kuliah ketel
Post on 14-Nov-2015
272 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PENGOLAHAN AIR UNTUK INDUSTRI
PENGOLAHAN AIR UNTUK INDUSTRI
Skema Pengolahan Air Industri
Air sebagai salah satu bahan utilitas. Secara praktis hampir tak pernah dijumpai air (H2O) di alam murni, air alam selalu mengandung senyawa-senyawa yang terlarut didalamnya. Hal ini disebakan akibat kuatnya daya larut air.
SENYAWA LAIN DALAM AIR Senyawa Primer (kadar diatas 5 mg/lt) (===( 1mg = 1 ppm
Kalsium
KarbonatMagnesiumBikarbonat
Natrium
Sulfat
Silikat
Khlorida
Senyawa Sekunder (kadar antara 0,1 5 ppm)
Kalsium
Nitrat
Besi (Fe)
Flourida
Amoniak
Senyawa Tersier (kadar antara 0,01 0,1 ppm)
Tembaga
Phospat
Timah
Arsen
Seng
Alumunium
Dll
Disamping senyawa diatas, terdapat juga gas-gas terlarut O2, CO2, Cl2 dll. Sumber air (air baku) untuk kegiatan industri tersedia dalam
Air sungai Air Rawa/ Danau/ Waduk
Air Tanah
Air Laut
1. Air Sungai
Sungai merupakan sumber air baku yang potensial bagi industri ( industri berdiri sepanjang sungai.
Karakteristik tergantung :
Asal aliran
Penggunaan disepanjang aliran sungai.
Struktur tanah disepanjang aliran sungai.
2. Air Rawa/ Danau/ Waduk
Pada umumnya kualitas air ini hampir sama dengan air sungai, Fluktuatif kualitas dan debit airnya lebih kecil daripada air sungai. 3. Air TanahMerupakan cadangan air yang cukup besar, Keberadaannya merupakan siklus alam. Fluktuasi kualitas dan debit airnya stabil. 4. Air Laut
Karena kadar garam atau Salinitas (NaCl, Na2SO4) terlalu tinggi, biasanya digunakan sebagai air pendingin alat mesin-mesin industri sekali lewat. Air laut sering digunakan sebagai air tawar tapi melalui proses terlebih dahulu.KUALITAS dan PARAMETER AIRDitentukan oleh impurities yang terdapat di alam
Penggolongan impurities
a. Kotoran yang tersuspensi
bakteri ( penyebab penyakit
algae ( menyebabkan bau, warna, kekeruhan
Lumpur (berupa pasir halus, dan zat-zat organik) ( menyebabkan warna
b. Kotoran yang terlarutDalam bentuk garam
Kalsium dan Magnesium
: Karbonat, Bicarbonat, Klorida, Sulfat.
Sodium
: Kabonat, Bikarbonat, Klorida, Sulfat.
Dalam Besi
: Penyebab rasa, warna, korosi.
Gas-gas
: Oxigen, Carbon dioksigen.
ISTILAH dalam KUALITAS AIR
a. Kesadahan (Hardness)
Kesadahan adalah ukuran jumlah ogam alkali (biasanya Kalsium dan Magnesium) yang ada dalam air.
Pengukuran biasanya dialkukan secara volumetric menggunakan reagent EDTA (Etilin Diamin Tetra Acetic Acid). Satuan yang lazim digunakan adalah :
Derajat Jerman (oD)
Ppm CaCO31 oD = 17,8 ppm CaCO3b. AlkalinitasUkuran jumlah ion bikarbonat (HCO-3), Karbonat (CO-) dan Hidroksida (OH-) dalam air.
Cara pengukuran menggunakan titrasi (volumetric) menggunakan basa kuat (HCl atau H2SO4) dengan indikator PP (p. Alkalinitas) dan indikator MO (m. Alkalinitas).
Dari kedua parameter diatas (p dan m alkalinitas) dapat dihitung kadar ion OH-, CO-, HCO-3 Sbb:
Kegunaan air dalam Industri
Air Sanitasi
Air Pendingin Air Ketel ( Steam
Air baku tidak bisa langsung digunakan sebagai kebutuhan air diatas, perlu diolah sesuai dengan syarat tertentu.
PENGOLAHAN AIR BAKU
Air merupakan pelarut yang sangat baik, sehingga mineral-mineral dan gas-gas terlarut, Mineral dan gas ini sangat menganggu dalam penggunaannya maka ( PENGOLAHAN.
1. Pengolahan secara FISIKA
Seperti saringan, pengendapan karena beratnya : memisahkan padatan yang kasar memisahkan padatan yang terapung
memisahkan minyak dan lemak.
A. Memisahkan padatan yang kasarPasir, Lumpur dapat diendapkan tanpa penambahan bahan kimia (Flokulasi dan Koagulasi)B. Memisahkan padatan yang terapung.
Plastik dan zat-zat organik sering dijumpai pada air permukaan terutama yang melawati pemukiman penduduk. Untuk memisahkan digunakan screen maupun bak penampung dengan mengatur pengeluaran efluen dibawah permukaan air dan kotoran yang terapung dapat dipisahkan secara manual maupun mekanis.2. Pengolahan secaraKIMIA
Dengan menghembuskan proses koagulasi, flokulasi dan sedimentasi. Pada prinsipnya untuk membuat partikel terlarut dan tersuspensi menjadi partikel gumpalan yang ukurannya lebih besar dan kompak sehingga mudah mengendap.Koagulasi dapat didefinisikan sebagai proses diman bahan kimia ditambahkan (koagulan) dalam air yang mengandung partikel tersuspensi (koloidal) disertai dengan pengadukan dengan RPM tinggi agar mendapat homogenitas larutan. Kemudian dilanjutkan dengan pengadukan lambat (8-10 RPM), dimana koagulan menetralkan muatan koloid ( sehingga partikel dapat membentuk floc (gumpalan) yang besar ( dan partikel cepat mengendap. Proses ini disebut flokulasi.
Pemilihan koagulan yang sesuai tergantung dari suspended solid dan pH air.
Macam-macam Koagulan
Alum (Alumunium sulfat/Al2(SO4)3 PAC (poly Alumunium Chloride) Aln(OH)mCl3n-mStandarisasi proses koagulasi dan flokulasi
Koagulasi : n = 80 100 RPM
t = 1 5 menit
Flokulasi : n= 5 8 RPM
t = 20 40 menit
n = kecepatan pengadukan
t = waktu tinggal
Floc (endapan) yang terbentuk dipisahkan dengan sedimentasi.Filtrasi
Air yang keluar dari proses flokulasi yang masih mengandung flok-flok halus masih memerlukan penyaringan melalui suatu media yang berpori dimana flok/padatan tertapis, sedangkan air jernih diteruskan.
Efektifitas proses filtrasi/penyaringan (sand filter) tergantung dari :
Rate filtrasi
Ukuran filter media
Susunan media filter
Tinggi/kedalaman (bed) filter
Macam-macam filter/sand filter
Menurut cara kerjanya filter dapat digolongkan sebagai :
a. Grafity filter
Merupakan filter terbuka atau tertutup tetapi terhubung dengan udara luar (atmosfir). Filter media lapisan pasir (pasir silica/antrasit) halus sampai kasar dengan tinggi bed 60 90 cm.
Air masuk dari atas dan keluar dari bawah dan dialirkan ke penampung air bersih.
Semakin lama media penyaring akan jenuh dan perlu dilakukan pembersihan (backwash). Backwash dilakukan secara berlawanan arah, dari bawah ke atas, sebagai media pembersih biasanya air.
b. Pressure filter
Pada dasarnya sama dengan gravity filter hanya tangki dalam kondisi tertutup dimana air dipaksa melalui bed dengan tekanan tinggi.
Bahan filter media
Banyak bahan yang dapat digunakan untuk menyaring air di dalam air industri, misalnya pasir kwarsa, coke/antrasit, tanah diatome dll, dan yang lazim digunakan adalah pasir kuarsa antrasit.Pemilihan ukuran, kualitas dari pasir dan juga tebal/kedalaman lapisan sangat penting dalam design filter.
Antrasit coal.
Media filter ini lazim digunakan dalam proses penyaringan dan juga dipakai pada filtrasi air dari lime soda softening system.
Keuntungan bila dibandingkan dengan pasir kwarsa/silica :
Mempunyai true densitas yang lebih kecil (Sg + 1,5 dibandingkan pasir + 2,65)
Bentuknya tidak beraturan sehingga tumpukan filter lebih porous, sehingga lebih mudah dalam pencucian dan pressure dropnya kecil.
Antrasit mempunyai sifat inert bila dibandingkan dengan pasir silica.
Kerugian media ini (antrasit) adalah kurang kuat bila dibandingkan dengan pasir silica
PENGOLAHAN LANJUTAN
Air yang telah mengalami penjernihan, ditampung pada bak penampung untuk selanjutnya didistribusikan untuk berbagai keperluan dengan kualitas/syarat tertentu.
Untuk keperluan industri, air umumnya digunakan :
1. Air Sanitasi.
2. Air Proses.
3. Air Ketel/Boiler.
4. Air Pendingin/Cooling Water System.
I. PERAWATAN AIR KETEL
- Air PAM
- Air industri( Padatan terlarut
- Air Sumur( Padatan tersuspensi
- Air Sungai( Gas terlarut
Pengolahan =====> aman dan ofisien untuk operasi
1.1. Permasalahan yang disebabkan senyawa-senyawa kimia pada ketel dan proses penanggulangannya
Senyawa-senyawa kimiaPermasalahanPenanggulangannya
Kesadahan
(Ca, Mg)
- Terbentuknya kerak pada bagian dalam drum atau permukaan panas
- Menyebabkan perluasan dan memecah/meletusnya pipa-pipa penguapan- Pelunakan/softening
- Menggunakan ketel compound
- Pengontrolan kualitas air ketel
Silika (SiO2)
- Terbentuknya kerak pada bagian dalam drum atau permukaan panas
- Menyebabkan perluasan dan memecah/meletusnya pipa-pipa penguapan- Demineralisasi
- Menggunakan ketel compound
- Pengontrolan, kualitas air ketel
Alkalinitas- Akan terurai dengan adanya pemanasan pada ketel dan air ketel menjadi bersifat alkali (kelebihan alkali)
- Menyebabkan Carry over
- CO2 dihasilkan dari dekomposisi panas pH dari sistim kondensat menurun dan proses korosi akan meningkat- Menggunakan ketel compound
- Pengontrolan kualitas air ketel
- Menggunakan senyawa emina
- Pelunakan dengan dealkalinisasi
Senyawa-senyawa kimiaPermasalahanPenanggulangannya
Besi- Menurunnya efisiensi dari ion resin pengganti
- Korosi lanjut dalam ketel- Perlakuan oksidasi dan filtrasi
- Koagulasi dan sedimentasi
- Demineralisasi
- Menggunakan pencegah karat
Gas-gas terlarut
(O2, CO2)- Korosi dan sistim umpan ketel dan sistim kondensat
- Deaerasi
- Menggunakan oxygen scavenger
- Mengunakan senyawa amina
Total padatan
- Menyebabkan carry over
- kontaminasi dan ion resin pengganti
- Penyumbatan dari pipa-pipa, membentuk endapan di dalam ketel- Pengontrolan kualitas air ketel
- Filtrasi
- Demineraslisasi
- Koagulasi dan sedimentasi
Komponen minyak
- Menyebabkan terbentuknya busa pada air Ketel dan terjadi carry over
- Terbentuknya kerak pada permukaan panas- Filtrasi dengan menggunakan karbon aktif
- Flotasi
1.2. Permasalahan yang disebabkan oleh kualitas air dan penanggulangannya
Macam PemasalahanPermasalahan
Yang DitimbulkanPenyebab Dari Permasalahan
Pengerakan- Pengerakan yang disebab-kan kesadahan dan silika pada permukaan dalam dari drum atau permukaan panas
- Menyebabkan perluasan atau memecah / meletus-nya pipa-pipa penguapan- Pengontrolan yang buruk pada proses softener
- Pengontrolan yang buruk dari kualitas air ketel
- Metode yang salah pada sistim injeksi kimia
Korosi
- Korosi dari sistim umpan, saluran-saluran kondensat dan permukaan panas ketel karena adanya gas-gas terlarut
- Korosi oleh oksida-oksida metalik yang menempel dan pengendapan pada permukaan panas- Tidak sempurnanya pengaturan pH dan penghilangan oksigen
- Penggunaan kembali air kondensat yang banyak mengandung bahan-bahan pembentuk karat
- Korosi yang terjadi selama ketel tidak dioperasikan
Carry Over
- Menurunnya kualitas uap
- Menurunnya efisiensi ketel
- Perubahan beban yang mendadak
- Kontrol yang buruk cari kualitas air ketel
- kesalahan dari bagian pemisah uap (steam separator) atau pada pengontrolan air umpan
- Terkontaminasinya air ketel karena proses
II. KERAK DAN PENCEGAHANNYA
Konsentrasi ion atau padatan terlarut dalam air ketel menjadi sangat pekat karena adanya penguapan serta penurunan kelarutan karena meningkatnya temperatur.
II.1. Beberapa tipe kerak dalam ketel
Kalsium karbonat:CaCO3Magnesium hidroksida: Mg(OH)2Kalsium silikat :CaSiO3Magnesium silikat :MgSiO3Silika :(SiO2)n
Besi oksida : Fe2O3, Fe3O4, .. dll
Hidroksi apatit:[Ca3(PO4)2]3 Ca(OH)2 Table 3. Thermal conductivities of typical scales and metals
SubstanceThermal conductivity
(kcal/m.h.oC)
Silica scales0.2 - 0.4
Carbonate scales0.4 - 0.6
Sulfate scales0.6 - 2.0
Carbon steel40 60
Copper320 - 360
Fig. 2.5 Schematic state of heating surface
NERACA AIR (WATER BALANCE) DI SISTEM BOILER
F=C +M
F=E +B
N=CB /CF=F/B
B=E /(N - 1)
dimana :F=Air umpan (feed water), ton/jam
C=Kondensat , ton/jam.
E=Laju penguapan/evaporasi steam , ton/jam.
B=Blowdown, ton/jam.
N=Siklus pemekatan (konsentrasi).
CB=Konsentrasi padatan terlarut di Blowdown (= boiler)
CF=Konsentrasi padatan terlarut di air umpan.
Fig. 3 Relationship between scale thickness and increase of fuel consumption
2.2. Metode pengendalian kerak
a. Perawatan Luar
Menghilangkan ion pembentuk kerak pada air umpan, seperti pelunakan maupun pemurnian (demineralized).
b. Perawatan Dalam
Menjaga terbentuknya kerak sebagai akibat masuknya ion pembentuk kerak ke dalam ketel menggunakan bahan kimia.
2.2.1. Perawatan Luar
a. Pelunakan
Penyerapan hardness
R-(SO3Na)2+Ca+2R-(SO3)Ca+2 Na+
R-(SO3Na)2+Mg+2R-(SO3)Mg+2 Na+Regenerasi
R-(SO3)2Ca+2NaClR-(SO3Na)2+CaCl2R-(SO3)2Mg+2NaClR-(SO3Na)2+MgCl2Penting
(1) Regenerasi dilakukan sebelum softener jenuh
(2) Selalu cek konsentrasi hardness dalain air lunak
(3) Cek kapasitas resin setiap 1-2 tahun
(4) Resin dicuci. Jika terkontaminasi oleh kotoran besi.
Figur 5. Relationship between hardness and amount of treated water in water softening
b. Demineralisasi
2.2.2. Perawatan dalam (kimiawi)
Tujuan :
Mencegah terbentuknya kerak menggunakan bahan kimia sebagai akibat dari lolosnya hardness dan softener maupun unit demin, juga karena silika tidak dapat diserap oleh softener.
ii. Bahan kimia :
a. Boiler compound : - fosfat : - fosfat
(Alcon) - alkali
- non fosfat (polymer)
Fungsi fosfat dan alkali adalah :
Bereaksi dengan hardness membentuk endapan lunak hydroxyapatit dan magnesium hydroxide dalam ketel. Endapan ini akan dibuang keluar dan. ketel melalui blowdown.10Ca+2 + 6PO4-3 + 2OH- ----> (Ca3(PO4)2)3Ca(OH)2 +
Hydroxyapatit
10Na2CO3 + 10CO2 + 10H20
Mg+2 = 2OH- ----> Mg(OH)2Alkali
Menjaga silika agar berbentuk sebagai sodium silika dalam air ketel sehingga selalu larut dalam air ketel dalam pH tertentu.
H2SiO3 + 2NaOH ----> Na2SiO3 + 2H2O
Jadi untuk mencegah timbulnya kerak karena hardness dan silika, perlu dijaga :
- pH
- P-alkalinity
- Fosfat ion
??? P.alk. (ppm sbg CaCO3) 1,7 : silika tidak mengendap silika (ppm sbg SiO2)
1 ppm CaCO3 0,57 ppm PO4-3Konsentrasi fosfat ion dijaga : 20 40 ppm
b. Pendispersi endapan
1 ketel + boiler compound
- tersuspensi ---> blowdown
- tersuspensi --->
- blowdown kurang ---> aliran panas meningkat ---> pengendapan/lumpur + pendispersi lumpur ---> blowdown
Kalsium
Magnesium
Dispersan
Silika
Kerak / ------------> terdispersi
Besi
Lumpur
(tidak mengendap)Fosfat
Mekanisme kerja dispersanTanpa DispersanDengan Dispersan
Pipa Boiler
Pipa BoilerKeuntungan :
- Permukaan pipa bersih dari kerak & lumpur
- Menghemat blowdown
Karena N >
- Menghemat EnergiII. KOROSI
1. Korosi karena oksigen terlarut
Terjadi pada pipa umpan dan pipa ketel
Figur 9. Corrosion reactions on carbon steel in neutral Water
Fe --------> Fe2+ 2e (anoda)
1/2O2 + 2e + H2O --------> 2OH- (katoda)
Fe+2 + 2OH- --------> Fe(OH)22Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O --------> 2Fe(OH)32. Korosi karena karbondioksida
Terjadi pada pipa kondensat
Ion bikarbonat dalam air umpan akan terurai karena panas menjadi karbondioksida dalam ketel.
panas
2HCO3- --------> H2O + CO32- + CO2 panas
CO32- + H2O --------> 2OH- + CO2CO2 akan terbawa oleh steam dan akan larut kembali pada saat steam terkondensasi, sehingga pH air kondensat turun dan pipa kondensat akan terkorosi.
CO2 + H2O --------> H2CO3H2CO3 --------> H+ + HCO3-Fe --------> Fe2+ + 2e (anoda)
2H+ + 2e --------> H2 (katoda)
Fe + 2H+ + 2HCO3- --------> Fe(HCO3)2 + H2
Figur 14. Relation between pH and carbon dioxide concentration
3. Korosi karena alkali
Pada bagian ketel yang sangat panas, komponen padatan terlarut yang mudah rnengendap akan mengendap dan yang sulit mengendap seperti NaOH akan terkonsentrasi.
Jika konsentrasi NaOH melebihi 20%, akan terjadi korosi pada besi :Fe + 2NaOH --------> Na2FeO2 + H23Na2FeO2 + 4H2O --------> 6NaOH + Fe3O4 + H2Korosi alkali biasa terjadi pada ketel dengan temperatur di atas 350oC.
IV. PENCEGAHAN KOROSI
1. Menghilangkan oksigen terlarut dalam air
a. Deaerator
b. Bahan kimia pengikat oksigen
* Hydrazine
N2H4 + O2 --------> N2 + H2O
N2H4 + 6Fe2O3 --------> 4Fe3O4 + N2 + 2H2O
(Magnetik Protective film)
1 ppm N2H4
1 ppm O2Hydrazine :
- tidak menaikkan TDS (Total Dissolved Solid)
- baik untuk ketel tekanan tinggi maupun ketel once through.
- pada temperatur di atas 220oC, terurai menjadi amonia
3H2N4 --------> 4NH3 + N2* Sodium sulfit
2Na2SO3 + O2 --------> 2Na2SO47,9 ppm Na2SO31 ppm O2 -----> 8,9 ppm sodium sulfat
Figur 21. Influences of oxigen and sulfate on carbon sleel corrosion
- tidak menghasilkan zat korosif
- tidak beracun
- baik untuk ketel pada pabrik makanan dan obat
2. Menghilangkan karbondioksida
a. Decarbonator
Ion bikarbonat dapat dihilangkan dengan decarbonator pada demin unit. Jika menggunakan softener, maka resin harus dalam bentuk H+.
b. Neutralizing agents
Bahan kimia : volatile amines
Fungsi: menaikkan pH air kondensatV. CARRY OVERPadatan terlarut dalam air ketel ikut terbawa oleh aliran uap. Hal ini akan menurunkan kemurnian uap air, sehingga akan menyebabkan kerak pada turbin atau mengotori produk.
1. Sebab-sebab carry over
a. Struktur separator yang kurang baik.
b. Perubahan beban penguapan yang mendadak
c. Level air dalam ketel terlalu tinggi.
d. Air ketel terlalu pekat, sehingga terjadi foaming.
2. Pencegahan carry over
a. Perbaiki struktur separator.
b. Hindari perubahan beban penguapan yang mendadak.
c. Jaga level air.
d. Menghilangkan minyak dan lemak dalam air umpan.
e. Jaga kualitas air ketel denqan mengatur blowdown
Sumber Air
Pengolahan Secara Fisika
Pengolahan Secara Kimia
Pengolahan Khusus
Pengolahan Secara Fisika
Air Proses
Air Ketel
Air Pendingin
Air Sanitasi
Panyaringan Kasar
Plain Sedimentasi.
Koagulasi
Floculasi
Sedimentasi
Aerasi
Gravity Filter
Pressure Filter
Adsorbsi
Pelunakan dengan Kapur
Pelunakan Dengan Penukar ion
Demineralisasi
Desinfiction
PROSES
KONDENSAT, C
AIR UMPAN, F
BOILER
BLOWDOWN, B
TANGKI AIR
MAKE-UP, M
Regeneran NaCl
Softener
(R.SO3Na)
Blow
Down
Blow
Down
pH
Carbon Dioxide (mg CO2 / lt )
top related