Melakukan scale up proses elektrokimia

Tekanan akan dekarbonisasi mendorong meningkatnya ketertarikan terhadap proses elektrokimia

Pembuktian konsep umumnya dimulai pada skala laboratorium. Begitu juga dengan proses elektrokimia, dari gagasan awal sampai pengembangan proses komersial, pembuktian konsep akan menghasilkan skala kecil dengan seperangkat alat laboratorium (Gambar 1). Tahap berikutnya adalah pabrik mini atau pabrik skala pilot yang membutuhkan pusat teknik (Gambar 2). Pada tahap ini, scalability proses diteliti dan pengaruh sel yang lebih besar dan kebutuhannya diungkap. Pabrik skala industri adalah tahap akhir scale up. Pabrik akan dirancang untuk proses yang diinginkan, dengan alat yang lebih besar dan penambahan jumlah sel.

Tingkat pengembangan saat ini sering dinyatakan sebagai tingkat ketersiapan teknologi (TKT). Ini adalah skala untuk menilai keadaan pengembangan teknologi baru pada basis analisa sistematis. Pada skala 1 sampai 9, TKT mengindikasikan seberapa maju teknologi. Pada Gambar 3, empat fase pengembangan proses dari kelayakan sampai instalasi teknik digambarkan. TKT dan sifat keputusan fase ditunjukkan.

Pada fase TKT 1-2, bukti konsep teoritis dijalankan. Umumnya, kita melakukan studi literatur untuk mewakili state of the art sekarang dan mempertimbangkan kelayakan gagasan kita. Setelah studi teoritis, tahap berikutnya meliputi melakukan percobaan dan mengevaluasi kelayakan kimia di belakang gagasan kita. Setelah membuktikan bahwa kelayakan kimia dapat berjalan dengan baik dan dengan demikian mencapai TKT 3-4, tahap berikutnya adalah menskala, di atas TKT 4.

Untuk melangkah ke arah fasilitas demonstrasi dan jadi membuktikan kelayakan industri, pertama, beberapa parameter harus secara presisi dievaluasi sebelum mencapai TKT 6. Parameter yang disebutkan dalam artikel sebelumnya (disini), seperti keamanan, stabilitas jangka panjang, kemurnian bahan kimia, sumber pasokan dan kelayakan ekonomi untuk proses harus didiskusikan. Sebagai bagian dari penilaian keamanan, gas yang berpotensi dilepaskan harus diteliti dan rencana harus dikembangkan untuk menanganinya. Selain itu, scalability bahan kimia yang digunakan dalam elektrokimia organik harus diperhitungkan terhadap keamanan. Kemudian, reaksi organik harus cukup dipelajari sehingga reaksi yang tidak diinginkan diketahui.

Dalam proses scale up, stablitas jangka panjang bahan yang dipilih juga menjadi bahan pertimbangan penting. Dalam laboratorium, bahan stabil harus diidentifikasi untuk semua komponen seperti pompa, pipa, segel, dan item-item serupa. Dalam scale up, bahan kimia dengan kualitas sama yang digunakan dalam skala pilot harus digunakan dalam skala laboratorium.

Begitu segala sesuatunya siap untuk scale up, pencarian supplier dimulai. Pilot plant sering seperti penjahit pakaian yang secara presisi dirancang untuk reaksi elektrokimia organik. Penting untuk mempertimbangkan ketersediaan komersial bahan, seperti pelarut, bahan elektroda, segel dan lain-lain, dan mengklarifikasi pertanyaan insinyur sendiri atau yang disewa. Selain parameter proses dan kimia, efisiensi ekonomi menjadi faktor penentu scale up.

Jika fase pilot plant berhasil dan kita mampu mentransfer reaksi laboratorium ke pusat teknik, kita harus mulai menghasilkan data yang andal. Data ini akan menjadi basis perhitungan operasi dan biaya pengeluaran modal. Terakhir tetapi juga penting, kita harus menentukan apakah proses tidak hanya layak secara kimia, tetapi juga cocok untuk implementasi di industri.

Disarikan dari: Majalah Chemical Engineering Edisi Desember 2024.