Nama : Anggia Larasati W

NIM : 03121003049

Shift : Kamis Pagi

Kelompok : 3

PROSES REGENERASI KATION EXCHANGER DAN ANION

EXCHANGER

Dalam dunia industri petrokimia, penggunaan air bebas mineral

(Demineral Water) merupakan kebutuhan pokok, dimana air jenis ini di

pergunakan sebagai umpan ke boiler dalam menghasilkan steam sebagai

penggerak pompa turbin . Air demin memiliki peranan vital, karena steam

dihasilkan melalui proses perubahan fase air menjadi vapour atau uap air.

Air merupakan salah satu senyawa yang bersifat korosif terhadap unsur

logam tertentu, karena air pada alam bebas banyak mengandung mineral-mineral

dari yang sedang hingga mineral berat, antara lain seperti Ca, Mg. Kandungan

kalsium dan magnesium yang tinggi dalam air berpengaruh pada nilai kesadahan

air dimana kesadahan ini bisa menyebabkan kerak di ketel uap (boiler) dan

akhirnya efisien energi akan rendah. Mineral-mineral tersebut adalah racun yang

harus di buang jika air akan di gunakan sebagai umpan boiler untuk menghasilkan

steam guna mencegah korosi pada peralatan, sudu-sudu kompresor, dan line-pipa

logam.

Air umpan ketel yang tidak memenuhi syarat dapat menimbulkan masalah

seperti terjadinya kerak (scale), korosi, dan busa. Kerak dapat terjadi akibat

presipitasi padatan dalam air lalu melekat di permukaan dinding ketel. Ini

berakibat pada pemanasan lanjut lokal (local overheating) sehingga fungsi logam

ketel sebagai konduktor berkurang atau bahkan gagal. Beberapa kerak yang sering

terbentuk antara lain: kalsium karbonat (kalsit), kalsium sulfat, magnesium

hidroksida, besi oksida, kalsium silikat, magnesium silikat.

Berkenaan dengan korosi, fenomena ini disebabkan oleh pH airnya

terlampau rendah, ada gas oksigen di dalam air, karbondioksida, klor, hidrogen

sulfida, dll. Juga adanya garam-garam dan zat padat tersuspensi. Oksigen di dalam

air, apalagi didukung oleh pH yang rendah justru dapat menambah proses korosi

sehingga logam berubah menjadi bentuk bijih logam dalam proses elektrokimia

yang kompleks.

Sistem demineralisasi sangat umum digunakan, tidak hanya untuk

mengolah air untuk boiler tekanan tinggi tapi juga untuk proses lain dan

pengolahan air cucian. Air yang diolah berasal dari intake sungai komering yang

mengandung suspended solid (impurities tidak larut) dan dissolved solid

(impurities terlarut).

Suspended solid dapat dihilangkan melalui proses klarifikasi (penjernihan)

dengan menggunakan clarifier. Klarifikasi adalah pretreatment air permukaan

untuk menghilangkan suspended solid dengan tahaptahap sebagai berikut :

a. Koagulasi adalah proses penetralan muatan listrik negatif yang berada pada

partikelpartikel halus yang terpisah. Bahan kimia yang digunakan adalah

alumunium sulfat.

b. Flokulasi adalah penggabungan partikelpartikel yang sudah distabilisasi

menjadi partikel yang lebih besar yang dipercepat dengan penambahan polymer

organik rantai panjang (bobot molekul tinggi) yang larut dalam air.

c. Sedimentasi adalah suatu mekanisme dimana partikel yang sudah cukup besar

tadi akan mengendap dan turun kebawah permukaan air dibawah pengaruh

gaya gravitasi.

Dissolved solid dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi

(penghilangan mineralmineral dalam air). Demineralisasi adalah proses

pertukaran ion dengan tiga tahap yaitu kation exchanger, anion exchanger dan

mixed bed.

Ion Exchanger

Resin ion exchanger atau resin penukar ion dapat didefinisi sebagai

senyawa hidrokarbon terpolimerisasi, yang mengandung ikatan hubung silang

(crosslinking) serta gugusan-gugusan fungsional yang mempunyai ion-ion yang

dapat dipertukarkan. Sebagai zat penukar ion, resin mempunyai karakteristik yang

berguna dalam analisis kimia, antara lain kemampuan menggelembung (swelling),

kapasitas penukaran dan selektivitas penukaran. Penggunaannya dalam analisis

kimia misalnya untuk menghilangkan ion-ion pengganggu, memperbesar

konsentrasi jumlah ion-ion renik, proses deionisasi air atau demineralisasi air,

memisahkan ion-ion logam dalam campuran dengan kromatografi penukar ion.

Pada saat operasi dikontakkan dengan resin penukar ion, maka ion terlarut dalam

air akan teresap ke resin penukar ion dan resin akan melepaskan ion lain dalam

kesetaraan ekivalen, dengan melihat kondisi tersebut maka kita dapat mengatur

jenis ion yang diikat dan dilepas. Sebagai media penukar ion, maka resin penukar

ion harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

1. Kapasitas total yang tinggi yaitu resin memiliki kapasitas pertukaran ion yang

tinggi.

2. Kelarutan yang rendah dalam berbagai larutan sehingga dapat berulang-ulang.

Resin akan beroperasi dalam cairan yang mempunyai sifat melarutkan, karena

itu resin harus tahan terhadap air

3. Kestabilan kimia yang tinggi. Resin diharapkan dapat bekerja pada range pH

yang luas serta tahan terhadap asam dan basa. Demikian pula terhadap oksidasi

dan radiasi.

4. Kestabilan fisik yang tinggi. Resin diharapkan tahan terhadap tekanan mekanis,

tekanan hidrostatis cairan serta tekanan osmosis.

Resin penukar ion adalah suatu strukur polimer yang mengandung suatu

gugus aktif yang terikat pada kerangka organik. Proses pembentukan resin terdiri

dari dua tahap yaitu pembentukan gugus aktif. Umumnya untuk pembentukan

kerangka biasa dipakai cross linked polystirene yang dibentuk dari tetesan cairan

monomer yang disuspensikan dalam air. Dari proses tersebut diperoleh butiran

yang keras, transparan, tidak berwarna dan kedap air. Butiran-butiran ini belum

memiliki sifat penukar ion. Tahap selanjutnya pembentukan gugus aktif pada

butiran-butiran tersebut. (Idaman Said, 2008)

Ada 2 macam resin penukar ion, yaitu :

a) Kation Exchanger

Resin penukar ion positif atau yang lebih dikenal dengan kation exchanger

pada umumnya dalam bentuk asam kuat atau asam lemah. Resin kation dalam

bentuk asam kuat dapat menghilangkan seluruh ion positif yang terkandung dalam

air sedangkan resin kation dalam bentuk asam lemah hanya dapat menghilangkan

sebagian kesadahan dalam air yang umumnya kesadahan dalam bentuk alkinitas.

Resin penukar ion mempunyai afinitas yang berbeda terhadap tiap jenis

ion yang ada dalam air. Akibatnya resin penukar ion menunjukan urutan

selektivitas untuk tiap jenis ion yang terlarut dalam air. Untuk resin penukar ion

positif dalam bentuk asam kuat urutan jenis ion positif yang mempunyai afinitas

terhadap resin penukar ion positif di mulai dari yang terbesar hingga yang terkecil

adalah sebagai berikut: Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Ammonium (NH4),

Potassium (K), Natrium (Na), dan terakhir Hidrogen (H).

Reaksi umum pertukaran di cation exchanger :

M+n

(aq) + n RH(s) M-Rn(s) + n H+

(aq) (1)

Contoh reaksi pertukaran di cation exchanger :

CaCl2(aq) + 2 ROSO3H(s) Ca-(ROSO3)2(s) + 2 HCl(aq) (2)

Terlihat bahwa air yang ke luar dari cation exchanger bersifat asam. Jika

tidak dikehendaki produk air yang bersifat asam, atau mengandung asam ataupun

anion, maka dilakukan treatment menggunakan anion exchanger.

b) Anion exchanger

Anion exchanger bertujuan untuk menghilangkan ion-ion yang bermuatan

negatif seperti SO4, Cl, SiO3, dan ion negatif lainnya dengan pertukaran ion OH-.

Reaksi umum pertukaran di anion exchanger :

R4NOH(s) R4N+

(s) + OH-(aq) (3)

Reaksi pertukaran pada pengolahan air :

R4NOH(s) + HCO3-(aq) R4NHCO3(s) + OH

-(aq) (4)

2 R4NOH(s) + SO4=

(aq) (R4N)2SO4(s) + 2 OH-(aq) (5)

R4NOH(s) + Cl-(aq) R4NCl(s) + OH

-(aq) (6)

R4NOH(s) + HSiO3-(aq)

R4NHSiO3(s) + OH

-(aq) (7)

Maka penukar kation memisahkan logamlogam (kation) yang

menghasilkan asam, dan anion memisahkan asam (yang tersisa dari garam) yang

menghasilkan air murni.

c) Mixed Bed Exchanger

Mixed bed merupakan proses lebih lanjut dari kation anion exchanger

sehingga didapat demin yang lunak. Proses yang terjadi pada mixed bed

exchanger sama seperti pada kation dan anion exchanger. Dalam mixed bed

exchanger terdapat resin kation dan anion yang berfungsi untuk menyempurnakan

penghilangan ion-ion yang tersisa. Selama proses resin kation dan anion

bercampur menjadi satu. Setelah mengalami kejenuhan, maka perlu dilakukan

regenerasi dengan backwash untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang terdapat

didalamnya. Kemudian pada saat idle (didiamkan) secara alami, resin kation akan

tersusun di bagian bawah karena densitasnya lebih besar daripada resin anion.

Baru kemudian diinjeksikan sulfat dibagian atas dan kaustik dibagian bawah.

Regenerasi

Tahap regenerasi adalah operasi penggantian ion yang terserap dengan

ion awal yang semula berada dalam matriks resin dan pengembalian kapasitas ke

tingkat awal atau ke tingkat yang diinginkan. Larutan regenerasi harus dapat

menghasilkan titik puncak (mengembalikan 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) harus sama dengan jumlah ion (dalam ekivalen) yang dihilangkan

(kebutuhan larutan regenerasi teoritik).

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 yang diinginkan. Tingkat regenerasi

dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang digunakan per volume resin.

Perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi tertentu

dengan kapasitas pertukaran yang secara teoritik yang dapat dihasilkan pada

tingkat regenerasi itu disebut efisiensi regenerasi.

Efisiensi regenerasi resin penukar kation asam kuat yang diregenerasi

dengan H2 anion basa kuat yang diregenerasi dengan NaOH antara 20-50%, oleh

sebab itu pemakaian larutan regenerasi 2-5 kali lebih besar dari kebutuhan

teoritik. Besaran untuk menyatakan tingkat efisiensi penggunaan larutan

regenerasi adalah nisbah regenerasi (regeneration ratio) yang didefinisikan

sebagai berat larutan regenerasi dinyatakan dalam ekivalen atau gram CaCO3

dibagi dengan beban pertukaran ion yang dinyatakan dalam satuan yang sama.

Semakin rendah nisbah regenerasi, semakin efisien penggunaan larutan

regenerasi. Harga nisbah regenerasi merupakan kebalikan harga efisiensi

regenerasi. Operasi regenerasi dilakukan dengan mengalirkan larutan regenerasi

dari atas.

Proses regenerasi unit dilakukan dengan menginjeksi regeneran pada

masing-masing unit. Regeneran untuk kation adalah HCl dan untuk anion adalah

NaOH. Proses regenerasi terdiri dari beberpa cara, antara lain:

1. Backwash, yaitu mengalirkan air bersih ke arah berlawanan melalui tangki

kation atau anion sampai air keluarannya bersih

2. Melakukan slow rinse, yaitu mengalirkan air pelan-pelan untuk

menghilangkan regeneran dalam resin

3. Fast rinse, yaitu membilas unit dengan laju yang lebih cepat untuk

menghilangkan sisa regeneran sebelum operasi.

a) Regenerasi kation

Regenerasi kation dilakukan dengan cara mengganti kembali ion H+

yang

telah jenuh dengan merekasikannya dengan H2SO4. Regenerasi terhadap

hydrogen cation exchanger dilakukan dengan asam kuat, biasanya asam sulfat

dan/atau asam klorida.

Reaksi umum regenerasi hydrogen cation exchanger :

MRx(s) + x H+(aq) M+x(aq) + x RH(s) (8)

Ada beberapa tahapan yang dilakukan pada proses regenerasi kation:

1. Backwash adalah suatu proses dalam regenerasi yang bertujuan untuk

membuang/menghilangkan deposit kotoran yang menempel di resin.

2. Pemberian asam tahap 1 yaitu dengan menginjeksikan H2SO4 1,75%

3. Pemberian asam tahap 2 yaitu dengan menginjeksikan H2SO4 3,5%

4. Pemberian asam tahap 3 yaitu dengan menginjeksikan H2SO4 5,25%

5. Slow rinse dimaksudkan untuk pembilasan dan pengangkatan kotoran

yang telah di proses.

6. Fast rince sama dengan slow rinse hanya saja melakukannya dengan debit

air yang besar.

b) Regenerasi anion

Regenerasi resin penukar anion sama dengan regenerasi kation, jika sudah

jenuh maka dapat dikembalikan ke keadaan dengan menggunakan alkali. Soda

kaustik dipakai sebagai penukar anion dari basa kuat.

Reaksi umum regenerasi anion exchanger:

R4NX(s) s(s)+ OH- (aq) R4NOH (s)+ X

-(aq) (9)

Sama dengan regenerasi pada kation, pada anion juga terdapat beberapa

tahapan. Tahap-tahap yang dilakukan pada proses regenerasi anion:

1. Backwash adalah suatu proses dalam regenerasi yang bertujuan untuk

membuang/menghilangkan deposit kotoran yang menempel di resin.

2. Preheat bed

3. Caustic injection yaitu penambahan kaustik dengan cara menginjeksian

NaOH 4%.

4. Slow rinse dimaksudkan untuk pembilasan dan pengangkatan kotoran

yang telah di proses.

5. Fast rince sama dengan slow rinse hanya saja diakukan dengan debit air

yang besar.

Selama proses regenerasi, limbah air yang dihasilkan ditampung pada bak

penampung regenerasi (neutral basin) untuk dinetralkan sebelum akhirnya

dibuang ke sungai.

Biasanya regenerasi dilakukan dengan melewatkan regeneran melalui bed

resin penukar ion pada arah yang sama dengan air baku yang diolah, proses ini

disebut regenerasi co-current. Jika regenerasi co-current (aliran ke bawah) terjadi,

lapisan bawah kolom diregenerasi dengan buruk, kecuali jika digunakan

regeneran asam atau basa dalam jumlah yang sangat besar. Di sisi lain, jika

regenerasi dilakukan counter-current (dengan arah yang berlawanan), lapisan

bawah resin yang jenuh lebih efektif diregenerasi. Proses ini terjadi pada

pengurangan kebocoran natrium (pada penukar kation) dan silika (pada penukar

anion) hingga tingkat pengurangannya sangat rendah selama siklus pertukaran.

Pada studi lebih lanjut, teknik fluidisasi telah digunakan untuk regenerasi

demineralisasi. Pada proses ini, air mentah diolah dengan mengalirkan ke atas dan

dilakukan oleh regeneran (zat peregenerasi) melalui aliran ke bawah. Dalam

produksi air deionisasi dapat dicapai dengan menggunakan bed bertingkat yang

terdiri dari lapisan resin yang ditumpangkan dengan polaritas yang sama. Salah

satu diantaranya asam atau basa lemah, sementara lainnya asam atau basa kuat.

Selama regenerasi, resin asam lemah, yang lebih ringan dari resin asam kuat

ditempatkan pada atas bed. Aliran counter-current regeneran kemudian menuju ke

atas melalui bed dan bertemu pertama kali dengan resin asam kuat, diikuti resin

asam lemah. Sehingga regenerasi terjadi secara menyeluruh.

Gambar 1. Diagram Skematis Resin Mixed Bed

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2013. Proses Air Bebas Mineral ( Demineral Water Process ).(online):

http://ilmu-dewa.blogspot.com/2013/07/proses-air-bebas-mineral-demine

ral .html. (diakses tanggal 1 Maret 2014).

Aprianto, Nico. 2011. Water Treatment. (online) : http://nicoaprianto.blogspot.co

m/2011/11/water-treatment.html. (diakses tanggal 1 Maret 2014).

Lubis, Oktaferizal. 2012. Ion Exchanger. (online): http://oktaferizallubis.blogspot.

com/2012/08/ion-exchange_8760.html. (diakses tanggal 1 Maret 2014).

Oktapianti, Tanti. 2012. Resin Penukar Ion. (online):http://daniezza18.blogspot.

com/2012/12/resin-penukar-ion.html. (diakses tanggal 1 Maret 2014).

Suryanto. 2011. Demin water. (online) :http://suryanto-belajarteknik.blogspot.com

/2011/12/demin-water.html. (diakses tanggal 1 Maret 2014).

http://ilmu-dewa.blogspot.com/2013/07/proses-air-bebas-mineral-%09demineral%20.htmlhttp://ilmu-dewa.blogspot.com/2013/07/proses-air-bebas-mineral-%09demineral%20.htmlhttp://oktaferizallubis.blogspot/