Pengenalan mengenai integrasi proses (process integration)

Di dunia teknik kimia (chemical engineering), istilah analisis pinch mulai muncul di akhir 1970an. Analisis ini diawali dari pekerjaan seorang bernama Hohmann dlm menyelesaikan PhD thesisnya di University of Southern California di tahun 1971. Riset ini tidak dilanjutkan maupun dipublikasikan, sehingga tidak mendapatkan perhatian dari pihak industri. Beberapa tahun setelah itu, seorang bernama Bodo Linnhoff mengembangkan metode pinch technology atau pinch analysis yang nantinya menjadi dasar bagi integrasi kalor (heat integration). Publikasi riset ini mendapat sambutan meriah dari dunia industri karena di masa itu dunia sedang mengalami gejolak energi. Sejak saat itu, riset mengenai analisis pinch dan integrasi kalor, dan aplikasinya di industri, pun berkembang sangat pesat. Konsep ini lah yang nantinya menjadi pembuka bagi area riset baru bernama integrasi proses (process integration).

Nah, sebenarnya apa itu integrasi proses? Kebanyakan orang akan salah menafsirkan bahwa integrasi proses merupakan desain jaringan alat penukar kalor (design of heat exchanger network). Seperti yang ditulis oleh Robin Smith di bukunya tentang “What is Process Integration?”, ini adalah penafsiran umum yg salah. Untuk sederhananya, marilah kita lihat skema di Gambar 1.

Gbr 1

Gambar 1. Skema sederhana tentang proses produksi

Proses produksi merupakan sekumpulan unit-unit operasi yang terhubungkan sedemikian rupa sehingga suatu bahan baku, dengan tambahan utilitas yg diperlukan, bisa diolah menjadi suatu bahan yang memiliki nilai tambah. Hasil lain dari suatu proses produksi adalah bahan yang tidak memiliki nilai tambah, dan biasa disebut sebagai limbah. Baik itu limbah padat, cair, atau pun gas. Ini adalah definisi proses produksi secara umum. Lantas, di manakah process integration atau integrasi proses itu?

Misalnya di suatu proses produksi, kita ingin meningkatkan kuantitas ataupun kualitas produk kita. Atau mungkin karena harga utilitas per unitnya (mis: Rp/m3 air, Rp/MJ energi, dsb) yang semakin tinggi, kita ingin menekan biaya utilitas dengan mengurangi penggunaan air, listrik, atau pun bahan bakar, tetapi dengan tetap dapat memenuhi keperluan saat ini. Atau mungkin juga kita ingin mengurangi jumlah limbah yang harus kita buang atau olah. Atau bahkan kita ingin mengganti bahan baku saat ini yang harganya terus meningkat, tetapi tetap bisa memproduksi produk yang sama.

Pertanyaan-pertanyaan seperti ini akan terus bermunculan sepanjang dunia industri ada. Salah satu solusi sederhana untuk meningkatkan kuantitas produk misalnya adalah dengan mencari atau mengembangkan katalis lain dengan selektivitas yang lebih tinggi. Solusi untuk menekan keperluan energi misalnya adalah dengan memasang alat penukar kalor (heat exchanger) untuk mengambil kembali energi yang tadinya terbuang. Atau menggunakan unit pemisahan yang lebih hemat energi seperti membran daripada thermal evaporator. Dan banyak lagi solusi-solusi lainnya yang umum dilaksanakan di kalangan industri.

Jika diperhatikan lebih lanjut, kebanyakan dari solusi-solusi itu hanya melihat masalah dari satu titik saja. Contohnya untuk meningkatkan kuantitas produk tadi, kita melihat katalis di reaktor sebagai sumber masalah. Dengan katalis baru, kuantitas meningkat. Masalah selesai! Lantas, di mana salahnya?

Tidak ada yang salah. Tetapi, solusi-solusi seperti ini bertujuan untuk mengoptimalkan unit-unit operasi secara sendiri-sendiri. Integrasi proses (process integration) berusaha melihat suatu proses produksi itu secara keseluruhan dan menyelesaikan permasalahannya secara menyeluruh. Jika kita kembali ke contoh-contoh di atas, maka:

  • mungkin saja kuantitas produksi bisa ditingkatkan jika bahan baku yang tidak bereaksi di-recycle kembali, atau barang-barang cacat produksi didaur ulang. Dengan demikian, limbah bisa berkurang dan kuantitas produksi bertambah sekaligus.
  • Atau mungkin juga karena proses pemisahan produk dari outlet reaktor nya tidak optimal, sehingga banyak produk yang terbuang bersama limbah.
  • Atau mungkin juga kondisi operasi di reaktor, unit-unit pemisahan, atau alat-alat penukar kalor tidak cukup optimal.
  • Atau mungkin juga ada bahan baku, atau kombinasi bahan baku, yang memiliki kapasitas untuk menghasilkan produk yang sama. Kasus ini cukup terkenal di pengilangan minyak bumi (refinery) di mana pada zaman dulu hydroskimming process sudah tidak mampu utk menghasilkan gasoline lebih banyak lagi. Akhirnya, heavy oil dan residue dari atmospheric distillation unit (yang sebelumnya tidak digunakan) diolah lebih lanjut untuk menghasilkan lebih banyak gasoline.

Dengan contoh-contoh sederhana di atas, kita bisa melihat ada banyak sudut pandang yang berbeda. Solusi yang optimum hanya bisa kita sadari jika kita melihat suatu proses produksi secara menyeluruh. Termasuk di dalamnya aliran bahan baku, utilitas, unit-unit produksi yang terkait, limbah, dan aliran produknya. Dan semuanya mesti terintegrasi dalam pemahaman kita akan proses produksi itu. Ini lah yang namanya integrasi proses atau process integration.

Telah ada banyak metode atau teknik yang dikembangkan di riset integrasi proses ini. Pionirnya adalah tentu saja pinch technology untuk pertukaran kalor (heat exchange), baik itu di jaringan pertukaran kalor (heat exchanger network), heat pumps dan sistem pendingin, boiler dan kondenser di kolom distilasi, dan lain-lain. Masalah-masalah yang lebih rumit biasanya dimodelkan secara matematika dan dicari nilai optimumnya. Teknik ini kemudian terkait dengan masalah optimisasi prosees (process optimization). Di bidang process optimization ini juga ada banyak teknik optimisasi yang dipelajari.

Demikianlah sekilas pengantar mengenai integrasi proses. Buku yang sangat direkomendasikan untuk dipahami dalam mempelajari teknik-teknik yang dikembangkan di integrasi proses ini, di antaranya adalah:

  • Robin Smith, Chemical Process Design and Integration, 2005, McGraw Hill
  • Mahmoud El Halwagi, Process Integration in Process System Engineering Series Volume 7, 2006, Elsevier

Leave a Comment