Water-using operations: mass-transfer and non mass-transfer based

Air digunakan di berbagai unit proses spt di reaksi2 kimia, proses ekstraksi, steam stripping, steam ejector utk produksi vakum, kebutuhan steam, cooling water, dan pembersihan peralatan2 dan perlengkapan proses [1]. Tentunya ada persyaratan2 tertentu spt jumlah dan kualitas air, baik yg digunakan dan maupun yg dikeluarkan oleh operasi2 tsb. Kondisi2 ini memberikan akses bagi pemanfaatan konsep water reuse, regeneration, dan recycle utk menghasilkan operasi2 yg lbh efisien dlm penggunaan air. Artikel kali ini hanya memberikan insight mengenai 2 jenis operasi penggunaan air.

Secara garis besar, operasi2 yg menggunakan air tsb dpt dibedakan mjd dua jenis, yaitu mass-transfer based dan non mass-transfer based. Utk operasi2 yg mass-transfer based, mereka punya satu kesamaan yaitu air mengalami kontak dengan suatu material di unit operasi dan menjadi terkontaminasi atau mengalami peningkatan konsentrasi material tsb di dlm aliran air tadi. Contoh umumnya adalah ekstraksi, stripping kolom, dan operasi2 pembersihan (washing). Idealnya, aliran air yg murni masuk ke suatu unit proses  dan material yg ada di proses tsb berpindah ke aliran air, sehingga aliran air tsb mengalami peningkatan konsentrasi material yg diangkutnya tsb. Ilustrasi proses mass transfernya terlihat spt gbr di bawah.

Gbr. 1 Ilustrasi mass transfer-based water-using operation

Gbr. 2 Schematic diagram representing mass transfer-based water-using operation

Secara matematis, plot konsentrasi dan mass load of contaminant yg dialami aliran air tsb terlihat di gbr 2. Konsentrasi keluaran (Cout) lbh tinggi dr konsentrasi masuknya (Cin). Dr gbr 2, laju aliran airnya didefinisikan dgn:

Di mana Δmi adalah mass load of contaminant yg dipindahkan dr proses (mis: unit operasi itu sendiri atau kontak dgn material di dlmnya) ke aliran air. Sehingga utk sejumlah load tertentu, Δmi, jika laju aliran airnya berkurang, maka konsentrasi contaminant di aliran keluaran air tsb akan meningkat. Hal ini diilustrasikan di gbr berikut, di mana jika laju alir air menurun maka kemiringan garisnya akan semakin tajam:

Gbr. 3 Penurunan laju air

Penurunan laju air mungkin dibatasi oleh sejumlah keperluan tertentu di mana terdpt laju minimum utk bisa beroperasi atau konsentrasi maksimum material tertentu. Batasan2 ini biasanya berupa solubilitas maksimum, batas korosi, fouling, minimum driving force utk mass transfer, jumlah minimum keperluan air, dan konsentrasi maksimum yg bisa diterima oleh unit2 di hilirnya.

Utk menurunkan jumlah konsumsi airnya, masing2 unit operasi tsb dpt disuplai oleh air yg “bersih” atau air dgn level kontaminasi terendah yg ada. Akan tetapi, untuk secara keseluruhan sistem operasi yg menggunakan air, jumlah yg diperlukan tsb bisa sgt tinggi.  Akibatnya operating cost jg akan tinggi (terutama di negara2 yg sgt membatasi pemakaian air). Meskipun demikian, sejumlah unit operasi tertentu mungkin dpt menggunakan air yg tidak “bersih”, atau memiliki sejumlah kontaminasi tertentu. Menaikkan nilai konsentrasi inlet aliran air tsb dpt membuka celah utk reuse air dr operasi lainnya. Jika konsentasi inlet ini dinaikkan ke nilai maksimum yg bisa diterima oleh unit2 operasi tsb, dan jg konsentrasi keluarannya ke nilai maksimal, maka laju alir air yg bersangkutan disebut sbg limiting water flowrate. Hal ini sering jg disebut sebagai konsep limiting water profile, spt gbr di bawah.

Gbr. 4 Konsep Limiting Water Profile

Limiting water profile ini digunakan utk melihat daerah feasible dan tak feasible dlm menentukan laju alir air. Laju alir air akan disebut sbg feasible jika nilainya berada di bawah limiting water profilenya. Konsep ini, jika digunakan secara maksimal akan menurunkan jumlah laju alir air yg digunakan secara keseluruhan.

Sementara itu dlm perkembangan selanjutnya, konsep ini terlihat memiliki kelemahan yg cukup vital. Konsep limiting water profile ini menggambarakan proses di mana aliran air masuk dgn konsentrasi kontaminan tertentu, mengalami perpindahan massa, dan keluar dgn konsentrasi kontaminan yg lbh besar. Akan tetapi, banyak unit operasi yg tidak bisa dimodelkan spt ini spt reaktor, boiler, cooling tower, dan unit2 lainnya yg memiliki banyak inlet dan outlet stream utk air. Ada jg yg hanya memerlukan air dan mengonsumsinya, alias tanpa aliran air keluar. Dan sebaliknya. Operasi sejenis ini disebut sbg non mass-transfer based water-using operations. Di sini, yg jadi perhatian utama adalah jumlah air dan konsentrasi kontaminan yg dimilikinya. Bukan jumlah kontaminan yg diambil pada proses perpindahan massa di dlm unit operasi tsb. Secara skematik, salah satu unit operasi yg bukan mass-transfer based adalah sbb:

Gbr. 5 Sebuah reaktor yg tidak bisa dimodelkan sbg mass-transfer based operations

Definisi2 ini penting utk dipahami agar nantinya kita bisa menentukan dengan metode spt apakah kita akan menganalisis sistem penggunaan air, dan bagaimana kita akan mengoptimalkannya.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: