2 3 4 5 penyiapan air industri

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPNYK 1

Utilitas

(Kode MKA 121452)

Penyiapan Air Industri

Bambang Sugiarto

Basudewa2008.wordpress.com


Deskripsi

Berisi deskripsi singkat tentang materi yang diajarkan pada pertemuan ini


Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

Tujuan materi yang akan diajarkan


KEPERLUAN AIR INDUSTRI

1. Air Servis

2. Air untuk Keperluan Pendingin

3. Air untuk Keperluan Proses

4. Air Minum dan Perkantoran

5. Air Umpan Boiler (BFW)

SUMBER AIR

Air Sungai

Air Mata Air/ SumurBor

Air Laut

Sumber Lainnya

Air Terdapat di Alam umumnya tidak Murni (H2O)


Sumber Air di alam :

1.Air Laut mempunyai rasa asin karena banyak mengandung garam NaCl serta garam-garam mineral oleh karenanya air laut tidak memenuhi syarat sebagai air minum.

2.Air Hujan dalam keadaan murni sangat bersih, tetapi karena adanya pengotoran udara, maka sampai kebumi sudah tidak bersih lagi.

3.Air Payau terjadi karena bercampurnya air laut dengan air sungai atau air tanah, sehingga rasanya sedikit asin, tidak nyaman untuk air minum, dan kotor garam-garam mineral yg larut dari tanah.


Sumber Air di alam :

4.Air Lahan Gambut umumnya air jenis ini terkontaminasi kotoran yang membentuk koloidal, sehingga sulit untuk dijernihkan, ada yang berwarna hitam, merah serta mempunyai pH rendah.

5.Air Permukaan, umumnya mendapat pengotoran pada pengaliran, seperti lumpur, kotoran industri, yang termasuk air permukaan adalah air sungai, air danau dan air rawa.

6.Air Tanah, umumnya air yang berasal dari dalam tanah dan mengandung sedikit zat-zat yang tersuspensi serta keruh. Air tanah tergolong dari air tanah dalam, dan air tanah dangkal serta mata air.


PENCEMARAN AIR

Pencemaran secara Fisika seperti sampah, pasir, yang bisa diolah secara fisika contoh Filtrasi Umumnya bahan tidak terlarut dalam air.

Pencemaran membentuk Koloidal ( KimiaFisika) diolah secara Kimia Fisika contoh dibuat Flok dan difilter. Bahan terlarut membentuk Koloid.

Pencemaran secara Kimia seperti Keasaman, kandungan Logam Berat, Mineral, Garamdll. Umumnya senyawa terlarut sempurna dalam air


Secara umum zat pengotor air adalah

sebagai berikut

1.Padatan tersuspensi

2.Padatan terlarut

3.Gas terlarut


Padatan Tersuspensi dalam Air Padatan tersuspensi merupakani stilah yang

diberikan atas keberadaan zat heterogen yang terkandung dalam air secara umum yang terdiri atas: lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri. Dengan kata lain padatan tersuspensi adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat mengendap langsung. Bila digunakan sebagai air umpan ketelakan menjadi penyebab terbentuknya deposit, kerak dan busa. Sedang dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan korosi dibawah endapan tersebut. Kekeruhan yang berlebihan dalam air minum sangat tidak diinginkan karena dapat menimbulkan rasa tidak enak.

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPNYK

10

Padatan Terlarut dalam Air

Air merupakan pelarut yang baik sehingga mampu melarutkan zat-zat dari bebatuan dan tanah yang terkontak dengan air tersebut. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan bebatuan, antaral ain : CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2, dan sebagainya.

Untuk air yang akan dipakai sebagai pembangkit uap atau sistem pendingin ada dua parameter penting yang merupakan akibat dari padatan terlarut yaitu kesadahan dan alkalinitas. Padatan terlarut lainnya, seperti garam terlarut, asam dan zat organik tidak dibahas disini.


Gas Terlarut

Berbagai gas dapat larut dalam air, antara lain : CO2, O2, N2, NH3, NO2, dan H2S. gas-gas terlarut tersebut pada umumnya tidak menimbulkan korosi kecuali CO2, O2 dan NH3. Karbondioksida sesungguhnya adalah suatu asam jika bergabung dengan air dan dengan demikian dapat menyerang logam. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

CO2+ H2O H2CO3 H++ HCO3-(2.6)

Oksigen yang terlarut dalam air merupakan penyebab utama korosi yang terjadi pada ketel dan sistem pendingin. Penghilangan oksigen dariair umpan ketel dapat dilakukan dengan cara deaerasi secara fisik dan kimia


Air Pendingin

Air yang lewat melalui alat penukar panas heat

(exchanger ) dengan maksud untuk menyerap dan exchanger) memindahkan panasnya

Syarat – Syarat Air

Stabil dalam proses pendinginan

Kemampuan membawa panas sebagai panas sensibel

Efek Korosi sekecil mungkin

Bebas aktivitas mikroba terjadinya fouling akibat

Menjamin kelancaran aliran



Proses dan Siklus Air Pendingin

Air Minum /Air Proses

Syarat-syarat Air Minum/Proses

1) Jernih/ tak berwarna

2) Netral/ pH sekitar 7

3) Bersih/Sehat, bebas bakteri dan bacilus

4) Tidak Mengandung logam berat

5) Kandungan Mineral / logam dengan syarat tertentu

AMAN DI KONSUMSIUtilitas 1 (Teknik Kimia) - UPNYK 15

Pengolahan Air Minum


Pengolahan Air Proses


FUNGSI MASING-MASING

UNIT

1.BAK PENAMPUNG SEMENTARA

Untuk menjamin kelancaran aliran

2.BAK PENGENDAP AWAL

Mengendapkan Padatan Padatan non Koloid

3.FLOKULATOR

Memberi kesempatan terbentuknya flok-flok , dari endapan koloid, setelah diberi koagulan



UNIT

4. CLARIFIER

Untuk memisahkan Flok-flok yang terbentuk

5. SARINGAN PASIR

Untuk Menyaring endapan Koloid yang tidak membentuk Flok.

6. BAK KAPORIT

Untuk memberi kesempatan kaporit bereaksi membentuk Cl2 yang bersifat mengelantang dan membunuh bakteri (Pasteurisasi)



UNIT

7. KARBON AKTIV

Menyerap senyawa kimia penyebab Bau dan Warna

8. OZONISASI

Berfungsi membunuh bakteri (Pasteurisasi) sebagai pengganti fungsi Chlorin. Tetapi tanpa mengelantang.



UNIT

9. ULTRA VIOLET

Penyinaran U.V pada frekuensi tertentu sekitar 27500 mikrowatt per centimeter persegi, dapat membunuh bakteri / bacilus,yang tahan terhadap ozon.

STERILISASI

10. BAK DISTRIBUSI

Untuk Menjamin kelancaran Distribusi


AIR UMPAN BOILER

Syarat-syarat Air Untuk Umpan Boiler

Air Lunak /Bebas Sadah

Bebas Logam dan Mineral

Bebas Gas Tersuspensi

PROSES ANALOG DENGAN AIR PROSES DILANJUTKAN DENGAN PROSES

PELUNAKAN, DEMINERALISASI DAN DEAERASI.


Perlakuan lanjut Air Umpan Boiler


Utilitas 1- UPN [v] YK 24


UNIT

1.Softener untuk menghilangkan kesadahan air / melunakan air.

2.Resin + dan - sebagai penukar kation dan anion / Demineralisasi. Resin jenis tertentu dapat menghilangkan juga mineral penyebab sadah.

3.Deaerasi untuk menghilangkan gas-gas yang tersuspensi dalam air


SEDIMENTASI & FLOKULASI

(Proses External)

Proses pengolahan untuk memperbaiki kualitas air terdiri atas berbagai jenis dan penerapan proses –proses tersebut disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki. Sebagian besar jenis proses pengolahan air secara eksternal.

Proses-proses tersebut digunakan untuk mengolah jenis pengotor(impurities) tertentu dan pengolahan air secara eksternal ini dapat dibagi menjadi tiga katergori, yaitu:


Proses pendahuluan

(pre-treatment treatment)

Proses ini umumnya digunakan untukmemperoleh kualifikasi air pendingin atausebagai proses awal untuk penyediaan airdengan kualitas yang lebih tinggi.


Sedimentasi

Sedimentasi adalah

suatu proses yang bertujuan memisahkan/mengencapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air.

Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi.


Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi didalamnya.

Cara lain yang lebih cepat adalah dengan melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh kedalam bak pengendap tersebut. Kecepatan pengendapan partikel-partikel yang terdapat didalam air bergantung kepada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap.


Jenis Sedimentasi

Kontinu

Intermittent (selang-seling)

Sedimentasi /settling secara intermittent banyak dipakai dalam water treatment.


Effisiensi Sedimentasi tergantung :

Jumlah padatan dalam badan air

Kekasaran partikel terlarut

Waktu pengendapan

Bentuk rancangan alat:

Sirkuler

Rectangular


Dalam perancangan alat sedimentasi /settler tidak dirancang alat yg dp mengendapkan semua padatan terlarut (suspended solid) scr sekaligus:

Tidak praktis

Waktu tinggal>>>

Tidak ekonomis(η<<)

Perancangan ►eliminasiaruseddy

►scouring velocities

►kondisi yg menghambat

pengendapanUtilitas 1 (Teknik Kimia) - UPNYK 32

Kasus :hubungan waktu setling/sedimentasi dengan flokulasi

Kerugian waktu sedimentasi /

settling yg lama


Cara penanganan :

Dengan desinfektan: CuSO4, khlorinasi, khor aminsh galgae + m.o. lemah/mati

Degan roof/pelindung shg s.m. Terhambat

Waktu settling cepat, sebagai pertimbangan perancangan alat


Kasus sebaliknya :

kekurangan oksigen

Jika kandungan oksigen rendah dalam badan air olahan maka akan menjadi beban bagi unit aerator, apalagi jika dalam badan air banyak terdapat m.o an organik

Beban clarifier, untuk proses pengendapan Fe sebagai Ferritri hidroksida

Perlu analisa kadar oksigen pada utilitas sistem: baik pada air pendingin, air proses maupn air umpan boiler


Reaksi-reaksi :

Reaksi flokulasi


Teknik Kimia - U P N 'v' YK 39

Pengendap clarifierAlat yang digunakan untuk mengendapkan kotorandalam suatu cairan antara lain adalah clarifier.Berikut adalah gambar alat pengendap clarifier


Cara Kerja ClarifierCairan masuk melalui pipa yang diletakkan dibagiantengah dari tangki besar, cairan akan turunkebawah. Cairan yang bening akan naik keatassedang cairan yang kotor akan turun ke bawah.Kecepatan cairan keatas harus lebih rendah daripada kecepatan pengendapan partikel-partikelpadatan. Dengan demikian kapasitas clarifierditentukan oleh diameter ( luas permukaan) .Kedalaman juga sangat mempengaruhi pengendapanlumpur yang terkumpul. Kandungan padatan terlarutyang terikut dalam cairan yang ke atas harus dapatterkontrol dengan baik dengan jalan mengaturkecepatan pengeluaran.


Cara Kerja ClarifierMetode lain untuk flokulasi mencakuppenggunaan bahan aktif permukaan danpenambahan bahan, seperti perekat,gamping, alumina, atau natrium silikatyang berfungsi menjaring partikel-partikeltersuspensi untuk turun mengendap karenagaya beratnya.


Cara Kerja ClarifierBahan-bahan yang berupa koloidal dengan ukuranbahan 0,1 – 0,001µ sangat sukar sekali untukdiendapkan dengan cara grafitasi, untuk itu bahanharus diketahui sifat-sifat fisisnya terlebih dulubaru dilakukan destabilisasi kemudian dilakukanflokulasi. Berdasarkan fungsi dari sistempengendapat dapat di golongkan menjadi 2 yaitu :penjernihan (clarifier) dan pemekatan(thickener). Untuk merancang tangkipengendapan diperlukan sifat-sifat fisis daripadatan yang tersuspensi dan biasanya diperlukanpercobaan pelopor settling dan sedimentasi untukmenentukan diameter dan tinggi tangki yangdiperlukan.


Pengendap Bejana (Settler).Pada operasi berkesinambungan, campuranyang keluar dari tangki pencampur dialirkankedalam sebuah bejana yang cukup besarsehingga cukup waktu mengendapkancampuran dan mengurangi turbulensi. Selainbejana kosong biasa kadang dipakai bufflemendatar untuk mengurangi turbulensi danjarak jatuh butir-butir cairan.


Pengendap Bejana (Settler).Kecepatan pengendapan butiran :

gC

DV

g

g

W

S .3

4

A

QV V

t

Kecepatan maju

tV V

L

Q

AL

.

LZ

VV

t

s

sVZ .

Waktu tinggal :

Vs

V QV

ZQAL ... Volume tangki :


Pemekatan (Thickening)

Pemekatan (thickening) adalah peristiwapeningkatan kosentrasi padatan didalam badancairan dengan tujuan akhir untuk memperolehhasil berupa pasta atau kristal. Partikel yangtersuspensi didalam cairan berkisar antara 15 –30 % yang terkumpul akibat peristiwapengendapan dan pengguapan cairan.

Thickener adalah alat yang berfungsi untukmeningkatkan kosentrasi. Peningkatan kosentrasipadatan dalam badan cairan dapat dilakukandengan jalan pengendapan. Thickener dapatberoperasi secara batch maupun secara kontinyu(sinambung).


Pemekatan (Thickening)

Gambar Thickener


Pemekatan (Thickening)Peralatan dan cara kerja Thickener dapatdigambarkan sebagai berikut : Tangki yang besar agak dangkal dilengkapi dengan

penggaruk radial yang digerakkan lambat oleh motor yangdipasang pada bagian atas alat. Dasar alat bisa datar bisapula berbentuk kerucut. Bubur umpan yang encer mengalirmelalui palung miring atau meja cuci. Cairan mengalirsecara radial dengan kecepatan yang kian berkurang,sehingga memungkinkan zat padat itu mengendap didasartangki. Cairan jernih melimpah dari bibir tangki kedalamsuatu palung. Lengan-lengan penggaruk itu mengaduklumpur itu secara pelan, dan mengumpulkan dibagiantengah untuk dikeluarkan melalui pipa lumpur. Padabeberapa rancangan lengan pengaruk dapat diatur dengandibuat engsel, sehingga dapat menjangkau semua area yangada.


Pemekatan (Thickening)Laju alir volumetrik cairan keatas melewati daerah tersebut sama

dengan selisih laju alir cairan dalam slurry umpan dengan lajupengeluaran lumpur.

Bila : U = perbandingan cairan dengan zat padat di setiap titik di thickener

V = perbandingan cairan-padatan di lumpur keluar

Maka laju cairan ke atas/laju umpan = U – V

W = laju massa zat padat,

Laju cairan ke atas =

harus tidak melebihi laju pengendapan, Uc.

A = penampang thictener

ρ = densitas cairan

Uc = laju pengendapan slurry

A harus dihitung untuk seluruh jelajah konsentrasi yang ada di

thictener.

A

WVU

)(

A

WVUUC

)(

CU

WAUA

)(


Pencampur – Pengendap (Mixed Settler)Alat ini berupa sebuah tangki dengan pengaduk agarkedua cairan dapat kontak dengan baik. Padapengadukan, suatu fasa tersuspensi pada fasalainnya berupa butiran – butiran halus. Makin halusbutiran makin luas kontak antar fasa muka keduafasa tersebut. Dilain pihak bila butiran terlampauhalus, akan sangat sukar untuk mengendap,sehingga pemisahan kedua fasa dibutuhkan waktuyang lama. Campuran dua fasa dipisahkan dalamalat yang lain yaitu pengendap. Kedua fasa akanmemisah dan dapat dialirkan keluar secara terpisah.


Pencampur – Pengendap (Mixed Settler)


FILTRASI

Pemisahan fluida cair dari impurities / pengotor yang menyertai dengan menggunakan media porous

Jenis proses: gaya fisis untuk pemisahan

Banyak dipakai di industri pengolahan pangan, pengolahan air, keramik, dll

ProsesFiltrasi

Gaya yg dipakai untuk menggerakkan fluida melalui media filter :

Gravitasi

Pengaruh gaya gravitasional pada komponen-2

Jika menggunakan gaya sentrifugal gaya diinduksi kedalam sistem sehingga komponen-komponen produk terpisah


Klasifikasi Filter

1.Sand filter

•Terbuka

•Bertekanan

2.Filter Presses

•Chamber

•Plate & frame


3.Leaf filter

•Moore

•Kelly

•Sweet land

4.Rotary continousfilter

•Drum

•Leaf

•Top fluidUtilitas 2 (Teknik Kimia) - UPNYK 54

Gravity filter


Prinsip filtrasi


Open Rapid Filter


Perhitungan dalam filter



Review MKA OTK 3, bab Filtrasi, sub-bab Plate &Fram Filter Press


Ringkasan Materi

Berisi ringkasan materi dan latihan soal

Tugas untuk mahasiswa down load simulasi filtrasi (grafity filter dan compressed filter untuk produksi air minum, waste water treatment) dari youtube dan menjelaskan di kelas sebagai tugas kelompok

Utilitas 1 - UPN [v] YK 72

KESADAHAN DAN WATER SOFTENERZAT PENGOTOR (IMPURITIES)

Zat-zat yang diserap oleh air dalam perjalanan daur hidrologi menyebabkan air tersebut menjadi tidak murni lagi.

Zat-zat itu disebut sebagai zat pengotor atau impurities.

Berbagai jenis impurities dan karakteristiknya dapat dikelompokkan dalam 3 golongan, yaitu:

1.Padatan tersuspensi

2.Padatan terlarut

3.Gas terlarut

Padatan Tersuspensi

Merupakan zat heterogen yang terkandung dalam kebanyakan jenis air.

Terdiri atas Lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri.

Padatan tersuspensi dapat menyebabkan air keruh dan bila digunakan sebagai air umpan ketelakan menyebabkan terbentuknya deposit, kerak dan busa.

Padatan tersuspensi dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan timbulnya korosi dibawah endapan tersebut

Kekeruhanyang berlebihan dalam air minum sangat tidak diinginkan karena dapat menimbulkan rasa yang kurang baik

Utilitas 1 - UPN [v] YK

73

Padatan Terlarut

Air adalah pelarut yang baik, sehingga mampu melarutkan zat-zat dari batu-batuan dan tanah yang terkontak dengan air tersebut.

Mineral yang terkandung dalam air krn kontaknya dengan batu-batuan, antara lain : CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, silika, SiO2 dsb

Air yang akan dipakai untuk pembangkit uap atau sistem pendingin ada dua parameter penting yang merupakan akibat dari padatan terlarut, yaitu kesadahan dan alkalinitas.


Kesadahan (Hardness)

Kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air merupakan indikasi kesadahan air

Kesadahan air terutama diakibatkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium.

Sabun dalam air bereaksi lebih dulu dengan ion-ion ini sebelum dapat berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan air.

Senyawa kalsium, magnesium dan senyawa lain yang bereaksi dengan sabun, mempunyai ukuran yang disebut keadahan total (total hardness).


Kesadahan (Hardness)

Kesadahan total ditinjau dari macam kation merupakan jumlah kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium

TH = CaH+ MgH

Kesadahan total dilihat dari anionnya dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu:

1) kesadahan karbonat (kesadahan sementara)

2) kesadahan non-karbonat (kesadahan tetap)

TH = KH + NHUtilitas 1 - UPN [v] YK 76

Dengan keterangaan:



Kerugian yang dapat timbul akibat

adanya kesadahan dalam air industri

diantaranya adalah pembentukan kerak

dalam ketel dan sistem pendingin, selain

itu pemakaian sabun akan meningkat bila

kesadahan terdapat dalam air pencuci.

Alkalinitas(Alkalinity)

Alkalinitas air disebabkan adanya senyawa alkalis dalam air

Alkalinitas merupakan ukuran dari kapasitas air untuk menetralkan asam

Ada tiga jenis alkalinitas:


Alkalinitas(Alkalinity)

Penentuan alkalinitas dilakukan dengan titrasi menggunakan larutan HCl.

Penetralan dilakukan dengan indicator phenolptalin menghasilkan alkalinitas-P, sedangkan bila digunakan indicator metil jingga akan dihasilkan alkalinitas-M. Reaksi yang terjadi pada alkalinitas P dan M adalah sebagai berikut:


Reaksi yang terjadi pada alkalinitas P

dan M adalah sebagai berikut:


Penyebab alkalinitas tidak ada bersama-

sama dalam air.

Ada lima kemungkinan terdapatnya senyawa penyebab alkalinitas, yaitu:


Tabel 2.2.

Alkalinitas dan hubungannya dengan kesadahan


Hubungan alkalinitas dengan

kesadahan


Water softener

Pelunakan air, perlu dikendalikan agar tidak menggangguj alannya proses

Tujuan: untuk menghindarkan terbentuknya kerak akibat dari terakumulasinya senyawa karbonat

Pertimbangan lain : berhubungan dg tingkat alkalinitas, Krn ada kalanya alkalinitas yg tinggi diperlukan khususnya pd air umpan boiler utk mencegah korosi


Menaikkan alkalinitas berarti menaikkan kesadahan

karbonat dan mengurangi kesadahan non-karbonat

Air baku pada umumnya hanya mengandung alkalinitas-M saja(hanya mengandung HCO3 saja) dengan pH sekitar 7.

Alkalinitas yang cukup tinggi diperlukan pada air umpan ketel untuk mencegah korosi, akan tetapi kadar OH- yang terlalu tinggi dapat menimbulkan kerapuhan kaustik( Caustic Embrittlement).


WATER DEMINE

Proses demineralisasi (pengurangan kandungan mineral) yg dikenakan pada air

Proses demineralisasi dilakukan pada:

Pengolahan air pada tahap persiapan, yaitu dilakukan reaksi pembentukan flok pada unit flokulasi kemudian diendapkan pada clarifier sebagai sludge/lumpur

Pengolahan air umpan boiler, yaitu pada water softener utk mengurangi kadar Ca dan Mg serta pada unit kation exchanger

Yang akan dibahas adalah pada unit kation-anion exchange (ion exchanger, IE)

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN[v]YK 87

Ion exchange proses mrp reaksi kimia antara ion dalam fase larutan dan ion dalam fase padat. Ion-ion tertentu dalam larutan diadsorpsi oleh ion exchanger padatan, dan dlm rangka menjaga elektronetrality, maka padatan melepaskan ion penukar kedalam larutan.

Contoh: pada proses pelunakan air (water softening), ion Ca+2dan Mg+2diambil dari larutan dan padatan exchanger melepas kanion Na+ untuk menggantikan tempat Ca+2 dan Mg+2 Reaksinya stokhiometri dan reversible.


Ion Exchanger

Ion Exchanger

Zeolit adalah ion exchange yang pertama digunakan untuk proses water softening. Tetapi sekarang penggunaanya diganti oleh synthetic cation exchange resin dan synthetic anion exchange resin

Ion exchange digunakan pula dalam proses pengeluaran anion dan kation dari dalam air, yang disebut proses demineralisasi. Ion exchange dapat pula digunakan untuk memindahkan ion-ion logam dari waste water, dan ion-ion itu kemudian dikeluarkan bersama-sama pada saat regenerasi, seperti pada industri metal platting dengan ion-ionnya: Zn, Cd, Cu, Ni, Cr.


Struktur Ion Exchange Resin

1.PolimerMatrix, meliputi

Polystirenmatrix, mrp kopolimer stiren dan divinil bezene. Terjadi secara polimerisasi suspensi, sehingga dihasilkan cross-link polymer dan tidak larut dalam air

Polyacrylicmatrix, mrp kopolimer acrylat/ acrylonitrile dengan divinil benzene, sehingga dihasilkan crosslink polymer


Struktur Ion Exchange Resin

2. Group Fungsional, ada 2 jenis

a.Cation Exchange Resin

Strongly Acidic (sulfonic group), Polystiren bead ditambahkan H2SO4 pekat, sehingga dihasilkan resin dengan stabilitas kimia dan fisika yang tinggi. Contoh: AmberliteIR 120, DuoliteC 20, LewatitS 100 TS

Resin ini mempunyai gugus aktif sulfonic group (-SO3H) dan dapat memindahkan seluruh kation


Weakly Acidic (carboxylic group), mrp reaksi hidrolisa dari polymetilacrylate/polyacrilonitrile untuk membentuk poly matrik. Contoh: Amberlite IRC 76 dan DuoliteC 433

Resin ini merupakan gugus aktif carboxylic group (-COOH), dapat mengeluarkan kation-kation dari basa lemah seperti: Ca 2+danMg 2+, mempunyai kemampuan terbatas memindahkan kation-kation dari basa kuat, spt. : Na+ danK+


b. Anion Exchange resin

Strong Base, mempunyai grup aktif quaternary ammonium. Ada 2 macam yaitu:

1) Type 1 Resin, paling kuat, dengan grup aktif benzyl dimentil etanol ammonium, dp memindahkan seluruh anion termasuk silika. Contoh: Duolite A 10

2) Type 2 Resin, dapat memindahkan seluruh anion, membebaskan anion-anion lebih mudah selama proses regenerasi dengan menggunakan larutan NaOH(efisiensi regenerasi tinggi), tetapi menghasilkan silikaleakage lebih besar dari type 1. contoh: Duolite A 102


Weak Base, memp. Grup aktif amine, dapat memindahkan anion-anion yang terutama dari asam kuat seperti SO42-Cr, NO3-dan terbatas untuk anion-anion dari asam lemah seperti HCO3-, CO32-dan SiO44-.


Kapasitas Ion Exchange1. Total capacity

Menyatakan kapasitas total grup aktif yang ada pada resin, dan dinyatakan dalam equivalent/unit.

2. Operating Capacity

menyatakan banyaknya kapasitas grup aktif yang dapat digunakan selama proses berlangsung.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya operating capacity terhadap total capacity adalah: analisa raw water ; kualitas air hasil yang diinginkan; laju alir service; suhu air ; jenis dan jumlah regenerasi; laju alir regenerant; suhu regenerant dan waktu service yang diinginkan.


3. Regeneration Efficiency

Merupakan perbandingan antara operating capacity dan Jumlah regenerant yang digunakan(keduanya dinyatakan Dalam eq/lt) dan dinyatakan dalam prosentase

4. Regenerant Ratio

Merupakan kebalikan dari regeneration efficincy, dan biasanya bernilai lebih besar dari 1.

Biasanya strongly acidic/strongly basic resin jarang menggunakan lebih dari 60% dari total capacitynya. sebagaicontoh, strongly basic type 1 yang mempunyai total capacity 1,2 eq/lt, hanya menggunakan operating capacity 0,46 eq/lt.


Reaksi Ion Exchange

1.Cation Exchange, umumnya digunakan untuk mengeluarkan ion-ion yang tidak diinginkan dari larutan tanpa merubah konsentrasi total ion atau pH. Resin biasanya menggunakan ion Na+ untuk menyerap, karena ion sodium biasanya mempunyai affinitas yang rendah sehingga mempunyai kemampuan untuk mengadopsi metal lain


Resin mempunyai afinitas yang besar untuk ion-ion divalent, trivalent, tapi untuk ion-ion monovalen afinitasnya yang rendah, sehingga resin ini mempunyai kapasitas yang tinggi untuk memindahkan ion Ca2+ dan Mg2+ dari larutan, tetapi untuk ion Na+ kapasitasnya kecil

2. Anion Exchange

Resin yang paling banyak digunakan untuk anion exchange adalah basa kuat dalam bentuk klorida. Contoh reaksinya adalah:


Hidroksida Ion Exchange

Bila larutan asam dilewatkan melalui resin bentuk hidroksida, anion-anion teradopsi dan digantikan oleh hidroksida, sehingga terbentuk air murni.


Tahap Regenerasi

Regenerasi untuk kaiton exchange dengan menggunakanl arutan asam, sedangkan untuk anion exchange menggunakan larutan caustic soda.

Reaksi yang terjadi:


Kesetimbangan Ion Exchange


Cation Exchanger (strong acid dg gugussulfonat–SO3H)mengadsorpsi kation-kation dengan urutan sbb:

Sedangkan anion exchanger (strong base yang mempunyai gugus quartenary ammonium), mengadsorpsi anion-anion dengan urutan sbb:


Actual reaction

Resin penukar kation

Resin penukar kation asam kuat yang beroperasi dengan siklus H, regenerasi dilakukan menggunakan asam HCl atau H2SO4.


Reaksi pada tahap layanan adalah sebagai berikut:

Konsentrasi asam keseluruhan yang dihasilkan oleh reaksi diatas disebut Free Mineral Acid ( FMA ). Jika nilai FMA turun, berarti kemampuan resin mendekati titik-habis dan regenerasi harus dilakukan.


Reaksi pada tahap regenerasi adalah sebagai berikut:


Gugus Fungsi pada resin penukar kation asam lemah adalah karboksilat (R-COOH). Jenis resin ini tidak dapat memisahkan garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat. Tetapi dapat menghilangkan kation yang berasal garam bikarbonat untuk membentuk asam karbonat atau dengan kata lain resin ini hanya dapat menghasilkan asam lemah dengan siklus H, dinyatakan oleh reaksi-reaksi berikut:

larutan regenerasi dan reaksi yang terjadi pada tahap regenerasi identik dengan resin penukar kation asam kuat.

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN[v]YK106

Penukar resin anion

Resin penukar kation asam kuat siklus hydrogen akan megubah garam-garam terlarut menjadi asam, dan resin penukar anion basa kuat akan menghilangkan asam-asam tersebut, termasuk asam silikat dan asam karbonat.


Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap layanan dan regenerasi adalah sebagai berikut:


Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam kuat seperti HCl dan H2SO4, tetapi tidak dapat menghilangkan asam lemah seperti asam silikat dan asam karbonat, oleh sebab itu resin penukar anion basa lemah acap kali disebut sebagai acid adsorters


Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap layanan adalah sebagai berikut


Resin penukar anion basa lemah dapat diregenerasikan dengan NaOH, NH4OH atau NaCO3 seperti ditunjukkan oleh reaksi dibawah ini


Operasi Sistem Pertukaran Ion

Operasi sistem pertukaran ion dilaksanakan dalam empat tahap, yaitu:

1) Tahap layanan(service)

Tahap layanan ini dilakukan dengan cara mengalirkan air umpan dari atas (down flow).

2) Tahap pencucian balik(backwash)

3) Tahap regenerasi

4) Tahap pembilasan


Tahap Pencucian balik

Tahap pencucian balik dilakukan jika kemampuan resin telah mencapai titik habis. Sebagai pencuci digunakan air produk, pencucian balik mempunyai sasaran senagai berikut :

Pemecahan resin yang tergumpal

Penghilangan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin

Penghilangan kantong-kantong gas dalam unggun, dan

Pembentukan ulang lapisan resin

Pencucian balik dilakukan dengan pengaliran air dari bawah keatas(up flow). Pada tahap ini terjadi pengembangan unggun antara 50 hingga 75%.


Tahap Regenerasi

Tahap regenerasi adalah operasi penggantian ion yang terjerap dengan ion awal yang semula berada dalam matriks resin dan pengembalian kapasitas ketingkat awal atau ketingkat yang diinginkan.

Larutan regenerasi harus dapat menghasilkan titik puncak(mengembalikan kemampuan resin ketingkat awal) dari ion yang digantikan, karena hal ini dapat mengurangi waktu regenerasi dan jumlah larutan yang digunakan. Jika sistem dapat dikembalikan ke kemampuan pertukaran awal, maka ekivalen ion yang digantikan harus sama dengan ion yang dihilangkan selama tahap layanan. Jadi secara teoritik, jumlah larutan regenerasi (dalam ekivalen)yang dihilangkan (kebutuhan larutan regenerasi teoritik)


Tahap Regenerasi

Operasi regenerasi agar resin mempunyai kapasitas seperti semula sangat mahal, oleh sebab itu maka regenerasi hanya dilakukan untuk menghasilkan sebagian dari kemampuan pertukaran awal. Upaya tersebut berarti bahwa regenerasi ditentukan oleh tingkat regenerasi (regeneration level) yang diinginkan. Tingkat regenerasi dinyatakan sebagai jumlah larutan

regenerasi yang digunakan per volume resin.


Tahap Regenerasi Perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada

tingkat regenerasi tertentu dengan kapasitas pertukaran yang secara teoritik yang dapat dihasilkan pada tingkat regenerasi itu disebuit efisiensi regenerasi. Efisiensi regenerasi resin penukar kation asam kuat yang diregenerasikan dengan H2SO4 dan resin penukar anion basa kuat yang diregenerasikan dengan NaOH antara 20-50%, oleh sebab itu pemakaian larutan regenerasi 2-5 kali lebih besar dari kebutuhan teoritik. Pada resin penukar kation dalam asam lemah dan resin penukar anion basa lemah efisiensi dapat mendekati harga 100%, atau dengan kata lain kebutuhan larutan regenerasi untuk resin penukar golongan lemah lebuh sedikit.


Tahap Regenerasi

Besaran untuk menyatakan tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah nisbah regenerasi (regeneration ratio) yang didefinisikan sebagai berat larutan regenerasi dinyatakan dalam ekivalen atau gr CaCO3 dibagi dengan beban pertukaran ion yang dinyatakan dalam satuan yang sama. Makin rendaah regenerasi makin efisien penggunaan larutan regenerasi. Harga nisbah regenerasi merupakan kebalikan harga efisiensi regenerasi dari atas.


Efisiensi Regenerasi dan Pemanfaatan kolom

Sebagai fungsi dari tingkat regenerasi


Tahap Pembilasan

Tahap pembilasan dilakukan untuk menghilangkan sisa larutan regenerasi yang terperangkap oleh resin. Pembilasan dilakukan menggunakan air produk dengan down flow dan dilaksanakan dalam dua tingkat yaitu:

1. Tingkat laju alir rendah untuk menghilangkan larutan regenerasi dan

2. Tingkat laju alir untuk menghilangkan sisa ion.


Tahap Pembilasan

Limbah pembilasan tingkat laju alir rendah digabungkan dengan larutan garam daan dibuang. Sedangkan limbah pembilasan tingkat laju alir tinggi disimpan dan digunakan sebagai pelarut senyawa untuk regenerasi.


Penghilangan Gas

Penghilangan gas dilakukan sebelum air keluaran kolom kation diolah di kolam resin penukar anion dimaksudkan untuk mengurangi beban pertukaran pada kolom penukar anion, yang berarti juga mengurangi penggunaan larutan regenerasi.


Penghilangan Gas

Setelah tahap pertukaran kation di resin penukar kation siklus hydrogen, alkalinitas bikarbonat yang dikandung dalam air umpan akan di konversi menjadi asam karbonat dan karbondioksida,seperti disajikan pada reaksi di bawah ini:


Air keluaran resin penukar kation bersifat asam, maka reaksi kesetimbangan di atas akan bergeser ke kiri. Air yang diolah di kolom degasifier mengandung karbon dioksida yang ekivalen dengan alkalinitas bikarbonat ditambah dengan jumlah karbon dioksida yang larut dalam air tersebut.

Cara kerja kolom degasifiermengikuti teori-teori yang berlaku untuk proses stripping(pelucutan). Kandungan CO2 dalam air dilucuti menggunakan udara yang dihembuskan oleh blower atau secara vakum. Pemakaian kolom mengurangi kandungan karbondioksida menjadi sekitar 5

mg/l.


OperasionalIon Exchange

(Hook Up System)


Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN [v] YK 127

Deaerasi

Daerasi merupakan usaha penghilangan gas seperti oksigen, karbondioksida, dan ammonia dengan proses penaikan temperature saturasi air pada tekanan rendah.

Perbaikan perancangan pada campuran yang mempunyai sifat berdekatan seperti air dengan steam dapat mengurangi sifat korosif gas pada pemanasan umpan air sebagai upaya pencegahan korosi

Adanya oksigen akan menyebabkan lubang dan korosi pada pemanas umpan, clossedheaters, economizer, boiler, dan return lines


gas oksigen dapat menimbulkan korosi 5 sampai 10 kali lebih banyak dibandingkan gas karbondioksida untuk kuantitas yang sama

factor suhu144F akan mempunyai aktivitas 2-2.5 kali lebih besar untuk kondensate yang sama pada suhu 140F

Adanya gas karbondioksida dalam sistem, bersam agas lain dan bercampur dapat menimbulkan kira-kira10 %-40 % korosi

Jika korosi disebabkan oleh banyaknya karbondioksida maka struktur dan komposisi baja merupakan factor yang sangat menentukan.


Fe+2+ 2H2O →Fe(OH)2+ 2H+

4Fe(OH)2+ O2+ 2H2O →4Fe(OH)3↓infeksi logam/korosi

Kondensat kemungkinan terdiri dari karbondioksida yang dalam larutan akan membentuk H2CO3, dengan pH : 5.5-6.5

Mg/Ca →MgCO3/CaCO3(kerak)

Gas amonia sangat keras daya korosinya terhadap tembaga dan campurannya. Korosi yang ditimbulkan misalnya terjadi pada fitting, turbine tube, condenser, serta tempat-tempat yang langsung berkontak dengan amonia. Senyawa yang dibentuk dari hasil kontak ini adalah senyawa kompleks reaktif (Cu(NH4)++.


Teori Pelarutan

Dalton : PT=Σpi

Henry : c/p= kdengan:

k: koefisien kelarutan

c: konsentrasi kelarutan gas dalam larutan

p: tekanan gas

Berdasar prinsi phkDalton dan hkHenry, perubahan kelarutan gas dari air dapat dilakukan dengan mengurangi tekanan parsial dari gas itu ke udara sekeliling, tanpa mempedulikan tekanan total dari sistem


Berdasar prinsip diatas maka dapat

dilakukan perancangan sbb:

Cara sederhana yang dapat dilakukan dengan pengelembungan gas melewati air atau dengan penyemprotan air dengan aliran countercurrent dengan aliaran gas. Pada cara ini konsentrasi pelarutan gas atmosferis dikurangi dengan pengenceran gas. Tekanan parsial dari kelarutan gas dikurangi sesuai dengan hukum Henry, yaitu diperoleh dengan pencapaian kesetimbangan konsentrasi kelarutan gas dalam air secara proporsional terhadap pengurangan tekananparsial gas.

Karbondioksida dapat dilepaskan dari air dengan aliran udara yang berlawanan arah dengan aliran air.


Gas oksigen dapat dipindahkan dengan air yang melewati gas lain dengan aliran berlawanan arah dengan aliran gasnya. Udara tidak dapat dipergunakan pada peristiwa ini karena prosentase oksigen dalam udara tinggi (21%).

Kebanyakan proses penurunan kelarutan oksigen dengan pemanasan umpan menggunakan solven atau steam. Pemilihan penggunaan steam lebih disebabkan pertimbangan ekonomis.


Tipe-tipe Deaerator


Mekanisme pemindahan gas dari air

dengan memanfaatkan steam

Pencapaian kondisisaturasi dan pencapaian tekanan uap dari solven liquid dan tekanan larutan dari kelarutan gas. Pada kondisi ini, semua gas menjadi tidak larut. Untuk pelepasan gas diperlukan penghambat tray atau jet design dari pemanas umpan air pada suhu 212 F dan pada tekanan atmosferis.

Difusigas keudara sekeliling (tanpa penggelembungan) akibat dari tekanan internal dari cairan dan pelarutan gas lebih kecil dari tekanan yang dikenakan pada sistem. Pemindahan gas amonia, disebabkan oleh kelarutan yang ekstrem dari gas ini dicapai dengan difusi.


Oksigen akan segera meninggalkan air jika dipanaskan pada suhu saturasi dan tekanan sistem


Pemindahan gas karbon dan gas amonia

Jika gas karbondioksida terlarut dalam air maka akan menjadi komponen yang tidak stabil H2CO3.

CO2+ H2O →H2CO3

H2CO3→H++ HCO3-

HCO3-→CO3-+ H+

Konsentrasiion hydrogen akan mengontrol pH CO2 yg tdp dalam 3 bentuk molekul ini. Hanya H2CO3 dan CO2 saja yang dapat dipindahkan dengan deaerasi.


Gas amonia yang dilarutkan dalam air, akanmembentuk senyawa yang tidak stabil, NH4OH

NH3+ H2O →NH4OH→NH4-+ OH-

Konsentrasiion hydroxyl akan mengontrol penyebaran gas amonia dari dua bentuk molekul tersebut. Dan hanya NH4OH saja yang dapat dipindahkan dengan deaerasi


Peralatan

Sesuai dengan standart Heat Exchange Instute, standart unit deaerasi untuk tekanan operasi atmosferis meliputi:•Unit deaerasi

•Condenser

•Pipa pemanas deaerasidan / atau valve pemasukan air dengan lubang condenser.

Kapasitas yg dapat menampung aliran air tidak kurang dari 2 menit

Konstruksi dari bahan besi untuk tekanan operasi atmosferis dan plate baja untuk tekanan operasi yang tinggi.


Referensi

Herri Susanto “ Diktat Kuliah Utilitas 2” Departemen Teknik Kimia FT Industri, ITB, Bandung 2001

Jack Broughton, “Process Utility Sistem, Introduction to Design Operation and Maintenance” Institution of Chemical Engineers, 1994

www.chemicalprocessing.com

2 3 4 5 penyiapan air industri

Documents