BAB I

PENDAHULUAN

1.1. PROSES YANG OPTIMUM

Pabrik kimia/industri kimia bertugas melakukan pengolahan

bahan mentah/bahan baku/raw material menjadi hasil/produk yang

diinginkan. Dalam pengolahannya dilakukan dapat secara fisika dan

kimia.

Secara sistematis dapat digambarkan :

Proses kimia dilaksanakan dalam beberapa tahap yaitu: reaksi,

pemisahan, pencampuran, pemanasan, pendinginan, perubahan

tekanan, pengecilan, dan pembesaran ukuran partikel.

Dalam pengolahan bahan mentah menjadi hasil, industri

menginginkan effisiensi yang setinggi-tingginya, baik dari segi teknik

maupun sosial ekonomis. Dalam industri kimia yang diharapkan :

Hasil sebanyak-banyaknya

Waktu singkat dan biaya rendah

Berdasarkan pengolahan yang dilakukan oleh suatu pabrik, proses

produksi dapat dibagi dalam 3 unit, seperti skema di bawah ini :

1

Bahan bakuBahan mentahBahan dasarRaw material

Pabrik/industri :

Pengolahan secara fisika

dan kimia

Hasil Produksi

Tahapan Pengolahan Secara Fisik

Tahapan Pengolahan Secara FisikReaksi

Kimia

Recycle

Bahan Baku

Produk

PROSES PRODUKSI

UNIT I UNIT II UNIT III

Persiapan Bahan Baku Pengolahan/sintesis Finishing

Tugas dari masing-masing unit berbeda, namun secara keseluruhan

mempunyai beban yang sama. Apabila salah satu dari unit tidak

bekerja secara optimal, maka unit yang lain tidak dapat bekerja

secara optimal pula. Unit yang lain akan menerima akibatnya. Oleh

karena itu dalam menangani proses produksi harus selalu dipikirkan

untuk seluruh unit.

Tugas dari masing-masing unit dapat diuraikan pada bahasan

berikut :

1. UNIT I, Persiapan Bahan Baku

Unit ini mempersiapkan bahan baku agar sesuai dengan kondisi

pada unit II, yaitu unit pengolahan.

Persiapan tersebut dapat berupa :

1. Penyesuaian bentuk/fasa, misalnya besar, kecil, serbuk, cair,

gas dll.

2. Penyesuaian konsentrasi/komposisi, misalnya murni, pekat,

encer dll.

3. Penyesuain kondisi, misalnya tekanan, suhu, perbandingan

komposisi dll.

4. Transportasi bahan dasar, penampungan sementara sebelum

diolah di unit II, dll.

Alat yang digunakan pada unit I :

Alat penyesuai bentuk/fasa (crusher, melter, condenser,

evaporator, ball mill, dll), alat penyesuai suhu (heater, cooler, heat

exchanger), tekanan (kompresor, pompa, valve, dll), komposisi

(mixer, blender, tangki berpengaduk) dan alat transportasi dan

alat penampung (belt conveyor, elevator, pompa, pipa, tangki

penampung dll).

Bahan Ajar PIK I-2

Untuk alat pemisah gunanya memisahkan komponen-komponen

penyususn campuran untuk menyesuaikan kemurnian,

kepakatan/konsentrasi dari bahan baku. Alat tersebut dibedakan

berdasarkan perbedaan sifat dari komponen-komponennya. Alat

tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Alat Pemisah Berdasarkan Cara Pemisahannya

No Perbedaan Sifat Nama Alat

1. Titik didih Kolom fraksinasi/distilasi, dryer

2. Titik lebur Melter

3. Kelarutan Absoreber, kristalisator

4. Ukuran butir Screen, filter

5. Fasa Filter, centrifuge, settler

6. Berat jenis Settler, centrifuge, clarifier, cyclon

7. Kekerasan Crusher, screen

8. Magnit Belt conveyor

9. Sifat kimia Reaktor

Bahan dasar itu sendiri dibedakan:

1. Bahan dasar yang dapat diperbaharui, seperti

Hasil pertanian dan perkebunan

Hasil dari binatang : peternakan dan perikanan

Air dan udara

2. Bahan dasar yang tidak dapat diperbaharui, seperti

Mianyak dan gas alam

Mineral logam-logam

Mineral bukan logam : kaolin, kapur, belerang dll.

2. UNIT II, Pengolahan/Sintesis

Unit ini bertugas melakukan pengolahan bahan dasar menjadi

senyawa hasil yang diinginkan. Pengolahan ini dapat berupa fisika

Bahan Ajar PIK I-3

dan kimia. Namun untuk industri kimia, pengolahan yang

dilakukan umumnya berupa pengolahan kimia.

Pada pengolahan bahan dasar diperlukan tenaga dalam bentuk

panas, listrik, cahaya maupun tenaga fisik (pukulan dan gesekan).

Sumber tenaga ini diperoleh dari pembakaran bahan bakar,

misalnya gas alam, minyak bumi, batu bara, matahari dll. Dalam

industri kimia efisiensi penggunaan tenaga sangat penting. Pada

unit pengolahan bahan baku diubah menjadi hasil/produk. Dalam

sintesa itu sering kali terjadi perubahan sifat dari bahan baku. Alat

tempat terjadinya sintesa disebut reaktor yang dilengkapi dengan

alat-alat pendukung, karena reaktor memerlukan kondisi operasi

tertentu (suhu, tekanan, perbandingan pereksi/komposisi).

Hasil dari unit pengolahan masih berupa campuran dengan sisa

bahan baku, hasil-hasil reaksi samping, inert dan lain-lain yang

masih mungkin memerlukan pemurnian atau pengolahan lanjut

yang dikerjakan oleh unit finishing/unit akhir.

3. UNIT III, Finishing

Hasil yang keluar dari unit II kemungkinan masih memerlukan

penyesuaian kualitas, dapat berupa :

Penyesuaian bentuk dan fasa

Penyesuaian komposisi dan konsentrasi

Penyesuain kondisi : suhu dan tekanan

Pengantongan, penyimpanan gudang dll.

Tugas pada unit III ini mirip dengan unit I, karena itu alat-alat yang

digunakan pada unit ini sama dengan unit I.

Apabila rangkaian alat-alat yang ada pada masing-masing unit

digambarkan disertai pula dengan kondisi operasinya yaitu suhu,

tekanan dan keterangan lain yang disebut dengan Flow Diagram

Process. Dari Flow Diagram Process dapat diketahui peristiwa yang

dialami pada bahan dasar hingga diperoleh hasil yang diinginkan.

Bahan Ajar PIK I-4

Penjelasan yang panjang lebar dari proses produksi dapat dirangkum

dalam suatu diagram yang memuat simbol alat-alat.

Beberapa alat yang digunakan pada suatu jenis operasi dapat dilihat

pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2. Unit Operasi dan Alatnya

No Jenis Operasi Nama Alat

1. Aliran fluida Pompa, tangki

2. Transfer panas HE, boiler, heat cooler, kiln, rotary kiln, furnace, condenser, burner

3. Penguapan Evaporator

4. Humidifikasi Humidifier

5. Absorpsi Absorber, absorbing tower, purifying

tower

6. Extraksi pelarut Extractor tower

7. Adsorbsi Adsorber

8. Distilasi Buble cap tower, sieve tower

9. Pengeringan Dryer, rotarya and fan dryer, steam heated

10. Pencampuran Mixer tank

11. Sendimentasi Thickener

12. Filtrasi Filter, sand filter

13. Screening Screen, vibrating screen

14. Kristalisasi Tangki, crystallizer

15. Centrifugation Centrifuge

16. Size reduction Mill, Fiber making, Ball cylinder, disk mill

17. Material handling Conveyer, pump and pipes, scraw

conveyer, special conveyer, trucks

Alat-alat yang tercantum dalam Tabel 1.2. di atas hanya beberapa

contoh saja, banyak alat-alat lain yang perlu diketahui.

Langkah-langkah dalam menemukan suatu proses yang optimum :

1. Sintesis:

Sintesis suatu proses kimia meliputi dua aktifitas yaitu:

Pemilihan tahap-tahap transformasi

Bahan Ajar PIK I-5

Tahapan-tahapan ini dihubungkan untuk menghasilkan suatu

struktur yang disebut flow sheet

2. Simulasi

Simulasi adalah model matematik proses yang berusaha

memperkirakan bagaimana proses berkelakuan untuk suatu

kondisi aliran umpan tertentu.

Simulasi proses bisa dilaksanakan setelah struktur flow sheet

dibuat.

Yang dapat dilakukan pada simulasi:

1. Meramalkan laju alir, komposisi, suhu, dan tekanan aliran

produk.

2. Spesifikasi perealatan

proses

3. Menentukan bahan baku

yang digunakan

4. Menentukan kebutuhan

energi

5. Evaluasi performance

(kinerja) struktur perancangan.

Performace terdiri dari:

1. Economic performance

2. Keamanan terhadap lingkungan

Bahan Ajar PIK I-6

Aliran Umpan Aliran Produk?

Aliran Umpan Aliran ProdukProses ?

Proses

3. Kebutuhan energi

4. Kriteria kesehatan dan keselamatan kerja

5. Kemudahan dalam peng - operasian dan pengendalian

6. Fleksibilitas (kemampuan untuk beroperasi pada kondisi -

kondisi yang bervariasi sepeerti variabilitas bahan baku dan

spesifikasi produk.

7. Availability (jumlah jam operasi pertahun)

Beberapa dari kriteria ini seperti economic performance dapat

dihitung secara kuantitatif. Evaluasi faktor - faktor yang tak dapat

dikuantifisir memerlukan judgment desainer.

3.Optimisasi

Optimisasi adalah aktifitas melakukan perubahan - perubahan

untuk meningkatkan/mengoptimalkan performance.

Optimisasi ada dua macam:

1. Optimisasi struktur mencari struktur-struktur lain yang

performancenya lebih baik.

2. Optimisasi parameter tiap struktur dapat dioptimisasikan

lagi dengan merubah kondisi operasi.

1.2. HIERARCHY PERANCANGAN PROSES DAN MODEL BAWANG

Bahan Ajar PIK I-7

Reaktor

Sistim Pemisahan &

RecycleJaringan Penukar

Panas

Utilitas

Gambar 1.1. Model Bawang dalam Perancangan Proses

Industri Kimia

Pendekatan-pendekatan dalam perancangan proses industry

kimia

1) Membentuk struktur dari “kecil” ke “besar”

Perancangan dimulai dengan memilih reaktor, kemudian

menambahkan sistem pemisahan dan recycle, dst. Pada setiap

tahap, kita harus membuat keputusan berdasarkan informasi yang

tersedia pada tahap itu.

Kelemahan:

a) Keputusan-keputusan yang berbeda dimungkinkan pada tiap-

tiap tahap perancangan.

b) Penyempurnakan dan pengevaluasi banyak alternatif, tak

menjamin mempereoleh suatu perancangan yang terbaik,

karena dimungkinkannya interaksi antar peralatan-peralatan

didalam flow sheet.

Keuntungan:

Designer dapat tetap mengendalikan keputusan-keputusan dasar

dan selalu ber-interaksi dengan hasil rancangannya

2) Membentuk struktur dari “besar” ke “kecil”

Pada pendekatan ini, dibuat (dibentuk) suatu struktur yang disebut

“super structure” atau “hyperstructure”. Pada struktur ini

dimasukkan semua operasi-operasi proses yang layak dan seluruh

Bahan Ajar PIK I-8

interkoneksi-interkoneksi yang layak, dan yang merupakan calon

untuk perancangan yang optimal.

Persoalan perancangan kemudian diformulasikan sebagai

persoalan matematik yang menghasilkan persamaan-perssamaan

perancangan. Dinyatakan dalam variable-variable perancangan.

Persamaan-persamaan perancangan terdiri dari:

Persamaan model alat (unit)

Konstrain alat (unit) yang dispesifikasi

Variabel-variabel perancangan ada dua tipe:

Variabel kontinu, yang terdiri dari variabel proses

(operasi) dari pada tiap unit (flow rate, komposisi, suhu,

dan tekanan), variabel ukuran (volume, luas perpindahan

panas, dsb), dan variabel harga (biaya dan keuntungan

yang berhubungan dengan unit).

Variabel integer, yang berhubungan dengan keputusan

mengenai struktur dari pada flow sheet.

Menyelesaikan persoalan matematik ini melalui penerapan

algoritma optimisasi. Dalam hal ini potensial ekonomis

dimaksimumkan atau beaya diminimumkan dalam suatu

optimisasi struktur & parameter.

1.3. PRODUKSI BERSIH

Isu lingkungan menjadi meluas dan perlu penanganan

menyeluruh dalam perkembangan pembangunan baik di negara maju

maupun di negara berkembang.

Usaha telah dilakukan tetapi belum memenuhi keinginan, karena:

Produksi limbah terus meningkat

Karakteristik limbah semakin rumit

Biaya pengolahan semakin mahal, dll

Perlu perubahan strategi pengendalian dampak lingkungan dari pola

reaktif (end pipe treatment) secara proaktif (prevention

treatment)dengan jalan, diantaranya:

Bahan Ajar PIK I-9

Pencegahan

pencemaran

Pengendalian

pencemaran

Remediasi

pencemaran

Upaya pencegahan pencemaran secara sistimatis (preventif, terpadu

dan berkelanjutan) untuk menghasilkan program produksi bersih

(cleaner production).

Teknik produksi bersih

1. Pengurangan sumber pencemar

Pengubahan produk

Pengubahan bahan/ umpan

Perubahan teknologi

Perbaikan tata cara operasi

2. Daur ulang

Penggunaan kembali

Reklamasi (upaya pendaur ulangan limbah menjadi bahan

lain)

Manfaat produksi bersih

1. Mengurangi dampak lingkungan

2. Meningkatkan keselamatan kerja

3. Pentaatan thd peraturan

4. Mengurangi beaya operasi

5. Memperbaiki hubungan dengan masyarakat

6. Meningkatkan tanggung jawab lingkungan (liabilities)

Elemen kunci program produksi bersih

1. Buat prioritas tujuan

2. Buat audit permulaan untuk pengurangan limbah

3. Identifikasi dan prioritaskan aliran limbah untuk diminimalisir

4. Dukungan top managemen

5. Buat evaluasi lapangan secara periodik

6. Melibatkan, memotivasi dan melatih semua karyawan

Bahan Ajar PIK I-10

7. Rencana dan evaluasi program aksi

8. Testing program aksi terpilih

9. Dapatkan dana

10. Perbaiki metoda penghitungan dan distribusi

11. Perbaiki prosedur operasi dan distribusi

12. Laksanakan aksi minimasi limbah

13. Evaluasi dan tindak lanjut program

Pilihan dan prioritas minimasi limbah

1. Minimasi material B3

Substitusi

Pengendalian

Pembersihan bahan baku

Mengembangkan sop baru

Jadwal produksi

Penggunaan kembali, pertukaran atau penjualan

kemnbali material B3

Efisiensi

Rumah tangga yang lebih baik

Pemeliharaan dan pemantauan peralatan yang lebih baik

Memperbaiki penelusuran keseimbangan masa dan

konservasi produk

Merubah proses

2. Reduksi limbah B3

Daur ulang, memperbaiki dan menggunakan kembali

(reuse)

Memperbaiki penelusuran limbah

Limbah sebagai bahan bakar dan material konstruksi

Pengolahan

Pelaksanaan produksi bersih perlu dukungan:

1. Pemerintah, dengan:

Memasukkan konsep produksi bersih ke dalam uu, peraturan

dan kebijakan nasional

Bahan Ajar PIK I-11

Menerapkan dan melaksanakan kebijakan yang akrab

lingkungan

Penegakan hukum pidana dan perdata

Proses mediasi dalam menyelesaikan konflik antara

perusahaan dan masyarakat sekitar

Pembinaan teknis dibidang pengendalian dampak

lingkungan, dll

2. Sektor swasta, sebagai bagian dari sistem manajemen lingkungan

3. Konsumen, dengan penggunaan barang/ jasa yang akrab

lingkungan

Bahan Ajar PIK I-12