Process engineering
Process engineering adalah pemahaman dan penerapan prinsip-prinsip dasar dan hukum alam yang memungkinkan manusia untuk mengubah bahan mentah dan energi menjadi produk yang berguna bagi masyarakat, pada tingkat industri. Dengan memanfaatkan kekuatan pendorong alam seperti tekanan, suhu dan gradien konsentrasi, serta hukum kekekalan massa, para ahli teknik proses dapat mengembangkan metode untuk mensintesis dan memurnikan produk kimia yang diinginkan dalam jumlah besar. Rekayasa proses berfokus pada desain, operasi, kontrol, optimasi, dan intensifikasi proses kimia, fisika, dan biologi. Rekayasa proses mencakup berbagai macam industri, seperti pertanian, otomotif, bioteknologi, kimia, makanan, pengembangan material, pertambangan, nuklir, petrokimia, farmasi, dan pengembangan perangkat lunak. Penerapan metode berbasis komputer yang sistematis untuk rekayasa proses adalah "rekayasa sistem proses".
Gambaran Umum
Rekayasa proses melibatkan pemanfaatan berbagai alat dan metode. Bergantung pada sifat sistem yang tepat, proses perlu disimulasikan dan dimodelkan menggunakan matematika dan ilmu komputer. Proses yang relevan dengan perubahan fase dan kesetimbangan fase memerlukan analisis menggunakan prinsip dan hukum termodinamika untuk mengukur perubahan energi dan efisiensi. Sebaliknya, proses yang berfokus pada aliran material dan energi saat mendekati kesetimbangan paling baik dianalisis menggunakan disiplin ilmu mekanika fluida dan fenomena transportasi. Disiplin ilmu dalam bidang mekanika perlu diterapkan dengan adanya fluida atau media berpori dan terdispersi. Prinsip-prinsip rekayasa material juga perlu diterapkan, jika relevan.
Manufaktur di bidang rekayasa proses melibatkan implementasi langkah-langkah sintesis proses. Terlepas dari alat yang tepat yang diperlukan, rekayasa proses kemudian diformat melalui penggunaan diagram alir proses (PFD) di mana jalur aliran material, peralatan penyimpanan (seperti tangki dan silo), transformasi dan laju alir ditentukan, serta daftar semua pipa dan konveyor beserta isinya, sifat material seperti densitas, viskositas, distribusi ukuran partikel, laju alir, tekanan, temperatur, dan bahan konstruksi untuk perpipaan dan operasi unit.
Diagram aliran proses kemudian digunakan untuk mengembangkan diagram perpipaan dan instrumentasi (P&ID) yang secara grafis menampilkan proses aktual yang terjadi. P&ID dimaksudkan untuk menjadi lebih kompleks dan spesifik daripada PFD. P&ID mewakili pendekatan yang tidak terlalu rumit untuk desain. P&ID kemudian digunakan sebagai dasar desain untuk mengembangkan "panduan operasi sistem" atau "spesifikasi desain fungsional" yang menguraikan operasi proses. Ini memandu proses melalui pengoperasian mesin, keselamatan dalam desain, pemrograman, dan komunikasi yang efektif antara para insinyur.
Dari P&ID, tata letak yang diusulkan (pengaturan umum) dari proses dapat ditunjukkan dari pandangan atas (rencana plot) dan pandangan samping (ketinggian), dan disiplin ilmu teknik lainnya yang terlibat seperti insinyur sipil untuk pekerjaan di lapangan (pemindahan tanah), desain pondasi, pekerjaan desain pelat beton, baja struktural untuk mendukung peralatan, dll. Semua pekerjaan sebelumnya diarahkan untuk menentukan ruang lingkup proyek, kemudian mengembangkan estimasi biaya untuk mendapatkan desain yang terpasang, dan jadwal untuk mengkomunikasikan kebutuhan waktu untuk rekayasa, pengadaan, fabrikasi, instalasi, komisioning, startup, dan produksi proses yang sedang berlangsung.
Bergantung pada akurasi yang dibutuhkan dari estimasi biaya dan jadwal yang diperlukan, beberapa iterasi desain biasanya diberikan kepada pelanggan atau pemangku kepentingan yang memberikan umpan balik atas kebutuhan mereka. Insinyur proses memasukkan instruksi tambahan ini (revisi ruang lingkup) ke dalam desain keseluruhan dan perkiraan biaya tambahan, dan jadwal dikembangkan untuk persetujuan pendanaan. Setelah persetujuan pendanaan, proyek dijalankan melalui manajemen proyek.
Bidang utama yang menjadi fokus dalam rekayasa proses
Kegiatan rekayasa proses dapat dibagi menjadi beberapa disiplin ilmu berikut:
- Desain proses: sintesis jaringan pemulihan energi, sintesis sistem distilasi (azeotropik), sintesis jaringan reaktor, diagram alir dekomposisi hirarkis, optimasi suprastruktur, desain pabrik batch multiproduk, desain reaktor produksi untuk produksi plutonium, desain kapal selam nuklir.
- Kontrol proses: model kontrol prediktif, ukuran kemampuan kontrol, kontrol robust, kontrol nonlinier, kontrol proses statistik, pemantauan proses, kontrol berbasis termodinamika, yang dilambangkan dengan tiga hal penting, yaitu kumpulan pengukuran, metode pengambilan pengukuran, dan sistem pengendalian pengukuran yang diinginkan.
- Operasi proses: penjadwalan jaringan proses, perencanaan dan optimasi multi periode, rekonsiliasi data, optimasi waktu nyata, ukuran fleksibilitas, diagnosis kesalahan.
- Alat pendukung: simulasi modular berurutan, simulasi proses berbasis persamaan, sistem AI/pakar, pemrograman nonlinier skala besar (NLP), optimasi persamaan aljabar diferensial (DAE), pemrograman nonlinier bilangan bulat campuran (MINLP), optimasi global, optimasi dalam ketidakpastian, dan penyebaran fungsi kualitas (QFD).
- Ekonomi Proses: Ini termasuk menggunakan perangkat lunak simulasi seperti ASPEN, Super-Pro untuk mengetahui titik impas, nilai sekarang bersih, penjualan marjinal, biaya marjinal, laba atas investasi pabrik industri setelah analisis perpindahan panas dan massa pabrik.
- Analisis Data Proses: Menerapkan analisis data dan metode pembelajaran mesin untuk masalah proses manufaktur.
Sejarah rekayasa proses
Berbagai teknik kimia telah digunakan dalam proses industri sejak dahulu kala. Namun, baru setelah munculnya termodinamika dan hukum kekekalan massa pada tahun 1780-an, rekayasa proses dikembangkan dan diimplementasikan dengan baik sebagai disiplin ilmu tersendiri. Serangkaian pengetahuan yang sekarang dikenal sebagai rekayasa proses kemudian ditempa dari uji coba dan kesalahan selama revolusi industri.
Istilah proses, yang berkaitan dengan industri dan produksi, sudah ada sejak abad ke-18. Selama periode waktu ini, permintaan untuk berbagai produk mulai meningkat secara drastis, dan para insinyur proses diminta untuk mengoptimalkan proses di mana produk-produk ini dibuat.
Pada tahun 1980, konsep rekayasa proses muncul dari fakta bahwa teknik dan praktik teknik kimia digunakan di berbagai industri. Pada saat itu, teknik proses telah didefinisikan sebagai "seperangkat pengetahuan yang diperlukan untuk merancang, menganalisis, mengembangkan, membangun, dan mengoperasikan, dengan cara yang optimal, proses-proses yang mengubah material". Pada akhir abad ke-20, teknik proses telah meluas dari teknologi berbasis teknik kimia ke aplikasi lain, termasuk teknik metalurgi, teknik pertanian, dan teknik produk.
Disadur dari: en.wikipedia.org