h dikerja ka n sebelumnya . Cara untuk  da pa t  ma suk  ke  simula si dynamics a dalah mengekspor  ha sil  simula si steady-state ke  mode dynamics denga n memilih flow driven .
Integrasi  Aspen  Plus  Dynamics  Dengan  Matlab Simulink
Proses  integra si  dila kuka n  denga n  membuka   file
AMSimulation [15][16][17].
Sementa ra file
AMSimulink terbuka ,  la ngka h  sela njutnya membuat file simulink ba ru.  Kemudia n copy  paste  Aspen modeler  block pa da   file  ba ru  ya ng  suda h  dibua t. Sela njutnya  menginputka n simula si dynamics kolom distila si ya ng suda h dikerja kan sebelumnya pada aspen modeler  block .  Tunggu  hingga   progra m Aspen  Plus Dynamics ya ng  berisika n  simula si  kolom  distila si propa na -isobutana terbuka. Ha l ini mena ndakan Aspen Plus  Dynamics da n Matlab  Simulink berha sil terintegra si.    Kemudia n  mena mbahkan  input  dan output proses pa da aspen modeler block

## Penambahan Controller
Pena mba han controller pa da   blok AMSimulation diguna ka n  untuk  mengenda lika n proses  ya ng  telah diba ngun di Aspen Plus Dynamics.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pa da  penelitia n  ini,  simula si steady-state dan dynamics pa da   kolom  distila si  propa na -isobutana berha sil dija la nka n. Pengguna a n wa ktu tingga l kolom
distila si  ya itu  10  menit.  La ju  a lir base  column dan refluk  drum dibutuhka n untuk menghitung L  da n D. Da ta  tersebut dia mbil da ri ha sil  simula si steady state . La ju  a lir  pa da base  column sebesa r  0,3438  m 3 /s. Perhitunga n volume dida pa t denga n ca ra  menga likan la ju a lir denga n wa ktu tingga l.
Rumus untuk menghitung L (Tinggi)  da n D (dia meter) [12]:
𝑉 = ( 𝜋𝐷2 4 ) 𝐿 (1)
Mengguna ka n a sumsi L = 2D:
𝑉 = ( 𝜋𝐷2 4 ) 2𝐷 (2)
Tabel 1. Da ta  Tinggi  da n Dia meter
Parameter Data La ju a lir base column ( m 3 /s) 0,3438 Tinggi  (m) 10,16 Dia meter (m) 5,08 La ju a lir reflux drum ( m 3 /s) 0,1782 Tinggi  (m) 8,16 Dia meter (m) 4,08
Sela njutnya   input  da n  output  proses  ya ng dita mba hkan pa da aspen modeler block seperti  pada ta bel 2 da n 3.
Tabel 2. Va ria bel input Port  Variabel Input Unit 1 Level pa da top column m 2 Teka na n pa da top column N/m2 3 Level pa da base column m Tabel 3. Va ria bel output Port Variabel Output Unit 1 Stream pa da top product kg/s 2 Q Condenser W 3 Stream pa da bottom product kg/s
Sa a t simula si dynamics pa da  ta hap sebelumnya berha sil  dija la nka n,  ma ka   seca ra default akan mena mpilka n controller denga n  tipe Proportional Integral (PI)  controller [18] ya ng tela h terpa sa ng pada proses.  Terda pa t  tiga controller ya ng  terpa sang dia nta ra nya reboiler level control, top column pressure control, da n reflux drum level control . Sesua i dengan tujua n  penelitia n,  ketiga controller ya ng  terpa sang pa da aspen  dynamics diga ntika n  denga n controller pa da matlab simulink mela lui proses integra si. Proses
integra si Aspen  Plus Dynamics da n Matlab Simulink ma mpu seca ra bersa ma – sa ma dija la nkan dala m satu wa ktu.
Sela njutnya  tiga   blok controller dihubungkan denga n ma sing – ma sing sa tu va ria bel input da n satu va ria bel output. Output va ria bel da ri Aspen  Modeler Block menja di input controller da n output controller menja di input va ria bel da ri Aspen Modeler Block . Semua controller berha sil  terpa sa ng, simula si dija la nka n denga n integra si da ri  kedua  simula si, ba ik matlab  simulink ma upun aspen  dynamics berja lan seca ra  bersa ma a n. Artinya   proses  ya ng  diba ngun  di aspen  plus  dynamics seca ra real  time dapat dikenda lika n mengguna kan matlab simulink.
Pa da refluk drum  level  control ,  nila i setpoint sebesa r 5,1 meter.  Level pa da top column merupakan controlled variable da n a lira n kelua r pa da top product merupa ka n manipulated  variable .  Sa a t  simula si dija la nka n, level  pa da top  column menurun  namun na ik pa da  menit ke-4 da n menca pai setpoint kembali seperti ditunjukka n pa da ga mbar 1.
Nila i setpoint pa da top column pressure control sebesa r 1,4186×10 6 N/m 2 .  Teka na n pa da top column merupa ka n controlled  variable da n Q condenser merupa ka n manipulated variable . Simula si dija la nkan seperti ditunjukka n pa da ga mbar 2. Teka nan pada top column menurun pa da  menit  ke-1  na mun na ik  pada menit ke-4 da n menca pai setpoint kembali.
Gambar 1. Ha sil simula si pa da refluk drum level control
Gambar 2. Ha sil simula si pa da top column pressure control Ga mba r 3  menunjukkan ha sil simula si  pa da reboiler level control denga n setpoint sebesar 6,35 meter. Level pa da base column merupa kan controlled variable dan
a lira n  pa da bottom  product merupa ka n manipulated variable. Level pa da base column
Gambar 3. Ha sil simula si pa da reboiler level control
menga la mi kena ika n na mun turun pa da  menit ke-4  da n  ma mpu  menca pai setpoint kemba li  pada menit ke-5.
Berda sa rka n  ha sil  simula si  pa da   ketiga controller ,  respon  menunjukkan  ba hwa controlled variable pa da   ma sing-ma sing controller mampu mela kuka n tracking setpoint denga  ba ik  da n steady sa mpa i  wa ktu  50  menit.  Ha l  ini  menunjukkan PI controller pa da matlab simulink mampu mengenda lika n  kolom  distila si  propa na -isobutana ya ng  disimula sika n mengguna ka n aspen plus dynamics .
Denga n  a da nya  proses  integra si,  kolom distila si  ma mpu dikenda lika n denga n ba ntuan matlab simulink  seca ra real  time .  Ta npa   integra si,  kolom distila si  ha nya   da pa t  diwa kili  oleh  model  dina mis linier  ya ng dia mbil da ri simula si aspen plus dynamics kemudia n dikenda lika n mengguna kan ba ntuan matlab simulink .  Model  dina mis  tersebut  tela h dilinierisa si sehingga   tida k mewa kili  proses  seca ra   utuh.  Proses integra si  merupa kan la ngka h a wa l untuk mela kukan pengemba nga n ke ta hap advanced controller .

## KESIMPULAN
Simula si steady-state da n dynamics pada proses  distila si  propa na -isobutana  da pa t  dija lankan denga n  ba ik.  Proses  integra si  a nta ra aspen  plus dynamics da n matlab  simulink tela h  berha sil dila kuka n.  Terda pa t  tiga   c ontroller ya ng  terpa sang ya itu refluk drum  level control, top column pressure control, da n reboiler level control. Ketiga controller ma mpu mengenda lika n proses  denga n ba ik.  Ha l  ini dibuktika n denga n proses  da pa t kemba li  ke setpoint da n tida k a da error steady-state .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima   ka sih  kepa da   Direktora t  Riset  dan Penga bdia n  Ma sya ra kat  Deputi  Bida ng  Pengua tan Riset  da n  Pengemba nga n  Kementeria n  Pendidika n, Kebuda ya an,  Riset  da n  Teknologi  ya ng  telah menda nai penuh  da la m penelitia n  ini  mela lui  Hibah
Waktu (menit) PV Waktu (menit) PV Waktu (menit) PV
Penelitia n  Dosen  Pemula   (PDP)  pela ksa na an ta hun 2021.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B.  W.  Bequette,  “Nonlinear  Control  of Chemical  Processes:  A  Review,” Ind.  Eng. Chem.  Res. ,  vol.  30,  no.  7,  ha l.  1391–1413, 1991, doi: 10.1021/ie00055a001.
[2] J.  P.  Sutikno,  Z.  Aziza h,  R.  Ha ndogo, et al. , “Inverted  Decouplng  2DoF  Internal  Model Control  For  MIMO  Processes,” Int.  J. Technol. ,  vol.  10, no.  3,  ha l. 502–511, 2019, doi: https://doi.org/10.14716/ijtech.v10i3.2922.
[3] Z.  Aziza h,  J.  P.  Sutikno, R.  Ha ndogo, et al. , “Inverted  decoupling  MIMO  internal  model control  using  Mp  tuning,” IOP  Conf.  Ser. Mater.  Sci.  Eng. ,  vol.  736,  no.  2,  2020,  doi: 10.1088/1757-899X/736/2/022101.
[4] R. A.  Hikma diya r, J. P. Sutikno, R. Ha ndogo, et al. , “A control strategy for nonconventional column/rectifier configura tion for composition control,” IOP  Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 736,  no.  5,  2020,  doi:  10.1088/1757- 899X/736/5/052027.
[5] R. A.  Hikma diya r, J. P. Sutikno, R. Ha ndogo, et al. , dan A. Hisyam, “Process  Dynamic and Control for Nonconventional
Column/Rectifier  Configura tion  with  Aspen Hysys v10.0,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol.  543,  no.  1,  ha l.  0–6,  2019,  doi: 10.1088/1757-899X/543/1/012049.
[6] K.  Oga ta , Modern  control engineering , Fifth edit. Prentice Ha ll, 2017.
[7] E.  Ariyanto dan C. Cekdin, “451-872-1-Sm,” no. November, ha l. 1–8, 2015.
[8] B.  B.  Wara  dan  B.  Setiyono,  “Kinerja Kontroler  Interna l Model Kontrol  (Imc) Pada Plant  First  Orde  Plus  Dead  Time  (Fopdt),” Transmisi ,  vol.  19,  no.  2,  ha l.  58–64, 2017, doi: 10.12777/tra nsmisi.19.2.58-64.
[9] Z.  Azizah,  “Simulasi  Steady  State  dan
Dyna mic pa da  Kolom De-isobuta nizer dengan Pena mba han Invers  Decoupling  pa da  Sistem Closedloop,”  vol.  VII,  no.  2460,  hal.  9–22, 2021.
[10] Z. Aziza h et al. , “Process  control on modified
III Qua druple Ta nk  using La bVIEW aplication,” AIP Conf. Proc. , vol.  1840, 2017, doi: 10.1063/1.4982295.
[11] A.  O.  Ba ba tunde dan W. R. Ha rmon, Process Dynamic Modeling and Control . 1994.
[12] W. L. Luyben, Distillation Design and Control Using Aspen  Simulation , Second Edi.  Lehigh University,  Bethlehem, Pennsylva nia , 2013.
[13] K.  I.  M.  AL-MALAH, Aspen  Plus Chemical Engineering Textbook . 2017.
[14] W.  L.  Luyben,  “Chemical  Engineering  and Processing :  Process  Intensification  Design a nd control  of dua l condensers  in  distilla tion columns,” Chem.  Eng.  Process.  Process Intensif. ,  vol.  74,  ha l.  106–114,  2013,  doi: 10.1016/j.cep.2013.08.007.
[15] B.  Hu,  Z.  Zhao,  dan  J.  Liang,  “Multi-loop nonlinea r  interna l  model  controller  design under  nonlinea r  dyna mic  PLS  fra mework using ARX-neura l network model,” J. Process Control , vol.  22,  no.  1,  ha l.  207–217, 2012, doi: 10.1016/j.jprocont.2011.09.002.
[16] I.  Día z  da n  M.  Rodríguez, On-line  Fault Diagnosis  by  Combining  Functional  and Dynamic  Modelling of Chemical  Plants , vol. 33. Elsevier,  2014.
[17] M. Rodríguez, P. Z. Li, dan I. Díaz, “A control stra tegy  for  extra ctive  a nd rea ctive  dividing wall  columns,” Chem.  Eng. Process.  Process Intensif. ,  vol.  113,  ha l.  14–19,  2017,  doi: 10.1016/j.cep.2016.10.004.
[18] D.  Seborg,  T.  Edga r,  D.  Mellica mp, et  al. , “Process  Dynamics and Control,” John Wiley Sons ,  ha l.  595,  2011,  doi:  10.1007/s13398- 014-0173-7.2.