Kimia hijau

Kimia hijau, yang sering disebut juga sebagai kimia berkelanjutan atau kimia sirkular, merupakan cabang dari kimia dan teknik kimia yang berfokus pada pengembangan produk dan proses yang mengurangi atau bahkan menghilangkan penggunaan serta pembentukan bahan kimia berbahaya. Sementara konsep kimia lingkungan lebih menekankan dampak bahan kimia terhadap pencemaran lingkungan, pendekatan kimia hijau lebih menekankan pada pengurangan penggunaan sumber daya tak terbarukan dan penerapan teknologi untuk mencegah polusi.

Secara spesifik, kimia hijau bertujuan untuk mengurangi dampak negatif kimia terhadap lingkungan dengan mengurangi konsumsi sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui dan dengan menggunakan teknologi yang meminimalkan polusi. Pendekatan ini melibatkan desain molekul, bahan, produk, dan proses yang lebih efisien dalam penggunaan sumber daya serta lebih aman bagi lingkungan.

Dengan demikian, visi utama dari kimia ramah lingkungan adalah untuk menciptakan solusi yang menyeluruh dalam berbagai konteks, mencakup aspek desain yang berkelanjutan dan keselamatan dalam penggunaan bahan kimia. Hal ini bertujuan untuk mendorong perkembangan industri dan teknologi yang lebih ramah lingkungan serta mendukung keberlanjutan dan keseimbangan ekologis secara global.

Sejarah

Kimia hijau merupakan hasil dari berbagai konsep dan upaya penelitian yang telah ada sebelumnya, seperti ekonomi atom dan katalisis, yang mulai mendapatkan perhatian luas pada awal tahun 1990-an. Peningkatan kesadaran terhadap masalah pencemaran lingkungan akibat bahan kimia serta keprihatinan atas penipisan sumber daya alam turut mempengaruhi perkembangan kimia hijau. Di Eropa dan Amerika Serikat, perhatian terhadap masalah lingkungan telah membawa perubahan dalam strategi penyelesaian masalah, dengan bergesernya fokus dari regulasi komando dan kontrol serta pengurangan emisi industri secara langsung, menuju upaya pencegahan aktif polusi lingkungan melalui desain teknologi produksi yang inovatif.

Konsep-konsep yang membentuk dasar dari kimia hijau mulai terintegrasi secara lebih menyeluruh pada pertengahan hingga akhir dekade 1990-an, seiring dengan penyebaran penggunaan istilah tersebut yang lebih luas. Istilah "kimia ramah lingkungan" menjadi lebih dominan dibandingkan istilah-istilah lain seperti kimia "bersih" atau "berkelanjutan". Di Amerika Serikat, Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) memainkan peran penting dalam pengembangan kimia hijau melalui program-program pencegahan polusi, alokasi dana, dan koordinasi profesional. Pada saat yang sama di Inggris, para peneliti di Universitas York turut berkontribusi dalam pembentukan Jaringan Kimia Hijau dalam Royal Society of Chemistry, serta peluncuran jurnal Green Chemistry.

Prinsip

Pada tahun 1998, Paul Anastas dan John C. Warner, yang saat itu aktif di EPA AS dan Polaroid Corporation, menerbitkan serangkaian prinsip yang bertujuan untuk membimbing praktik kimia yang ramah lingkungan. Kedua belas prinsip ini dirancang untuk menangani berbagai aspek yang terkait dengan dampak produksi bahan kimia terhadap lingkungan dan kesehatan manusia, serta untuk menetapkan prioritas dalam pengembangan teknologi kimia yang ramah lingkungan. Konsep-konsep yang diusulkan dalam prinsip-prinsip ini mencakup berbagai hal, mulai dari desain proses untuk memaksimalkan penggunaan bahan mentah hingga pengurangan limbah, dengan tujuan mengurangi dampak negatif pada lingkungan dan kesehatan manusia.

Prinsip-prinsip tersebut mencakup ide-ide seperti pencegahan polusi sebagai prioritas utama, dengan keyakinan bahwa mencegah terbentuknya limbah lebih baik daripada membersihkan limbah yang sudah terbentuk. Prinsip ekonomi atom menekankan pentingnya memaksimalkan penggunaan semua bahan dalam proses kimia untuk menghasilkan limbah yang lebih sedikit. Selain itu, prinsip-prinsip tersebut mendorong penggunaan bahan kimia yang tidak berbahaya dan ramah lingkungan, serta merancang produk kimia agar seselamat mungkin bagi manusia dan lingkungan.

Aspek lain yang dicakup oleh prinsip-prinsip ini adalah penggunaan bahan pembantu yang lebih aman dan pelarut yang lebih ramah lingkungan, serta desain proses yang efisien dalam penggunaan energi. Prinsip-prinsip tersebut juga mempertimbangkan penggunaan bahan baku terbarukan, mengurangi pembuatan turunan yang tidak diperlukan, dan memanfaatkan katalisis sebagai alternatif yang lebih unggul daripada reagen stoikiometri.

Selain itu, prinsip-prinsip ini mendorong desain produk kimia yang tidak mencemari lingkungan, serta pengembangan metodologi analisis yang memungkinkan pemantauan dan pengendalian polusi secara waktu nyata selama proses berlangsung. Terakhir, prinsip-prinsip tersebut menekankan pemilihan bahan kimia yang inheren lebih aman untuk mencegah kecelakaan seperti ledakan, kebakaran, dan pelepasan yang tidak disengaja.

Tren

Upaya saat ini tidak hanya berfokus pada pengukuran tingkat keberlanjutan suatu proses kimia, tetapi juga memperhitungkan faktor-faktor lain seperti efisiensi hasil bahan kimia, harga komponen reaksi, keamanan dalam penanganan bahan kimia, kebutuhan perangkat keras, profil energi, serta kemudahan pengerjaan dan pemurnian produk. Sebagai contoh dalam studi kuantitatif, reduksi nitrobenzena menjadi anilin diberi skor 64 dari 100 poin, menunjukkan bahwa sintesis tersebut secara keseluruhan dapat diterima, sementara sintesis urea menggunakan HMDS hanya mendapatkan 32 poin dan dianggap sebagai sintesis yang memadai.

Dalam konteks ini, kimia ramah lingkungan menjadi semakin penting sebagai alat evaluasi dampak nanoteknologi terhadap lingkungan. Seiring dengan berkembangnya bahan nano, perlu dipertimbangkan baik dampak lingkungan maupun kesehatan manusia dari produk nanoteknologi itu sendiri maupun dari proses pembuatannya. Meskipun terdapat tren penggunaan material nano dalam berbagai praktik, dampak potensial nanotoksisitas sering kali diabaikan oleh masyarakat. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan aspek-aspek hukum, etika, keselamatan, dan regulasi yang berkaitan dengan bahan nano guna memastikan kelangsungan ekonomi jangka panjangnya.

Contoh

Pelarut hijau merupakan elemen penting dalam berbagai kegiatan manusia, terutama dalam industri cat dan pelapis, yang mencakup 46% penggunaannya. Penggunaan pelarut juga meliputi berbagai aplikasi lain seperti pembersihan, penghilangan lemak, perekat, dan sintesis kimia. Pelarut tradisional seringkali mengandung zat beracun atau klorin, sedangkan pelarut ramah lingkungan cenderung lebih aman bagi kesehatan dan lingkungan serta lebih berkelanjutan. Idealnya, pelarut ramah lingkungan berasal dari sumber daya terbarukan dan dapat terurai menjadi produk yang tidak berbahaya, seringkali berupa produk alami.

Namun, pembuatan pelarut dari biomassa bisa lebih berbahaya bagi lingkungan dibandingkan pembuatan pelarut yang sama dari bahan bakar fosil. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan dampak lingkungan dari pembuatan pelarut ketika memilihnya untuk suatu produk atau proses. Selain itu, nasib pelarut setelah digunakan juga perlu dipertimbangkan, terutama dalam hal pengumpulan dan daur ulang pelarut. Penggunaan air sebagai pelarut, meskipun membutuhkan energi untuk pemurnian, mungkin merupakan pilihan yang lebih ramah lingkungan dalam beberapa kasus. Definisi yang komprehensif tentang pelarut ramah lingkungan adalah bahwa pelarut tersebut membuat suatu produk atau proses memiliki dampak lingkungan yang paling kecil sepanjang siklus hidupnya.

Teknik sintetis yang baru atau yang disempurnakan sering kali dapat memberikan peningkatan kinerja lingkungan atau memungkinkan kepatuhan yang lebih baik terhadap prinsip-prinsip kimia ramah lingkungan. Contohnya adalah pengembangan metode metatesis dalam sintesis organik yang dianugerahkan dengan Hadiah Nobel Kimia tahun 2005, yang memberikan kontribusi besar terhadap "produksi yang lebih cerdas" dengan memperhatikan prinsip-prinsip kimia hijau. Terdapat pula penerapan teknik bioteknologi yang menjanjikan dalam mencapai tujuan kimia ramah lingkungan, seperti sintesis bahan kimia proses penting dalam organisme hasil rekayasa genetik. Selain itu, konsep farmasi hijau juga telah diartikulasikan berdasarkan prinsip-prinsip serupa.

Penggunaan karbon dioksida sebagai bahan peniup dalam produksi busa polistiren oleh Dow Chemical pada tahun 1996 adalah salah satu contoh penerapan praktis kimia ramah lingkungan. Karbon dioksida superkritis bekerja sama baiknya dengan bahan peniup tanpa memerlukan bahan berbahaya, sehingga memudahkan proses daur ulang polistiren. Proses ini menghasilkan nol karbon bersih yang dilepaskan ke lingkungan karena CO2 yang digunakan didaur ulang dari industri lain. Selain itu, terdapat pula berbagai contoh penerapan kimia hijau lainnya dalam industri kimia, seperti produksi hidrazin tanpa menghasilkan garam, produksi 1,3-propanediol dari prekursor terbarukan, dan produksi asam suksinat berbasis bio. Semua inovasi ini menunjukkan peran penting kimia ramah lingkungan dalam mendukung pembangunan berkelanjutan.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Sejarah teknik kimia

Teknik kimia adalah disiplin ilmu yang dikembangkan dari mereka yang mempraktikkan "kimia industri" pada akhir abad ke-19. Sebelum Revolusi Industri (abad ke-18), bahan kimia industri dan produk konsumen lainnya seperti sabun sebagian besar diproduksi melalui pemrosesan batch. Pemrosesan batch bersifat padat karya dan setiap orang mencampurkan sejumlah bahan dalam jumlah tertentu dalam bejana, memanaskan, mendinginkan, atau memberi tekanan pada campuran tersebut untuk jangka waktu yang telah ditentukan. Produk kemudian dapat diisolasi, dimurnikan, dan diuji untuk mendapatkan produk yang dapat dijual.

Proses batch masih dilakukan hingga saat ini pada produk bernilai tinggi, seperti zat antara farmasi, produk khusus dan produk yang diformulasikan seperti parfum dan cat, atau dalam pembuatan makanan seperti sirup maple murni, di mana keuntungan masih dapat diperoleh meskipun metode batch lebih lambat dan tidak efisien dalam hal tenaga kerja dan penggunaan peralatan. Berkat penerapan teknik Teknik Kimia selama pengembangan proses manufaktur, bahan kimia dengan volume yang lebih besar sekarang diproduksi melalui proses kimia "jalur perakitan" yang berkelanjutan. Revolusi Industri adalah saat pergeseran dari proses batch ke proses yang lebih berkelanjutan mulai terjadi. Saat ini, bahan kimia komoditas dan petrokimia sebagian besar dibuat dengan menggunakan proses manufaktur kontinu, sedangkan bahan kimia khusus, bahan kimia dan farmasi dibuat dengan menggunakan proses batch.

Asal usul

Revolusi Industri menyebabkan peningkatan permintaan yang belum pernah terjadi sebelumnya, baik dalam hal kuantitas maupun kualitas, untuk bahan kimia curah seperti soda ash. Ini berarti dua hal: pertama, ukuran aktivitas dan efisiensi operasi harus diperbesar, dan kedua, alternatif yang serius untuk pemrosesan batch, seperti operasi kontinu, harus diperiksa.

Insinyur kimia pertama

Kimia industri telah dipraktikkan pada tahun 1800-an, dan studinya di universitas-universitas Inggris dimulai dengan publikasi oleh Friedrich Ludwig Knapp, Edmund Ronds, dan Thomas Richardson tentang buku penting Chemical Technology pada tahun 1848. Pada tahun 1880-an, elemen-elemen teknik yang diperlukan untuk mengendalikan proses kimia diakui sebagai aktivitas profesional yang berbeda. Teknik kimia pertama kali ditetapkan sebagai profesi di Inggris setelah kursus teknik kimia pertama diberikan di Universitas Manchester pada tahun 1887 oleh George E. Davis dalam bentuk dua belas kuliah yang mencakup berbagai aspek praktik kimia industri.[3] Sebagai konsekuensinya, George E. Davis dianggap sebagai insinyur kimia pertama di dunia. Saat ini, teknik kimia adalah profesi yang sangat dihormati. Insinyur kimia dengan pengalaman dapat menjadi Insinyur Profesional berlisensi di Amerika Serikat, dibantu oleh National Society of Professional Engineers, atau mendapatkan status insinyur kimia "Chartered" melalui Institusi Insinyur Kimia yang berbasis di Inggris.

Asosiasi profesional

Pada tahun 1880, upaya pertama dilakukan untuk membentuk Masyarakat Insinyur Kimia di London. Hal ini akhirnya menghasilkan pembentukan Society of Chemical Industry pada tahun 1881. American Institute of Chemical Engineers (AIChE) didirikan pada tahun 1908, dan Institusi Insinyur Kimia Inggris (IChemE) pada tahun 1922. Keduanya sekarang memiliki keanggotaan internasional yang substansial. Beberapa negara lain sekarang memiliki masyarakat teknik kimia atau bagian dalam masyarakat kimia atau teknik, tetapi AIChE, IChemE dan IiChE tetap menjadi yang utama dalam hal jumlah dan penyebaran internasional: keduanya terbuka untuk para profesional yang berkualifikasi sesuai atau mahasiswa teknik kimia di mana pun di dunia.

Definisi

Untuk cabang-cabang teknik lainnya yang sudah mapan, sudah ada asosiasi yang siap di benak masyarakat: Teknik Mesin berarti mesin, Teknik Elektro berarti sirkuit, dan Teknik Sipil berarti struktur. Teknik Kimia berarti produksi bahan kimia.

Operasi unit

Arthur Dehon Little berjasa atas pendekatan yang dilakukan oleh para insinyur kimia hingga saat ini: analisis dan desain yang berorientasi pada proses, bukan pada produk. Konsep operasi unit dikembangkan untuk menekankan kesamaan yang mendasari di antara produksi kimia yang tampaknya berbeda. Sebagai contoh, prinsip-prinsipnya sama, baik ketika seseorang ingin memisahkan alkohol dari air di dalam fermentor, atau memisahkan bensin dari solar di kilang, selama dasar pemisahannya adalah menghasilkan uap dengan komposisi yang berbeda dari cairan. Oleh karena itu, proses pemisahan tersebut dapat dipelajari bersama sebagai satu unit operasi, dalam hal ini disebut distilasi.

Proses unit

Pada bagian awal abad yang lalu, sebuah konsep paralel yang disebut Proses Unit digunakan untuk mengklasifikasikan proses reaktif. Dengan demikian, oksidasi, reduksi, alkilasi, dll. membentuk proses unit yang terpisah dan dipelajari seperti itu. Hal ini wajar mengingat kedekatan teknik kimia dengan kimia industri pada awalnya. Namun, secara bertahap, subjek teknik reaksi kimia sebagian besar telah menggantikan konsep proses unit. Mata kuliah ini memandang seluruh tubuh reaksi kimia memiliki kepribadiannya sendiri, terlepas dari spesies kimia tertentu atau ikatan kimia yang terlibat. Yang terakhir ini memang berkontribusi pada kepribadian ini dalam ukuran yang tidak kecil, tetapi untuk merancang dan mengoperasikan reaktor kimia, pengetahuan tentang karakteristik seperti perilaku laju, termodinamika, sifat tunggal atau multifase, dll. lebih penting. Munculnya teknik reaksi kimia sebagai sebuah disiplin ilmu menandakan terputusnya tali pusar yang menghubungkan teknik kimia dengan kimia industri dan mengukuhkan karakter unik dari disiplin ilmu tersebut.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Teknik Kimia

Teknik kimia adalah cabang ilmu teknik yang meneliti cara operasi dan perancangan pabrik kimia serta strategi untuk meningkatkan produksi. Para insinyur kimia bertugas mengembangkan proses-proses komersial yang efisien secara ekonomi untuk mengubah bahan mentah menjadi produk yang bermanfaat. Mereka menggunakan prinsip-prinsip dari berbagai bidang seperti kimia, fisika, matematika, biologi, dan ekonomi untuk mengelola, memproduksi, merancang, mengangkut, dan mengubah energi dan materi dengan efisien. Lingkup pekerjaan insinyur kimia sangat luas, mulai dari eksperimen dengan nanoteknologi di laboratorium hingga pengelolaan proses industri besar yang mengubah bahan kimia, bahan mentah, organisme hidup, mikroorganisme, dan energi menjadi berbagai produk yang berguna. Mereka terlibat dalam berbagai tahapan desain dan operasi pabrik, termasuk evaluasi aspek keselamatan, desain dan analisis proses, pemodelan, pengendalian proses, teknik reaksi kimia, teknik nuklir, teknik biologi, spesifikasi konstruksi, dan panduan pengoperasian.

Biasanya, insinyur kimia memiliki gelar dalam bidang Teknik Kimia atau Teknik Proses. Mereka yang bekerja di lapangan mungkin memiliki sertifikasi profesional dan menjadi anggota resmi dari organisasi profesi seperti Institution of Chemical Engineers (IChemE) atau American Institute of Chemical Engineers (AIChE). Gelar di bidang teknik kimia memiliki keterkaitan langsung dengan seluruh cabang ilmu teknik lainnya dalam berbagai tingkatan.

Etimologi

Sebuah artikel yang diterbitkan pada tahun 1996 mengutip James F. Donnelly yang merujuk pada referensi teknik kimia tahun 1839 yang terkait dengan produksi asam sulfat. Namun, dalam artikel yang sama, George E. Davis, seorang konsultan Inggris, dianggap sebagai orang yang memperkenalkan istilah "teknik kimia". Davis juga berupaya mendirikan Perkumpulan Teknik Kimia, meskipun akhirnya dinamai Perkumpulan Industri Kimia pada tahun 1881, dengan Davis menjabat sebagai sekretaris pertamanya. Referensi The History of Science in United States: An Encyclopedia menunjukkan bahwa istilah ini mulai digunakan sekitar tahun 1890. Istilah "teknik kimia", yang menggambarkan penggunaan peralatan mekanis dalam industri kimia, kemudian menjadi istilah umum di Inggris pada tahun 1850. Pada tahun 1910, profesi "insinyur kimia" sudah menjadi istilah umum di Inggris dan Amerika Serikat.

Sejarah

Konsep dan inovasi baru

Pada tahun 1940-an, terjadi pemahaman bahwa hanya dengan menggunakan unit operasi saja tidak cukup untuk mengembangkan reaktor kimia. Meskipun dominasi unit operasi dalam kurikulum teknik kimia di Inggris dan Amerika Serikat berlanjut hingga tahun 1960-an, perhatian mulai beralih ke fenomena transportasi. Seiring dengan munculnya konsep baru seperti rekayasa sistem proses (PSE), konsep "paradigma kedua" mulai didefinisikan. Fenomena transportasi memberikan pendekatan analitis terhadap teknik kimia, sementara PSE lebih berfokus pada elemen sintetisnya, seperti sistem kontrol dan desain proses. Perkembangan teknik kimia sebelum dan setelah Perang Dunia II terutama dipengaruhi oleh industri petrokimia; namun, terjadi kemajuan di bidang lainnya juga. Misalnya, kemajuan dalam teknik biokimia pada tahun 1940-an diterapkan dalam industri farmasi, yang memungkinkan produksi massal antibiotik seperti penisilin dan streptomisin. Sementara itu, kemajuan dalam ilmu polimer pada tahun 1950-an membuka jalan bagi apa yang dikenal sebagai "zaman plastik".

Perkembangan keselamatan dan bahaya

Selama periode ini, mulai muncul kekhawatiran serius tentang keselamatan dan dampak lingkungan dari fasilitas manufaktur kimia skala besar. Buku "Silent Spring" yang diterbitkan pada tahun 1962 mengingatkan pembaca tentang bahaya DDT, sejenis insektisida yang sangat kuat. Bencana Flixborough pada tahun 1974 di Inggris menimbulkan 28 kematian dan merusak pabrik kimia serta tiga desa di sekitarnya. Pada tahun 1984, bencana Bhopal di India menelan hampir 4.000 korban jiwa. Insiden-insiden tersebut, bersama dengan yang lainnya, mengarah pada peningkatan perhatian terhadap keselamatan industri dan perlindungan lingkungan dalam perdagangan. Sebagai respons terhadap hal ini, Institute of Chemical Engineers (IChemE) mulai mewajibkan keselamatan sebagai bagian dari setiap program gelar yang diakreditasi setelah tahun 1982. Pada tahun 1970-an, lembaga legislatif dan pengawasan dibentuk di berbagai negara seperti Perancis, Jerman, dan Amerika Serikat. Lebih lanjut, penerapan prinsip-prinsip keselamatan secara sistematis dalam pabrik kimia dan proses lainnya mulai dikenali sebagai disiplin ilmu khusus yang dikenal sebagai keselamatan proses.

Konsep

Desain dan pembangunan pabrik merupakan aspek krusial dalam teknik kimia. Ini melibatkan perencanaan, spesifikasi, dan analisis ekonomi untuk pabrik baru, percontohan, atau perbaikan pada pabrik yang sudah ada. Insinyur desain bertanggung jawab merancang pabrik agar sesuai dengan kebutuhan klien, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti pendanaan, regulasi pemerintah, dan standar keselamatan. Proses pembangunan pabrik biasanya dikoordinasikan oleh insinyur proyek dan manajer proyek, yang tergantung pada skala investasi yang terlibat.

Di samping itu, desain dan analisis proses merupakan tahap penting lainnya dalam teknik kimia. Ini mencakup operasi unit dan proses unit, di mana operasi unit seperti kristalisasi, filtrasi, dan penguapan digunakan untuk mempersiapkan reaktan, memurnikan produk, dan mengendalikan transfer energi dalam reaktor. Sebaliknya, proses unit melibatkan konversi bahan melalui reaksi kimia dan metode lainnya. Insinyur proses bertanggung jawab atas perencanaan dan pelaksanaan langkah-langkah ini, termasuk definisi jenis dan ukuran peralatan, penyambungan, dan bahan konstruksinya.

Fenomena transportasi juga merupakan aspek penting dalam teknik kimia. Ini mencakup dinamika fluida, perpindahan panas, dan perpindahan massa yang diatur oleh perpindahan momentum, energi, dan transpor spesies kimia. Pemodelan dan analisis fenomena transportasi memerlukan pemahaman matematika terapan untuk menggambarkan fenomena tingkat makroskopis, mikroskopis, dan molekuler. Dengan pemahaman yang mendalam tentang semua aspek ini, insinyur kimia dapat merancang proses produksi yang efisien dan aman dalam berbagai industri.

Penerapan dan latihan

Insinyur kimia berperan penting dalam mengembangkan cara ekonomis untuk memanfaatkan bahan dan energi dalam proses industri. Dengan menggunakan ilmu kimia dan teknik, mereka mengubah bahan mentah menjadi produk yang bermanfaat dalam skala besar, seperti obat-obatan, petrokimia, dan plastik. Selain itu, mereka juga terlibat dalam manajemen limbah dan melakukan penelitian. Baik dalam aspek terapan maupun penelitian, penggunaan komputer menjadi hal yang sangat penting bagi insinyur kimia.

Sebagian insinyur kimia terlibat dalam penelitian di industri atau universitas, di mana mereka merancang dan melakukan eksperimen untuk meningkatkan reaksi kimia teoretis, mengembangkan metode produksi yang lebih efisien dan aman, serta mengatasi masalah polusi dan menjaga konservasi sumber daya. Mereka juga dapat terlibat dalam perancangan dan pembangunan pabrik sebagai insinyur proyek. Dalam peran ini, mereka menggunakan pengetahuan mereka untuk memilih metode produksi dan peralatan pabrik yang optimal agar biaya dapat diminimalkan sambil memastikan keselamatan dan profitabilitas maksimal.

Setelah pembangunan pabrik selesai, manajer proyek teknik kimia dapat terlibat dalam pemeliharaan peralatan, pemecahan masalah, dan operasi harian, baik dalam kapasitas penuh waktu maupun sebagai konsultan. Dengan demikian, peran insinyur kimia sangat beragam dan melibatkan berbagai aspek dalam siklus hidup sebuah proses industri.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Insinyur kimia

Insinyur kimia adalah profesional yang memiliki pengetahuan mendalam tentang teknik kimia. Mereka utamanya bekerja di sektor industri kimia, mengubah bahan mentah dasar menjadi berbagai produk, dan mengelola perancangan serta operasi pabrik dan peralatan yang terlibat.

Secara umum, insinyur kimia merupakan individu yang menerapkan prinsip-prinsip teknik kimia dalam berbagai konteks praktis. Ini mencakup tugas-tugas seperti desain, manufaktur, dan pengoperasian pabrik dan mesin di sektor industri kimia dan sektor-sektor terkait, yang secara luas dikenal sebagai insinyur proses kimia.Selain itu, mereka juga terlibat dalam pengembangan zat-zat baru atau modifikasi zat yang ada untuk berbagai produk, mulai dari makanan dan minuman hingga bahan farmasi, kosmetik, dan pembersih.

Di luar itu, insinyur kimia juga berperan dalam pengembangan teknologi baru seperti sel bahan bakar, tenaga hidrogen, dan nanoteknologi. Mereka juga dapat terlibat dalam proyek-proyek yang melibatkan ilmu material, teknik polimer, dan teknik biomedis, serta pengerjaan proyek-proyek geofisika seperti yang terkait dengan sungai, pertambangan, atau proyek pembangunan.

Sejarah

Sejarah insinyur kimia memiliki akar yang kuat dalam perkembangan industri kimia dan proses-produksi. Presiden dari Institution of Chemical Engineers pernah menyampaikan dalam pidato kepresidenannya bahwa Edward Charles Howard (1774–1816) mungkin merupakan salah satu insinyur kimia pertama yang berperan signifikan. Namun, beberapa ahli lainnya menyarankan Johann Rudolf Glauber (1604–1670) sebagai tokoh utama dalam pengembangan proses pembuatan asam industri. Istilah "insinyur kimia" pertama kali muncul dalam media cetak pada tahun 1839, meskipun awalnya lebih merujuk pada individu dengan pengetahuan teknik mesin yang bekerja di industri kimia.

Pada tahun 1880, George E. Davis menyampaikan definisi awal tentang insinyur kimia dalam suratnya kepada Chemical News. Menurut Davis, seorang insinyur kimia adalah seseorang yang memiliki pengetahuan dalam bidang kimia dan mekanik, yang kemudian diterapkan dalam skala manufaktur untuk melaksanakan tindakan kimia. Usulan ini menjadi dasar bagi pembentukan perkumpulan insinyur kimia, yang kemudian dikenal sebagai Perkumpulan Industri Kimia. Meskipun pada awalnya hanya sejumlah kecil anggota yang mengidentifikasi diri mereka sebagai insinyur kimia, pembentukan Kelompok Teknik Kimia pada tahun 1918 menarik minat lebih banyak orang, dengan jumlah anggota meningkat hingga mencapai 400 orang.

Pada tahun 1905, di Amerika Serikat, terbitlah sebuah publikasi bernama The Chemical Engineer, yang memperkaya wacana mengenai bidang teknik kimia di negara tersebut. Tak lama setelahnya, pada tahun 1908, American Institute of Chemical Engineers didirikan, memperkuat komunitas insinyur kimia di Amerika Serikat. Pada tahun 1924, Lembaga Insinyur Kimia mengadopsi definisi resmi yang menegaskan bahwa insinyur kimia adalah orang profesional yang berpengalaman dalam perancangan, konstruksi, dan pengoperasian pabrik serta pekerjaan yang melibatkan perubahan keadaan dan komposisi bahan.

Definisi ini menegaskan bahwa peran insinyur kimia tidak terbatas pada industri kimia semata, tetapi juga meluas ke industri proses lainnya, serta situasi di mana proses fisik dan/atau kimia yang kompleks harus dikelola. Sebagai pengakuan akan kontribusi signifikan dari para insinyur kimia, jurnal Inggris The Chemical Engineer mulai tahun 1956 meluncurkan serangkaian biografi online berjudul "Chemical Engineers who Changed the World", yang menyoroti peran penting tokoh-tokoh tersebut dalam perkembangan dunia.

Gambaran umum

Secara historis, insinyur kimia terutama berkaitan dengan rekayasa proses, yang secara umum dapat dibagi menjadi dua bidang yang saling melengkapi: rekayasa reaksi kimia dan proses pemisahan. Namun, disiplin ilmu teknik kimia modern mencakup lebih dari sekadar rekayasa proses. Insinyur kimia sekarang terlibat dalam pengembangan dan produksi beragam produk, serta komoditas dan bahan kimia khusus. Produk-produk ini mencakup material berkinerja tinggi yang dibutuhkan untuk aplikasi kedirgantaraan, otomotif, biomedis, elektronik, lingkungan, dan militer. Contohnya termasuk serat, kain, perekat, dan komposit yang sangat kuat untuk kendaraan, bahan yang kompatibel dengan biologis untuk implan dan prostetik, gel untuk aplikasi medis, farmasi, dan film dengan sifat dielektrik, optik, atau spektroskopi khusus untuk perangkat opto-elektronik. Selain itu, teknik kimia sering kali terkait dengan biologi dan teknik biomedis. Banyak insinyur kimia yang bekerja pada proyek-proyek biologi seperti memahami biopolimer (protein) dan pemetaan genom manusia.

Pekerjaan dan gaji

Menurut survei gaji tahun 2015 oleh American Institute of Chemical Engineers, gaji tahunan rata-rata untuk seorang insinyur kimia adalah sekitar $127.000.[10] Survei ini diulangi pada tahun 2017 dan gaji tahunan rata-rata turun sedikit menjadi $124.000. Penurunan gaji median ini tidak terduga. Faktor yang berkontribusi terhadap penurunan ini mungkin karena survei tahun 2017 dilakukan oleh perusahaan riset dan analisis yang berbeda. Gaji median berkisar antara $70.450 untuk insinyur kimia dengan pengalaman kurang dari tiga tahun hingga $156.000 untuk mereka yang memiliki pengalaman kerja lebih dari 40 tahun.

Di Inggris, Survei Gaji IChemE 2016 melaporkan gaji rata-rata sekitar £57.000, dengan gaji awal untuk lulusan rata-rata £28.350. Teknik kimia di Amerika Serikat merupakan salah satu disiplin ilmu teknik dengan partisipasi perempuan tertinggi, dengan 35% siswa dibandingkan dengan 20% di bidang teknik. Di Inggris pada tahun 2014, siswa yang memulai gelar sarjana adalah 25% perempuan, dibandingkan dengan 15% di bidang teknik. Lulusan Amerika Serikat yang menjawab survei gaji tahun 2015 adalah 18,8% perempuan.

Menurut angka terbaru tahun 2023, lulusan Bayes Business School mendapatkan rata-rata £51,921 dalam waktu 5 tahun setelah kelulusan, yang merupakan angka tertinggi di antara universitas-universitas di Inggris. Diikuti oleh University of Oxford sebesar £49,086 dan University of Warwick sebesar £47,446.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Termodinamika

Termodinamika adalah bagian dari fisika yang membahas tentang panas, kerja, dan suhu, serta bagaimana hal-hal ini terhubung dengan energi, entropi, serta karakteristik fisik dari materi dan radiasi. Prinsip-prinsip ini dijelaskan oleh empat hukum termodinamika yang menggunakan konsep-konsep fisika makroskopis yang dapat diukur, meskipun dapat dijelaskan lebih dalam melalui mekanika statistik untuk memahami unsur-unsur mikroskopisnya. Termodinamika memiliki aplikasi yang luas dalam berbagai disiplin ilmu dan teknik, termasuk kimia fisik, biokimia, teknik kimia, teknik mesin, dan bahkan bidang lain seperti meteorologi.

Sejarah termodinamika dimulai dari upaya untuk meningkatkan efisiensi mesin uap awal, terutama melalui karya Sadi Carnot pada tahun 1824 yang percaya bahwa efisiensi mesin dapat memainkan peran penting dalam pertempuran seperti Perang Napoleon. Lord Kelvin kemudian memberikan definisi ringkas termodinamika pada tahun 1854 yang menyatakan hubungan antara panas dan gaya yang bekerja di antara bagian-bagian benda yang berdekatan, serta hubungan antara panas dengan agen listrik. Clausius menyempurnakan prinsip-prinsip ini, termasuk pengenalan siklus Carnot dan hukum kedua termodinamika pada tahun 1850-an dan 1860-an. Penggunaan awal termodinamika pada mesin kalor mekanis berkembang pesat untuk mempelajari senyawa kimia dan reaksi kimia, dengan termodinamika kimia memperluas pengetahuan tentang peran entropi dalam reaksi kimia. Konsep-konsep tambahan seperti termodinamika statistik dan pendekatan matematis murni oleh Carathéodory juga memberikan kontribusi penting dalam pengembangan termodinamika.

Perkenalan

Deskripsi sistem termodinamika menggunakan prinsip-prinsip dasar yang terdiri dari empat hukum termodinamika yang membentuk fondasi aksiomatik. Hukum pertama menyatakan bahwa energi dapat dipindahkan di antara sistem fisik melalui panas, kerja, dan perpindahan materi. Hukum kedua mengenali entropi sebagai ukuran keteraturan suatu sistem dan arah di mana sistem tersebut berkembang termodinamika, serta mengukur kerja yang dapat diekstraksi dari sistem. 

Dalam konteks termodinamika, kajian dan kategorisasi interaksi antara banyak objek dilakukan. Konsep sistem termodinamika dan lingkungannya menjadi inti dari ini. Sebuah sistem terdiri dari partikel yang sifat-sifatnya ditentukan oleh gerakan rata-rata mereka, dan sifat-sifat ini saling terhubung melalui persamaan keadaan. Kombinasi sifat-sifat ini dapat diungkapkan sebagai energi dalam dan potensial termodinamika, yang membantu menentukan kondisi kesetimbangan dan proses spontan.

Dengan bantuan konsep-konsep ini, termodinamika memungkinkan penjelasan tentang bagaimana sistem merespons terhadap perubahan lingkungannya. Konsep ini dapat diterapkan dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknik, termasuk mesin, transisi fase, reaksi kimia, fenomena transportasi, bahkan hingga pada lubang hitam. Temuan dalam termodinamika memiliki dampak yang signifikan dalam berbagai bidang, seperti fisika, kimia, teknik, biologi, ilmu material, dan ekonomi, serta bidang lainnya.

Artikel ini terutama membahas termodinamika klasik, yang mempelajari sistem dalam kondisi kesetimbangan termodinamika. Meskipun termodinamika non-ekuilibrium dianggap sebagai perluasan dari kajian klasik, mekanika statistik telah membawa banyak kemajuan dalam bidang tersebut.

Sejarah

Sejarah termodinamika sebagai bidang ilmu dimulai pada masa Otto von Guericke pada tahun 1650, ketika ia membangun pompa vakum pertama dan menunjukkan konsep ruang hampa dengan eksperimen Magdeburg. Guericke ingin membuktikan bahwa ruang hampa bisa ada, menentang pandangan tradisional Aristoteles. Robert Boyle dan Robert Hooke kemudian mempelajari pompa Guericke dan pada tahun 1656, mereka membangun pompa udara yang memungkinkan mereka mengamati hubungan antara tekanan, suhu, dan volume. Dari pengamatan ini, Hukum Boyle lahir, yang menyatakan bahwa tekanan dan volume berbanding terbalik. Denis Papin kemudian mengembangkan alat pencerna uap pada tahun 1679 berdasarkan konsep ini.

Papin juga mengusulkan katup pelepas uap untuk mencegah ledakan mesin. Melalui observasi katup yang bergerak ritmis, Papin mengusulkan ide mesin piston dan silinder, meskipun desain ini tidak dikembangkan olehnya. Namun, pada tahun 1697, Thomas Savery membangun mesin pertama yang berdasarkan desain Papin, diikuti oleh Thomas Newcomen pada tahun 1712. Meskipun awalnya kasar dan tidak efisien, mesin ini menarik perhatian ilmuwan pada masa itu.

Konsep penting tentang kapasitas panas dan panas laten, yang penting bagi termodinamika, dikembangkan oleh Profesor Joseph Black di Universitas Glasgow, tempat James Watt, yang bekerja sebagai pembuat instrumen, juga berada. Watt mengembangkan ide kondensor eksternal, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi mesin uap.

Pada tahun 1824, Sadi Carnot, dikenal sebagai "bapak termodinamika", menerbitkan buku berjudul "Refleksi Kekuatan Motif Api", yang membahas panas, energi, dan efisiensi mesin. Karya ini menandai awal termodinamika sebagai ilmu pengetahuan modern. William Rankine kemudian menulis buku teks termodinamika pertama pada tahun 1859, diikuti dengan kemunculan Hukum Termodinamika Pertama dan Kedua pada tahun 1850-an dari karya-karya seperti Rankine, Rudolf Clausius, dan William Thomson (Lord Kelvin).

Dasar-dasar termodinamika statistik dikembangkan oleh fisikawan seperti James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius, dan J. Willard Gibbs. Clausius memperkenalkan konsep entropi pada tahun 1865, sementara Gibbs menunjukkan bagaimana proses termodinamika, termasuk reaksi kimia, dapat dianalisis secara grafis dalam makalah-makalahnya pada tahun 1873–76. Selama awal abad ke-20, ahli kimia seperti Gilbert N. Lewis, Merle Randall, dan EA Guggenheim menerapkan metode matematika Gibbs pada analisis proses kimia.

Cabang-bagian Termodinamika
Kajian tentang sistem termodinamika telah berkembang menjadi beberapa bidang terkait yang menggunakan dasar pemikiran yang berbeda-beda atau menerapkan prinsip-prinsip itu pada berbagai jenis sistem.

Termodinamika Klasik
Termodinamika klasik menggambarkan keadaan sistem termodinamika saat hampir mencapai keseimbangan. Ini menggunakan sifat-sifat yang bisa diamati dan diukur secara kasat mata. Pendekatan ini membantu kita memahami bagaimana energi, kerja, dan panas bertukar dalam sistem berdasarkan hukum-hukum termodinamika. Istilah "klasik" menunjukkan bahwa ini adalah pemahaman awal yang berkembang pada abad ke-19. Ini membahas perubahan sistem dalam hubungannya dengan hal-hal yang bisa diamati secara langsung (seperti ukuran besar).

Mekanika Statistik
Mekanika statistik, juga dikenal sebagai termodinamika statistik, muncul ketika ilmuwan mulai memahami bagaimana partikel-partikel kecil, seperti atom dan molekul, berinteraksi. Bidang ini menghubungkan bagaimana perilaku mikroskopis ini mempengaruhi sifat-sifat yang bisa diamati secara kasat mata. Ini membantu menjelaskan termodinamika klasik dengan cara yang lebih dalam, karena kita memahami lebih baik bagaimana partikel-partikel kecil ini berperilaku.

Termodinamika Kimia
Termodinamika kimia mempelajari hubungan antara energi dan perubahan yang terjadi dalam reaksi kimia atau perubahan fisik. Tujuannya adalah untuk mengetahui apakah suatu reaksi kimia akan terjadi dengan sendirinya atau membutuhkan dorongan tambahan.

Termodinamika Kesetimbangan
Termodinamika kesetimbangan melibatkan studi tentang bagaimana materi dan energi berpindah dalam sistem atau objek dari satu keadaan keseimbangan ke keseimbangan lainnya, yang dipengaruhi oleh lingkungan sekitarnya. Tujuannya adalah untuk memahami sistem ketika berada dalam kondisi keseimbangan dan bagaimana kondisinya berubah selama operasi termodinamika tertentu.

Termodinamika Non-Ekuilibrium
Termodinamika non-ekuilibrium mempelajari sistem yang tidak berada dalam keseimbangan termodinamika. Karena banyak sistem alami tidak berada dalam keadaan keseimbangan, kita perlu pendekatan yang lebih luas untuk menganalisis mereka. Ini membantu kita memahami bagaimana sistem yang terus-menerus berubah dan berinteraksi dengan lingkungannya.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Reaktor aliran laminar

Reaktor aliran laminar (LFR) adalah jenis reaktor kimia yang menggunakan aliran laminar untuk mengontrol laju reaksi, dan/atau distribusi reaksi. LFR umumnya berupa tabung panjang dengan diameter konstan yang dijaga pada suhu konstan. Reaktan disuntikkan di satu ujung dan produk dikumpulkan dan dipantau di ujung yang lain. Reaktor aliran laminar sering digunakan untuk mempelajari reaksi elementer yang terisolasi atau mekanisme reaksi multi-langkah.

Gambaran umum

Reaktor aliran laminar menggunakan karakteristik aliran laminar untuk mencapai berbagai tujuan penelitian. Misalnya, LFR dapat digunakan untuk mempelajari dinamika fluida dalam reaksi kimia, atau dapat digunakan untuk menghasilkan struktur kimia khusus seperti tabung nano karbon. Salah satu fitur dari LFR adalah bahwa waktu tinggal (interval waktu di mana bahan kimia berada di dalam reaktor) dari bahan kimia di dalam reaktor dapat divariasikan dengan mengubah jarak antara titik input reaktan dan titik di mana produk/sampel diambil, atau dengan menyesuaikan kecepatan gas/fluida. Oleh karena itu, manfaat dari reaktor aliran laminar adalah bahwa berbagai faktor yang dapat mempengaruhi reaksi dapat dengan mudah dikontrol dan disesuaikan selama percobaan.

Cara menganalisis reaktan dalam LFR

Cara menganalisis reaksi termasuk menggunakan probe yang masuk ke dalam reaktor; atau lebih tepatnya, terkadang seseorang dapat menggunakan metode optik non-intrusif (misalnya menggunakan spektrometer untuk mengidentifikasi dan menganalisis konten) untuk mempelajari reaksi di dalam reaktor. Selain itu, mengambil seluruh sampel gas / cairan di ujung reaktor dan mengumpulkan data mungkin berguna juga. Dengan menggunakan metode yang disebutkan di atas, berbagai data seperti konsentrasi, kecepatan aliran, dll. Dapat dipantau dan dianalisis.

Kecepatan aliran di LFR

Cairan atau gas dengan kecepatan terkontrol melewati reaktor aliran laminar dengan cara aliran laminar. Artinya, aliran fluida atau gas meluncur satu sama lain seperti kartu. Ketika menganalisis cairan dengan viskositas yang sama ("ketebalan" atau "kelengketan") tetapi kecepatannya berbeda, cairan biasanya dikarakteristikkan ke dalam dua jenis aliran: aliran laminar dan aliran turbulen. Dibandingkan dengan aliran turbulen, aliran laminer cenderung memiliki kecepatan yang lebih rendah dan umumnya memiliki bilangan Reynolds yang lebih rendah. Aliran turbulen, di sisi lain, tidak teratur dan bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi. Oleh karena itu, kecepatan aliran aliran turbulen pada satu penampang melintang sering diasumsikan konstan, atau "datar". Kecepatan aliran "tidak datar" dari aliran laminar membantu menjelaskan mekanisme LFR. Untuk fluida/gas yang bergerak di dalam LFR, kecepatan di dekat pusat pipa lebih tinggi daripada fluida di dekat dinding pipa. Dengan demikian, distribusi kecepatan reaktan cenderung menurun dari pusat ke dinding.

Distribusi waktu tinggal (RTD)

Kecepatan di dekat pusat pipa lebih tinggi daripada cairan di dekat dinding pipa. Dengan demikian, distribusi kecepatan reaktan cenderung lebih tinggi di bagian tengah dan lebih rendah di bagian samping. Pertimbangkan fluida yang dipompa melalui LFR dengan kecepatan konstan dari saluran masuk, dan konsentrasi fluida dipantau di saluran keluar. Grafik distribusi waktu tinggal akan terlihat seperti kemiringan negatif dengan cekungan positif. Dan grafik tersebut dimodelkan oleh fungsi: E(t) = 0 jika t lebih kecil dari τ/2; E(t) = τ^2/2t^3 jika t lebih besar dari atau sama dengan τ/2.[2] Perhatikan bahwa grafik memiliki nilai E(t) pada awalnya adalah nol, hal ini dikarenakan zat membutuhkan waktu untuk bergerak melalui reaktor. Ketika bahan mulai mencapai saluran keluar, konsentrasinya meningkat secara drastis, dan secara bertahap menurun seiring berjalannya waktu.

Karakteristik

Aliran laminar di dalam LFR memiliki karakteristik unik mengalir secara paralel tanpa mengganggu satu sama lain. Kecepatan fluida atau gas secara alami akan berkurang ketika semakin dekat ke dinding dan semakin jauh dari pusat. Oleh karena itu, reaktan memiliki waktu tinggal yang meningkat di LFR dari tengah ke samping. Waktu tinggal yang meningkat secara bertahap memberikan peneliti tata letak yang jelas dari reaksi pada waktu yang berbeda. Selain itu, ketika mempelajari reaksi dalam LFR, gradien radial dalam kecepatan, komposisi, dan suhu adalah signifikan. Dengan kata lain, dalam reaktor lain di mana aliran laminar tidak signifikan, misalnya, dalam reaktor aliran steker, kecepatan objek diasumsikan sama pada satu penampang melintang karena sebagian besar alirannya bergolak. Dalam reaktor aliran laminer, kecepatan berbeda secara signifikan di berbagai titik pada penampang yang sama. Oleh karena itu, perbedaan kecepatan di seluruh reaktor perlu dipertimbangkan ketika bekerja dengan LFR.

Penelitian

Berbagai penelitian yang berkaitan dengan pemodelan LFR dan pembentukan zat di dalam LFR telah dilakukan selama beberapa dekade terakhir. Misalnya, pembentukan tabung nano karbon berdinding tunggal diselidiki dalam LFR. Sebagai contoh lain, konversi dari metana menjadi hidrokarbon yang lebih tinggi telah dipelajari dalam reaktor aliran laminar.

Disadur dari: en.wikipedia.org