Pengendalian Proses Teknik Kimia (Sebuah Pendahuluan)

Materi Pengendalian Proses Teknik Kimia
Referensi utama: Stephanopoulos, G., Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice, Prentice Hall Inc., NJ, 1984.

An Introduction to Chemical Process Control

Hingga paling tidak sampai tahun 1940an, sebagian besar dari pabrik kimia proses dijalankan secara manual. Peran operator sangat besar untuk memonitor variabel-variabel proses dari suatu pabrik. Tangki-tangki besar sering digunakan, meskipun terkadang tidak ekonomis karena harganya yang cukup mahal, untuk menyaring gangguan-gangguan proses yang mungkin terjadi dengan menjadi penyangga/buffer dengan mengisolasi satu bagian dari proses sebelum gangguan tersebut mempengaruhi proses yang berikutnya. 

Namun, dengan meningkatnya biaya pekerja dan peralatan yang diiringi dengan perkembangan proses yang masif, berkapasitas besar, dan kerumitan lebih tinggi, pada awal tahun 1950an pengoperasian pabrik yang manual menjadi tidak ekonomis dan tidak mungkin untuk dijalankan tanpa adanya peralatan yang mampu mengontrol gangguan secara otomatis. Pada tahap ini, feedback controllers digunakan di beberapa pabrik tanpa mempertimbangkan aspek dinamis dari proses itu sendiri. Hanya pengalaman dan rule of thumb saja yang digunakan untuk perancangan controllernya.

Barulah pada tahun 1960an, para engineer kimia mulai mengaplikasikan analisa dinamis dan teori pengendalian kedalam proses-proses teknik kimia. Banyak dari teknik-teknik tersebut di adaptasi dari ranah elektrik dan penerbangan. Melonjaknya harga energy pada tahun 1970an semakin meningkatkan kebutuhan akan sistem pengendalian yang efektif. Sebagai akibatnya, studi-studi terkait proses dinamik dan control semakin gencar dan vital dalam kurikulum teknik kimia hingga sekarang.

Lalu, seberapa pentingkah pengendalian proses tersebut perlu diterapkan dalam suatu proses kimia? Paling tidak ada 5 aspek penting yang dapat mempengaruhi suatu operasi pabrik kimia yang membuat peran pengendalian proses tersebut semakin kuat, yaitu:

1. Safety. Keamanan dan keselamatan suatu proses kimia merupakan suatu keharusan dan menjadi prioritas pertama dalam menjalankan suatu pabrik demi tercapainya keuntungan dan proses yang berkelanjutan. Oleh karena itu, tekanan, temperatur, konsentrasi senyawa kimia dan berbagai parameter prosesnya haruslah berada dalam batas yang diperbolehkan. Sebagai contoh, bila suatu reaktor di design pada tekanan hingga 10 bar, maka kita harus mengendalikan sistem tersebut sedemikian rupa agar tekanannya selalu berada dibawah dan tidak jauh dari 10 bar. Bila tekanannya berlebih, maka akan membahayakan proses, peralatan, dan pekerja yang berada disekitarnya.

2. Production spesifications. Suatu pabrik haruslah memproduksi produk dengan jumlah dan kualitas yang diinginkan. Sebagai contoh, misalkan suatu pabrik diharuskan untuk memproduksi 200 ton metanol per hari dengan kemurnian minimal 99,5%. Untuk memenuhi kebutuhan kuantitas dan kualitas metanol tersebut, dibutuhkan suatu sistem kontrol yang dapat membantu dan meringankan tugas kita untuk memastikan dan menjaga nilai-nilai tersebut agar keuntungan dan tujuan produksi kita tercapai.

3. Environemental regulations. Pada beberapa negara, termasuk di Indonesia, terdapat aturan-aturan yang mengatur batas ambang temperatur, konsentrasi zat kimia, dan laju alir dari suatu emisi yang dihasilkan dari pabrik kimia. Beberapa yang paling sering dimonitor diantaranya adalah kandungan SO2 yang diemisikan ke atmosfer hingga kualitas air yang dikirim ke badan air seperti sungai dan danau. Sistem kontrol dapat membantu kita untuk memastikan seluruh emisi tersebut memenuhi aturan ambang batas yang ditetapkan oleh lembaga setempat dimanapun pabrik itu berada.

4. Operational constraints. Beberapa peralatan yang digunakan di pabrik kimia memiliki batasan-batasan dalam pengoperasiannya. Batasan tersebut harus dipenuhi selama pengoperasian pabrik. Sebagai contoh, sebuah pompa haruslah dapat menjaga nilai NPSHnya, volume cairan didalam tangki tidak boleh melebih volume tangki tersebut agar tidak luber, kolom distilasi tidak boleh "banjir", temperatur reaktor berkatalis tidak boleh melebihi batas tertentu agar katalisnya tidak rusak dan sebagainya. Sistem kontrol sangat dibutuhkan untuk menjamin pemenuhan batasan operasi tersebut.

5. Economics. Pengoperasian pabrik harus memenuhi kondisi pasar seperti ketersediaan bahan baku atau tingkat pembelian dari produk yang dihasilkan. Proses tersebut harus seekonomis mungkin dalam hal penggunaan bahan baku, energi, hingga para pekerjanya. Oleh karena itu, kondisi operasi harus diatur dan dijaga sedemikian rupa agar selalu berada posisi optimal yang meminimalisasi biaya operasi namun juga menghasilkan keuntungan yang besar.

Secara garis besar, terdapat 3 cara sistem kontrol dapat memenuhi 5 aspek diatas:

Menekan pengaruh dari variable gangguan
Menjamin kestabilan proses kimia
Mengoptimalkan kinerja dari suatu proses kimia

Referensi Tambahan:
1. Luyben, W., Process Modelling, Simulation, and Control for Chemical Engineers, 2nd Ed, McGraw-Hill Publ. Co., Singapore, 1990
2. Seborg, D.E., Edgar, T.F., Mellichamp, D.A., Process Dynamics and Control, John-Wiley and Sons Inc. Singapore. 1989

Kimia Organik Teknik Kimia: Senyawa Aromatik (Tata Nama)

Materi Teknik Kimia, Kimia Organik: Senyawa Aromatik
Referensi: Organic Chemistry by David R Klein (2011), Organic Chemistry by Fessenden (1982)

Senyawa Aromatik (Tata Nama)

Senyawa ini disebut sebagai senyawa aromatik karena pada awalnya banyak senyawa golongan ini yang diisolasi dari tanaman dan pohon yang memberikan bau yang sedap atau dalam hal ini ber"aroma". Meskipun setelah itu para ahli kimia berhasil menemukan bahwa banyak juga senyawa turunan benzen yang nyatanya tidak berbau sama sekali, istilah "aromatik" masih dipakai untuk menggolongkan senyawa-senyawa turunan benzen tersebut.

Penamaan Senyawa Turunan Alkana : Benzena Monosubtituen 
Benzen dengan 1 buah subtituen (monosubtitusi) diberi nama dengan benzen sebagai rantai utamanya dan subtituennya sebagai bagian dari imbuhan pada namanya. Benzen yang diikat oleh gugus etil diberi nama etilbenzen. Benzen yang diikat oleh gugus -Cl (chloro) diberi nama klorobenzen. Benzene yang diikat oleh ion nitronium (NO2+) disebut sebagai nitrobenzen.

Contoh penamaan monosubtitusi benzena

Beberapa senyawa aromatik memiliki nama umum yang juga diterima oleh IUPAC selain nama strukturalnya. Metilbenzen lebih dikenal sebagai Toluene, nama yang dia peroleh dari awal mula ditemukan senyawa tersebut dari alam (tolu balsam, ekstrak tanaman yang berasal dari amerika selatan). Sementara Benzenol lebih dikenal sebagai Phenol. 

Toluene dan Phenol

Bila subtituennya memiliki rantai yang lebih panjang daripada rantai benzennya atau dengan kata lain bila subtituennya memiliki atom karbon lebih dari 6, maka yang berperan sebagai subtituennya kali ini adalah benzen itu sendiri dan disebut sebagai gugus fenil. Terkadang, gugus fenil yang berperan sebagai subtituen disimbolkan dengan huruf Ar untuk menandakan keberadaan cincin aromatik.

Benzena sebagai subtituen

Penamaan Senyawa Turunan Alkana : Benzena Disubtituen
Sistem penamaan senyawa turunan benzen yang memiliki 2 subtituen bisa menggunakan aturan angka maupun sistem orto, meta, para. Prefix orto menandakan bahwa kedua subtituen berada diposisi 1,2 satu sama lain dalam cincin benzen. Prefix meta menandakan bahwa kedua subtituen memiliki hubungan 1,3. Prefix para menandakan bahwa kedua subtituen memiliki hubungan 1,4. Penggunaan istilah ini eksklusif hanya untuk Benzena disubtituen dan tidak digunakan untuk sikloheksan dan sistem cincin lainnya.

konfigurasi orto meta para

Penamaan Senyawa Turunan Alkana : Benzena Polisubtituen
Terdapat beberapa langkah untuk memberikan nama benzena dengan subtituen yang lebih dari 2 yang sebenarnya berlaku pula dalam penamaan alkana, alkena, alkuna, dan alkohol yaitu sebagai berikut:

1. Tentukan dan beri nama rantai utamanya
2. Tentukan dan beri nama subtituennya
3. Berikan nomor pada tiap subtituen
4. Susun subtituen secara alfabetik

Rantai utamanya tidak selalu serta merta benzen saja namun bisa pula dan sering digunakan benzen yang telah tersubtitusi sebagai rantai utama. Misalnya kita ambil contoh senyawa berikut ini

Senyawa diatas memiliki rantai utama phenol yang merupakan benzen yang telah tersubtitusi oleh -OH. Sistem ini lebih efisien karena melihat phenol dengan 2 subtituen saja yaitu -Br. Meskipun sebenarnya kita bisa melihat senyawa tersebut sebagai benzen yang memiliki 3 subtituen yaitu -OH dan 2 buah -Br. Sayangnya, sistem penamaan ini dianggap kurang efisien dan tidak sering digunakan.

Berikutnya, perihal penomoran, bila rantai utamanya adalah benzena yang telah tersubtitusi seperti anilin dan toluen, maka nomor 1 dalam sistem penomorannya berada diposisi subtituen tersebut yaitu pada NH2 atau CH3. Pada contoh diatas, nomor 1 nya berada diposisi -OH karena rantai utamanya adalah Phenol.

Penomoran berikutnya (2,3,4,5,6) ditentukan sedemikian rupa sehingga subtituen kedua memiliki angka serendah mungkin. Lihat contoh berikut

Nomor 1 sudah pasti dimiliki oleh -OH. Penomoran berikutnya muncul pilihan apakah kita mengurutkan nomornya searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Bila kita memilih searah jarum jam, subtituen berikutnya (-Br) baru ditemukan pada posisi nomor 3 sementara bila kita memilih berlawanan arah jarum jam, subtituen berikutnya (-Cl) sudah ditemukan pada posisi nomor 2. Oleh karenanya, penomoran dipilih yang berlawanan arah jarum jam karena subtituen kedua memiliki angka yang paling rendah yaitu 2.

Catatan terakhir, pastikan penyusunan namanya diurutkan sesuai alfabet. Pada contoh diatas yang dalam bahasa inggris, Bromo ditulis terlebih dahulu daripada Chloro.