Forward-backward process synthesis

Sintesis proses atau process synthesis secara definisi merupakan proses pembuatan flowsheet jika kita memiliki suatu bahan baku dgn spesifikasi tertentu dan kita ingin mengubahnya mjd suatu produk dgn spesifikasi tertentu pula. Dalam mencapai tujuan ini, tentunya banyak alternatif flowsheet yg kita temukan. Ruang lingkup flowsheet ini bisa berupa rangkaian unit2 proses, dgn produk akhir berupa process flow diagram, atau hanya berupa rangkaian blok2 proses, dgn produk akhir berupa block diagram. Tentunya process flow diagram (PFD) lebih detail menunjukkan diagram alir proses tsb dibandingkan dgn block diagram (BD). Pada dasarnya, sintesis proses dgn hasil akhir PFD sudah memiliki satu rute reaksi yg telah ditentukan terlebih dahulu. Sementara sintesis proses dgn hasil akhir BD, rute reaksi yg memungkinkan msh belum ditentukan. Tulisan kali ini akan membahas ruang lingkup yg terakhir, di mana alternatif2 rute reaksi msh dievaluasi.

Jika kita memiliki bahan baku tertentu dgn produk akhir yg tertentu pula, akan tetapi ada banyak alternatif rute reaksi yg memungkinkan, maka alternatif2 rute reaksi ini mesti masuk dalam perhitungan kita. Pertanyaannya adalah rute reaksi yg mana yg secara ekonomis menguntungkan dan layak secara teknikal? Apakah ini berarti kita mesti mengevaluasi semua alternatif2 tsb? Informasi2 apa saja yg setidaknya kita perlukan utk evaluasi ini tanpa harus menghabiskan waktu dan tenaga utk hal2 yg terlalu detail, dan boleh jadi tidak diperlukan?

Salah satu solusi dari permasalahan ini adalah dgn menggunakan konsep forward-backward process synthesis [1, 2]. Konsep ini dikembangkan dlm kerangka sintesis kilang minyak hayati atau biorefinery. Secara sederhana perhatikan sketsa di bawah.

Process synthesis_forward_backward1

Dari bahan baku yg ada, kita tau ada bbrp proses yg tersedia (ditunjukkan dgn garis yg menghubungkan dua titik) utk mengolah bahan baku ini menjadi barang setengah jadi (intermediate). Ini yg disebut sebagai forward synthesis. Dan ini adalah satu langkah maju atau one step forward process synthesis. Barang setengah jadi ini mungkin jg bisa diolah menjadi barang setengah jadi lainnya lewat satu proses lg. Penambahan ini adalah two steps forward process synthesis. Suatu barang setengah jadi jg bisa dihasilkan dr bahan baku (atau barang setengah jadi lainnya) lewat bbrp macam proses yg berbeda.

Dgn cara yg sama, kita berjalan dari produk yg diinginkan. Tetapi berjalan mundur atau backward. Produk yg kita inginkan bisa dibuat dari suatu barang setengah jadi dgn satu proses tertentu. Ini adalah one step backward. Dan barang setengah jadi ini bisa dibuat dari satu barang setengah jadi lainnya. Dan ini adalah two steps backward process synthesis. Spt di sintesis forward, produk tsb (atau barang setengah jadi yg ada) bisa dihasilkan dari suatu barang setengah jadi lainnya lewat bbrp macam proses yg berbeda.

Ambil contoh, dari bahan baku (RM) kita bisa membuat Intermediate 3 lewat process RM-3 dan jg process RM-3a. Sementara itu, kita bisa membuat produk P dari Intermediate B (lewat proses B-P atau proses B-Pa) dan jg dari intermediate C. Kemudian, kita mungkin bisa mengetahui bahwa intermediate B ternyata sama dgn intermediate 3. Dan mungkin jg intermediate C bisa dibuat dari intermediate 3 lewat proses 3-C. Demikianlah konsep ini dijelaskan secara sederhana lewat contoh.

Dgn cara ini, kita bisa melihat dgn jelas apakah barang setengah jadi yg terdapat dr sintesis forward adalah barang setengah jadi yg sama yg kita dapatkan dari sintesis backward. Atau kita bisa membuat barang setengah jadi dari sintesis backward dari barang setengah jadi lainnya dari sintesis forward. Dgn begini, kita bisa melihat secara keseluruhan rute2 proses yg memungkinkan utk membuat produk yg kita inginkan dgn bahan baku yg ada.

Data minimal yg kita mesti punyai agar bisa melakukan evaluasi adalah:

  1. Yield; sehingga kita tau berapa produk atau bahan baku yg diperlukan dlm proses2 tsb. Jg utk mengetahui seberapa besar kapasitas proses yg diperlukan.
  2. Perkiraan kasar investasi; sehingga utk setiap kapasitas proses yg diperlukan kita bisa menghitung berapa investasi yg diperlukan.
  3. Harga bahan baku; sehingga kita bisa menghitung perkiraan awal biaya operasi.

Agar proses evaluasi ini bisa efisien dan kita tidak kehabisan energy hanya utk menyelesaikan permasalahan ini secara matematika, setiap koneksi proses bisa kita evaluasi secara terpisah. Dalam artian, dari satu barang ke barang lainnya, proses2 alternatif bisa kita bandingkan satu sama lain dari segi yield dan investasinya. Evaluasi ini gak mesti menghasilkan satu proses yg plg optimum, krn proses ini bisa jadi memerlukan proses hilir (downstream process) yg mungkin memberikan  yield dan investasi yg lbh buruk dibandingkan proses alternatif yg kita anggap kurang optimum.

Dgn cara ini kita bisa mengurangi jumlah alternatif2 rute yg perlu dievaluasi. Pada akhirnya kita mungkin akan memiliki 2 atau 3 rute reaksi dari bahan baku ke produk yg mesti dievaluasi. Dan ini bisa diseleseikan dgn mudah lewat excel.

Kelemahan dr penyederhanaan ini adalah mengabaikan reaktan2 lain, yg mungkin diperlukan di proses2 yg terlibat, yg mungkin memiliki dampak ekonomi yg signifikan. Faktor ini bisa dilibatkan jg dgn menambahkan informasi yg diperlukan, spt reaktan2 yg diperlukan utk setiap rute reaksi dan harganya. Faktor2 ini akan menyebabkan ukuran model matematika kita mjd lbh besar. Akan tetapi, hasilnya akan lebih akurat.

Referensi:

  1. Pham, V., 2011, Process Synthesis and Optimization of Biorefinery Configurations, PhD Thesis, Texas A&M University.
  2. El-Halwagi, M. M., 2012, Sustainable Design Through Process Integration, Elsevier.

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: