Train multi‑effect ditambah heat pump (MVR) memangkas konsumsi uap, integrasi panas lintas-unit mengurangi beban penguapan, namun scaling natrium tetap jadi batu sandungan—semua dengan ROI yang terukur.
Di tengah dorongan efisiensi dan dekarbonisasi, satu upgrade bisa menghemat 7% energi primer dan menambah kas harian sekitar €4.415—itulah temuan studi yang memodelkan tambahan satu unit mechanical vapor recompression (MVR, kompresor uap layaknya heat pump) pada train evaporator tujuh efek di pabrik kraft. Dampak makronya? Lebih banyak energi biomassa dari black liquor (cairan hitam limbah proses kraft) benar‑benar dimanfaatkan, lebih sedikit uap baru yang dibakar (www.mdpi.com).
Data lapangan dan analisis integrasi panas menunjukkan potensi yang konsisten: dari preheating black liquor oleh aliran panas buangan hingga optimalisasi pencucian pulp yang memangkas air terbawa ke weak black liquor—semuanya menurunkan duty evaporator, menekan uap, dan memperbesar output energi bersih pabrik (www.energy.gov.au).
Multi‑Effect Evaporation dan MVR
Dalam praktik modern, multi‑effect evaporators (MEE; beberapa efek evaporasi bertekanan/bersuhu turun bertahap) memekatkan weak black liquor dari 16–17% padatan hingga sekitar 70–75% padatan—cukup untuk pembakaran—dengan coefficient of performance, COP (rasio panas berguna terhadap energi penggerak), ~3,3–3,5. Setiap “efek” memakai uap hasil efek sebelumnya sebagai sumber panas. Pada ujung train, industrial condensers membuang uap bertekanan rendah terakhir (www.mdpi.com).
MVR (mechanical vapor recompression) banyak dipakai sebagai pre‑evaporator “heat pump”: kompresor menaikkan tekanan dan temperatur uap agar bisa dipakai ulang sebagai uap pemanas. Dalam satu studi kasus (15,5 kt/hari dilute black liquor, 2.500 t/hari padatan), menambah MVR kedua pada train 7‑efek memotong uap baru ~263 t/hari (≈10,96 t/jam) namun menambah konsumsi listrik 14,4 MWh/hari—setara penghematan energi primer 7% atau sekitar €6.575/hari bahan bakar yang dihindari versus €2.160/hari biaya listrik ekstra; hasil akhirnya net saving €4.415/hari dan simple payback ≈2,5 tahun (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).
Efek tambahan dan MVR memberi COP yang menurun pada part‑load, namun bahkan pemakaian partial vapor recompression tetap meningkatkan kapasitas dan memangkas pemakaian bahan bakar. Secara keseluruhan, train multi‑effect (4–8 efek) plus MVR dapat menurunkan kebutuhan uap penguapan black liquor kira‑kira satu orde magnitudo dibanding desain single‑effect (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Konteks penting: pemekatan black liquor “mengonsumsi uap dalam jumlah besar” di pabrik (www.mdpi.com).
Baca juga:
Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air
Integrasi Panas dan Preheating
Di luar upgrade evaporator, integrasi panas plant‑wide (pinch analysis—metode rekayasa untuk memetakan dan memaksimalkan pemulihan panas antar‑alur proses) dapat memanaskan awal black liquor dan menurunkan beban penguapan. Aliran proses panas—seperti bleaching washwater, weak wash condensates, dan digester blowdown condensate—dapat dialirkan ke heat exchanger untuk preheat. Satu studi pinch pada pabrik kraft partly‑integrated mengidentifikasi potensi penghematan ~18,5 MW uap (~12% dari total beban uap pabrik) lewat perbaikan jaringan pemulihan panas (www.researchgate.net).
Retrofit yang relatif sederhana—terutama optimalisasi integrasi jaringan heat‑exchanger—dapat menghemat ~5,8 MW uap per tahun (dengan belanja modal ~€0,13 juta per MW uap yang dihemat) dan payback ~1–1,5 tahun (www.researchgate.net). Dalam praktik, kondensat dari akumulator uap digester kerap dipakai untuk memanaskan feedwater atau black liquor (www.energy.gov.au).
Pencucian pulp yang lebih baik juga bantu: peningkatan brownstock washer atau diffusion washer mengurangi debit washwater sehingga lebih sedikit air terbawa ke weak black liquor. Optimasi wash dilution dapat memotong duty evaporator beberapa persen (www.energy.gov.au). Di hilir, recovery boiler modern sering memakai condensing economizer atau humidifikasi udara pembakaran untuk memanen panas gas buang. Mendinginkan flue gas di bawah 140 °C (bahkan 70–100 °C) menangkap kalor laten guna preheat feedwater atau black liquor (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).
Desain condensing recovery boiler—misalnya heat recovery boilers atau heat pump pada flue gas—dapat membebaskan uap bertekanan rendah untuk pembangkitan listrik, sehingga lebih banyak uap proses tersedia bagi evaporator atau diekspor sebagai daya (www.mdpi.com) (www.researchgate.net). Bahkan preheat modest pada weak black liquor (mis. dari suhu lingkungan ke 80–90 °C) dapat memangkas duty evaporator beberapa persen.
baca juga: Media Filtrasi : Sand Filter, Carbon Filter dan Iron Filter
Fouling Natrium dan Scaling
Ketika black liquor diperkaya, garam anorganik mengendap sebagai scale yang menurunkan performa evaporator. Komposisi black liquor kraft mencakup ~15–16% kombinasi Na₂CO₃ dan Na₂SO₄ terhadap massa kering (www.degruyter.com). Di atas ~50% padatan (DS, dry solids), cairan menjadi supersaturated dan membentuk kristal double‑salt seperti burkeite atau Na₂CO₃·Na₂SO₄ (www.degruyter.com) (www.degruyterbrill.com).
Deposit “sodium salt fouling” melapisi permukaan perpindahan panas sebagai lapisan isolasi. Bahkan scale black liquor yang lunak seperti tanah liat menurunkan koefisien perpindahan panas total U secara signifikan (www.degruyterbrill.com) (www.degruyter.com). Karena itu, banyak pabrik memperbesar luas permukaan panas evaporator (kadang 2–3×) dan memasang automatic washing circuits pada efek berkonsentrasi tinggi. Meski demikian, scale dapat tumbuh cepat hingga memicu gangguan proses (www.degruyter.com).
Contohnya, satu pabrik (tanpa aliran samping tall‑oil) mengalami scaling berat di ~60% padatan, sementara pabrik lain baru terganggu di ~70% padatan karena sabun/brine tall‑oil menghambat kristalisasi (www.degruyter.com). Secara umum, ketika fouling terjadi ia “menciptakan lapisan isolasi… menurunkan performa perpindahan panas” (www.degruyter.com).
Strategi Pembersihan dan Inhibitor
Mitigasi meliputi wet cleaning (sirkulasi larutan kaustik encer atau asam) dan scrapers mekanis saat shutdown. Penambahan ekstrak tall‑oil (brine produk samping) terbukti efektif: jika diinjeksi sebelum efek berkonsentrasi tinggi, ia dapat melarutkan atau menghambat kristal Na₂CO₃/Na₂SO₄, menunda onset scale (www.degruyterbrill.com) (www.degruyter.com). Pengendalian kimia liquor—penyetelan pH, rasio sulfat/karbonat—juga membantu, dan secara implementasi dapat disertai program inhibitor skala; sebagai contoh aplikasi, injeksi bahan kimia presisi bisa dilakukan dengan peralatan seperti dosing pump dan formulasi scale‑inhibitor yang relevan.
Meski begitu, siklus cleaning tetap menambah downtime dan konsumsi air/kimia. Biaya energi tersembunyinya nyata: bahkan setelah pembersihan offline, desain harus mengakomodasi 100% duty pada U yang lebih rendah, dan pencucian berkala membuang panas. Laporan teknis menegaskan bahwa semua efek di atas ~50% DS pada dasarnya beroperasi sebagai crystallizer, sehingga pabrik mendesain ekstra U dan jadwal washing (www.degruyter.com) (www.degruyter.com). Lapisan sodium‑scale umumnya sulit diangkat dan menuntut area pindah panas besar (www.degruyter.com); pembentukan sodium‑scale juga disebut “salah satu penyebab paling umum gangguan proses” pada evaporasi black liquor (www.degruyterbrill.com).
Konteks Indonesia dan Payback
Indonesia adalah produsen pulp terbesar ke‑8 dan produsen kertas ke‑5 dunia (infopublik.id). Kebijakan “green industry” menuju net‑zero 2050 eksplisit menyebut black liquor sebagai bahan bakar biomassa untuk uap/listrik (infopublik.id). Maka, upgrade teknis seperti train multi‑effect yang ditingkatkan, MVR, dan pemulihan panas buangan selaras dengan tujuan nasional: mengurangi pemakaian uap fosil dan emisi flue‑gas sekaligus memaksimalkan energi black liquor.
Satu analisis Indonesia menegaskan bahwa black liquor yang tidak dimanfaatkan (pasca evaporasi) adalah peluang energi yang hilang, sedangkan evaporator yang dioptimalkan dengan integrasi panas memaksimalkan bioenergi black liquor—sekitar 22 GJ per ton pulp ketika liquor terkonsentrasi dibakar (www.researchgate.net). Dengan dukungan regulasi (dan potensi ekonomi karbon), investasi menjadi masuk akal: contoh MVR tambahan memberikan payback ≈2,5 tahun (www.mdpi.com), dan retrofit heat‑exchanger kerap balik modal <2 tahun (www.researchgate.net).
Baca juga:
Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air
Trade‑off Energi dan Ekonomi
Kesimpulan kuantitatifnya tegas: upgrade evaporator black liquor dengan penambahan efek, recompression, dan integrasi panas komprehensif dapat memangkas pemakaian uap sebesar ~~10–20% (atau lebih). Studi numerik dan data kasus menunjukkan kombinasi multi‑effect+MVR menghasilkan penghematan energi 7–10% (www.mdpi.com), sementara langkah berbasis pinch dapat menghemat ~12% (atau ~6 MW pada pabrik pulp 600 t/hari) (www.researchgate.net).
Namun fouling tetap menjadi penghalang: tanpa inhibitor dan cleaning, scale dapat menghapuskan keuntungan efisiensi tadi. Dalam perencanaan, operasi harus menyeimbangkan area perpindahan panas besar dan rejim cleaning versus efisiensi. Catatan industri juga menekankan biaya marginal listrik (dari black liquor) vs uap harus dipertimbangkan ketika “menukar” uap dengan listrik via MVR (www.mdpi.com).
Sumber Data dan Rujukan
Studi otoritatif (MDPI, Nordic P&P Research J, panduan ala IEA) dan analisis industri menjadi dasar. Rujukan kunci termasuk Variny (2023) dan Karlsson (2020) tentang efisiensi evaporasi dan scaling (www.mdpi.com) (www.degruyter.com), panduan efisiensi energi Australia (www.energy.gov.au) (www.energy.gov.au), serta laporan industri/kebijakan (www.researchgate.net) (infopublik.id). Angka‑angka (saving, payback, laju scaling) dalam artikel ini berasal dari sumber‑sumber tersebut.
