Water Pinch Analysis

Water pinch analysis (WPA) dikembangkan oleh Wang and Smith (1994) dgn memodelkan water-using operations sbg mass-transfer operations. Air masuk ke satu unit operasi tertentu dgn konsentrasi contaminant (pengotor) tertentu. Di dlm unit tsb konsentrasi pengotor meningkat krn adanya mass-transfer dr unit operasi tsb. Akibatnya, air keluaran unit tsb memiliki konsentrasi pengotor yg lbh tinggi. Ini yg sering disebut sbg mass-transfer based operations.

Concentration yg mrpkn property dianalogikan spt temperature di kasus heat integration. Kemudian aliran (stream) diurutkan berdasarkan konsentrasi msg2. Katakanlah mulai dr aliran yg memerlukan fresh water, yakni konsentrasi 0 ppm. Level konsentrasi di bawahnya mungkin 50 ppm, kemudian 100 ppm, dst. Dari setiap level konsentrasi tsb, dihitung mass load pengotor dgn mengalikan laju alir masing2 level dgn level konsentrasi yg mengapitnya (level yg lbh rendah dan lbh tinggi). Untuk aliran2 yg overlap di setiap level konsentrasi, total mass load pengotornya dijumlahkan utk level tsb. Laju alirnya kemudian diakumulasikan. Metode ini mirip dgn ketika kita membuat heat dan cold composite curve di heat integration.

Misalnya kita punya data spt di bawah, dgn laju alir setiap stream, konsentrasi pengotor di masing2 stream (masuk dan keluar dr unit2 operasi), dan total mass load pengotor yg diambil. Laju alir setiap stream ini disebut sbg limiting water flowrate nya krn inilah laju alir minimum air yg diperlukan oleh proses tsb. Laju alir yg lbh rendah gak diperbolehkan krn berbagai alasan (misal: mmg keperluannya atau utk menghindari fouling). Laju alir yg lbh tinggi boleh, tp kita di sini ingin mengurangi penggunaan air, sehingga digunakanlah limiting water flowrate ini.

Nah, dr data ini kita buat water composite line utk keseluruhan unit operasi dgn cara yg udah dijelaskan secara singkat di atas. Untuk cara yg lbh jelasnya bisa dilihat di berbagai literature atau hubungi penulis J. Gbr di bawah dibuat di MS Excel sbg toolkit sederhana yg dpt memasukkan jumlah aliran sebanyak mungkin. Utk menentukan laju alir minimum air yg diperlukan utk keseluruhan unit operasi ini kita akan menarik garis dr sumbu x ke arah water composite line tsb.

Di gbr ini, jumlah air yg diberikan ke seluruh sistem adalah sekitar total jumlah air yg diperlukan utk masing2 limiting water flowrate, yakni 170 ton/hr. Bisa dilihat dr kebalikan kemiringan garis tsb (inverse slope) krn kemiringannya merupakan konsentrasi dibagi dgn mass load contaminant. Meskipun nilai masing2 flowrate merupakan nilai minimum utk setiap unit operasi, tetapi utk keseluruhan unit operasi nilai ini msh bisa dikurangi lg. Caranya adalah dgn menarik garis tsb sampai menyentuh (pinch) water composite line nya. Jumlah air total minimum yg diperlukan utk keseluruhan sistem berkurang mjd sekitar 90 ton/hr, berkurang hampir 50%! Konsentrasi terakhir dr seluruh aliran ini jg bisa dilihat dr grafik yaitu sekitar 455 ppm.

Dengan cara ini kita bisa lihat bahwa nilai minimum untuk keseluruhan unit ternyata bukanlah jumlah nilai minimum masing2 unit, tetapi bisa lbh rendah drpd itu. Melihat sistem secara keseluruhan inilah yg disebut sbg process integration, dan teknik WPA ini adalah salah satu metode di dlmnya. Nilai total minimum ini akan diperoleh dgn mereuse dan/atau merecycle aliran2 tsb. Caranya akan dibah

Pemodelan water-using operation sbg mass-transfer based memiliki kelemahan mendasar. Yakni tidak bisa memodelkan unit operasi yg laju alir masuk dan keluarnya berbeda spt cooling tower, atau unit yg hanya memiliki laju alir masuk atau laju alir keluar saja. Untuk menyeleseikan permasalahan ini kita akan membahas material reuse/recycle pinch diagram.

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: