Pembelajaran Proses Kimia Berbasis Komputer

Pada pabrik kimia modern hampir semua telah menggunakan komputer untuk menjalankan proses di pabrik tersebut. Sistem berbasis komputer tersebut adalah DCS (Distributed Control System), yang fungsinya mengontrol proses dalam pabrik kimia yang dijalankan tersebut. Dengan DCS seluruh unit dalam pabrik kimia mudah dipantau (dimonitor) sekaligus dikontrol sesuai kemauan operator. Calon operator baru perlu dikenalkan dan dilatih dengan mekanisme kerja dan penggunaan DCS. Calon operator baru sebaiknya juga ditraining pada miniplant atau unit proses manual dan berbasis komputer sebelum masuk ke pabrik kimia sebenarnya. Operator yang bekerja beberapa bulan biasanya sudah terlatih mengoperasikan pabrik menggunakan DCS tersebut. Ketika para operator pabrik tersebut hanya menjalani rutinitas tersebut, maka biasanya mereka akan jenuh dan produktivitas kerja akan menurun. Kondisi ini harus diantisipasi oleh manajemen ataupun pemilik pabrik tersebut sehingga bisa segera diatasi permasalahannya. Salah satu yang bisa dilakukan adalah membuat training untuk penyegaran tentang teori dasar sekaligus meng-upgrade kemampuan mereka terkait proses kimia tersebut. Upgrade kemampuan operator jelas mempunyai banyak manfaat bagi pemilik pabrik ataupun bagi operator itu sendiri, seperti antisipasi berbagai kegagalan proses dan kecelakaan, punya pemahaman trouble shooting, maintenance hingga mampu optimasi proses dalam pabrik tersebut.

Pada pabrik kimia yang dijalankan secara manual hampir semua indikasi proses seperti flowrate, tekanan, suhu, dan sebagainya dibaca pada alat instrument secara lokal. Pengontrolan seperti membuka dan menutup kran juga dilakukan secara manual. Pabrik kimia yang besar atau unit proses tertentu selanjutnya bisa dibuat miniaturnya berupa miniplant atau unit proses, dengan tujuan semua proses atau sebagian proses yang ingin ditinjau dan disimulasikan bisa dengan mudah diamati lebih khusus misalnya variabel tertentu yang kritis dalam pabrik kimia atau unit proses tersebut. Untuk maksud tersebut bisa saja bahan yang tembus pandang (transparan) seperti kaca atau akrilik digunakan terutama menyesuaikan variabel atau fenomena proses yang akan diamati, dan juga dengan proses kimia yang bisa diamati secara visual akan lebih memudahkan pemahaman operator, lebih detail baca disini. Untuk pemahaman dasar operasi proses kimia spesifik pada pabrik kimia tersebut, maka miniplant atau unit proses manual tersebut sudah sangat memadai untuk melatih para operator tersebut, terutama adalah operator baru.

Sedangkan apabila dibutuhkan alat simulasi yang lebih mewakili dengan kondisi aktual pabrik kimia, maka pembelajaran proses kimia berbasis komputer menjadi pilihan. Dengan tujuan tidak hanya memberi pembekalan bagi calon operator baru yang akan masuk di pabrik kimia tetapi juga untuk menyegarkan tentang teori dasar sekaligus meng-upgrade kemampuan operator juga maka konfigurasi alat dan konten pembelajaran akan diperkaya. Miniplant atau unit proses manual selanjutnya juga bisa diupgrade dengan basis komputer tersebut. Pada miniplant atau unit proses berbasis komputer ini maka pengamatan menggunakan sensor-sensor, kemudian data-data yang diambil sensor tersebut diolah oleh software sehingga output yang dihasilkan dapat lebih cepat dan lebih akurat. Pengkayaan pada konten software sesuai tujuan daiatas adalah menampilkan tujuan proses kimia dilengkapi teori dasarnya, pengukuran, pemodelan, analisis data dan pengontrolan.

Dengan pemodelan suatu model numerik dari suatu perubahan sistem dan perubahan dinamis suatu sistem dapat digambarkan secara bertahap. Pemodelan juga memungkinkan menyelesaikan permasalahan riil yang sulit dipecahkan secara analitik. Pada analisis data, data yang diambil dari pengukuran atau yang dihasilkan model atau bahkan yang diambil dari file lain dapat diolah dengan software. Output dari software untuk analisis data adalah suatu informasi yang informatif dan atraktif seperti numerik, grafik, diagram dan tabel sehingga bisa dengan mudah untuk menarik kesimpulan untuk disinkronkan dengan tujuan semula. Software juga dapat digunakan untuk membuat program sederhana untuk mengontrol sistem pada miniplant atau unit proses tersebut.

Jadi secara umum keunggulan utama penggunaan software pada pembelajaran proses kimia adalah kemampuannya melakukan integrasi semua perangkat, melakukan analisa, pemodelan dan fungsi kontrol. Perangkat yang diintegrasikan dalam software yakni piranti antarmuka (interface) dan sensor. Piranti antarmuka atau interface adalah perangkat penghubung/perantara antara aplikasi perangkat lunak (software) dengan sensor. Sedangkan sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik atau kimia. Sensor dihubungkan ke interface lalu mengukur kuantitas perubahan fisik yang terjadi dan mengubahnya menjadi tegangan output yang dapat dibaca interface. Ada sangat banyak sensor tersedia, tinggal memilih yang sesuai kebutuhan dan tujuan proses kimia yang akan dijalankan. Pada akhirnya setelah operator mendapat training pembelajaran proses kimia berbasis komputer maka akan lebih mudah menjalankan DCS bahkan memiliki pengetahuan lebih dalam tentang proses kimia dalam pabrik kimia atau unit proses tersebut.

Model Untuk Alat dan Proses Pabrik Kimia dengan Plastik Akrilik dan Kaca

Seperti halnya pada bidang biologi atau kedokteran ataupun bidang lainnya, dalam ilmu teknik kimia yang merupakan ilmu untuk merancang dan menjalankan pabrik kimia sangat dibutuhkan juga berupa model sehingga memudahkan bagi siapa saja yang berkecimpung di bidang ini, baik akademisi, peneliti maupun praktisi industri kimia. Tujuan pembuatan model atau peraga tersebut untuk training operator baru atau pengenalan dasar maupun sampai tahap ujicoba dan penelitian bisa dilakukan dengan model bahan dari plastik akrilik dan kaca. Proses yang terjadi di pabrik kimia banyak yang tidak bisa diamati secara visual karena sebagian besar berada di pipa-pipa dan kolom atau menara yang tinggi.  Pemilihan bahan akrilik dan kaca karena keduanya transparan (tembus pandang) sehingga proses tersebut menjadi tidak “misterius” karena bisa diamati secara visual dan ada indikasi dengan alat ukur (instrument) yang dipasang. Bahan dari logam juga kadang masih dibutuhkan untuk mendukung model atau peraga tersebut. Tentu saja, akrilik dan kaca juga memiliki kekurangan dan kelebihan masing-masing misalnya terkait mudah pecah, ketahanan panas dan tekanan dan sebagainya sehingga juga harus dipilih variabel atau proses tertentu yang bisa dijalankan secara efektif dengan material tersebut.

Skema HE (Heat Exchanger)

Skema Distillation Column

Skema Packed Column

Pengenalan dan pemahaman proses bisa dilakukan dengan pengenalan bentuk dan bagian-bagian detailnya atau pada model statis. Bentuk-bentuk alat yang rumit dan yang pemasangan tersembunyi pada alat sesungguhnya (aktual) bisa diamati dengan mudah. Analogi dengan model pada biologi atau kedokteran tentang tubuh manusia misalnya, yakni pada subject anatomi khususnya, maka organ seperti ginjal, pankreas, atau lever juga bisa diamati dengan mudah bahkan disentuh dan dipegang dengan media berupa model atau peraga tersebut. Komponen berupa baffle, flange, gasket dan sebagainya pada alat heat exchanger juga demikian ataupun bubble cap, sieve tray, packing, distributor dan berbagai interior kolom juga sama halnya. Walaupun proses tidak berjalan atau beroperasi tetapi model statis sangat membantu terutama pada orang yang baru terjun dalam proses kimia.

Selanjutnya meningkat pada model dinamis atau model yang bisa beroperasi secara sesungguhnya baik hanya satu macam proses seperti dekantasi atau hidrodinamika kolom atau bahkan rangkaian dari beberapa proses misalnya pencampuran/pengadukan/mixing, fluidisasi dan stripper dalam kolom bahan isian (packing column), sehingga menjadi satu kesatuan atau berupa miniplant. Tinjauan berupa fenomena proses kimia misalnya pressure drop, kavitasi pompa dan sebagainya bisa banyak diekspose dan diamati lebih detail dengan model jenis ini atau model dinamis. Perfomance atau unjuk kinerja model juga bisa dievaluasi, apalagi jika kondisi operasi mendekati kondisi aktual, hal ini sungguh menarik. Ukuran atau dimensi atau skala kapasitas pada jenis model miniplant sebaiknya juga jangan dibuat terlalu kecil sehingga fenomena proses bisa diamati dengan jelas dan bisa mewakili proses aktual di lapangan (pabrik kimia). Instrument seperti alat ukur perlu dilengkapi sehingga kondisi operasi proses bisa terbaca dan dijalankan secara terukur (terkontrol). Keuntungan lainnya bagi pihak yang berminat untuk mengembangkan dengan scale up pada kapasitas pabrik kimia yang sebenarnya (commercial /industrial scale) maka model miniplant sudah mendekati kondisi aktual. Selain itu model tersebut juga bisa digunakan untuk mengenalkan mekanisme kinerja alat-alat dalam pabrik kimia terutama bagi pendatang baru atau simulasi bagi para operator pabrik yang sudah berpengalaman untuk operasional pabrik yang lebih baik (advanced) atau optimasi proses.