INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
3. Pencegahan Terhadap Bahaya Listrik
7.2 Kebutuhan Air
7.2.2 Koagulasi dan Flokulas
Koagulasi dan flokulasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al2(SO4)3 dan Na2CO3 (soda
abu). Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3
sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pambantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Pada bak clarifier, akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan menyingkirkan Suspended Solid (SS) dan koloid (Degremont, 1991).
Koagulan yang biasa dipakai adalah koagulan trivalent. Reaksi hidrolisis akan terjadi menurut reaksi :
M3+ + 3H2O ⇔ M(OH)3 ↓ + 3 H+
Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum penting untuk terjadinya koagulasi dan terbentuknya flok-flok (flokulasi). Pengatur pH dipakai larutan soda abu Na2CO3 yang berfungsi
sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah (Degremont, 1991) :
Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6H2O ⇔ 2Al(OH)3 + 12Na+ + 6HCO3- + 3SO43-
Reaksi koagulasi yang terjadi :
Al2(SO4)3 + 3H2O + 3Na2CO3 → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2
Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanent menurut proses soda dingin menurut reaksi (Degremont, 1991):
CaSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CaCO3 ↓
CaCl2 + Na2CO3 → 2NaCl + CaCO3 ↓
Selanjutnya flok-flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah (overflow) yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir (sand filter) untuk penyaringan.
Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54 (Crities, 2004).
Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan
7.2.3 Filtrasi
:
Total kebutuhan air = 4.144,32766 kg/jam Pemakaian larutan alum = 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum Al2(SO4)3 yang dibutuhkan = 50 × 10-6 × 4.144,32766 kg/jam
= 0,20722 kg/jam
Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27 × 10-6 × 4.144,32766
= 0,11189 kg/jam
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid (SS), termasuk partikulat BOD dalam air (Metcalf, 1991).
Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan n-butiraldehid dari gas sintesis dan propilen menggunakan media filtrasi granular (Granular Medium Filtration) sebagai berikut :
1. Lapisan atas terdiri dari pasir hijau (green sand). Lapisan ini bertujuan memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air.
2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya atrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahap pada pengolahan effluent pabrik, perlu menggunakan bahan dengan luar permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar, seperti Biolite, pozzuolana ataupun Granular Active Carbon/GAC).
3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikil/gravel. (Degremont, 1991)
Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit [Ca(ClO)2].
7.2.4 Demineralisasi
Perhitungan Kebutuhan Kaporit [Ca(ClO)2] :
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1.213,17024 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = (2 ×10-6 × 1.213,17024) / 0,7 = 0,00347 kg/jam
Air untuk umpan ketel harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, dimana alat demineralisasi dibagi atas :
a. Penukar Kation
Berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan Mn yang larut dalam air dengan kation hidrogen dan resin. Resin yang digunakan bertipe gel dengan merek IR–22 (Lorch, 1981).
Reaksi yang terjadi :
2H+R + Ca2+ → Ca2+R + 2H+ 2H+R + Mg2+ → Mg2+R + 2H+ 2H+R + Mn2+ → Mn2+R + 2H+
Untuk regenerasi dipakai H2SO4 dengan reaksi :
Ca2+R + H2SO4 → CaSO4 + 2H+R
Mg2+R + H2SO4 → MgSO4 + 2H+R
Mn2+R + H2SO4 → MnSO4 + 2H+R
Perhitungan Kesadahan Kation
Air Sungai Silau, Asahan mengandung kation Fe2+, Cd+2, Mn+2, K+, Mg2+, Zn+2, Cu+2 dan Pb+2, dan masing-masing 0,42 ppm, 0,023 ppm, 0,028 ppm, 45 ppm, 28 ppm, 0,0004 ppm, 0,01 ppm dan 0,648 ppm (Tabel 7.3)
1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 0,42 + 0,023 + 0,028 + 45 + 28 + 0,0004 + 0,01 + 0,648 = 74,1294 ppm
= 74,1294 ppm / 17,1 = 4,33505 gr/gal
Jumlah air yang diolah = 943,28332 kg/jam (air umpan ketel)
= 3 3 264,17gal/m kg/m 995,68 kg/jam kg/jam 943,28332 × = 250,26831 gal/jam = 4,17114 gal/menit
Kesadahan air = 4,33505 gr/gal × 250,26831 gal/jam × 24 jam/hari = 26.038,21529 gr/hari
= 26,03821 kg/hari Perhitungan ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 4,17114 gal/menit
Dari Tabel 12.4, Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 4,91 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume Resin yang Diperlukan
Total kesadahan air = 26,03821 kg/hari
Dari Tabel 12.2, Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 25 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin
Kebutuhan resin = 3 kg/ft 25 kg/hari 26,03821 = 1,04153 ft3/hari Tinggi resin = 91 , 4 1,04153 = 0,21212 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, Nalco Water Handbook, 1988)
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 4,91 ft2 = 12,275 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 26,03821 kg/ft 25 ft 275 , 12 3× 3 = 11,78556 hari ≈ 12 hari
Kebutuhan regenerant H2SO4 = 26,03821 kg/hari × 3
3 kg/ft 25 lb/ft 6 = 6,24917 lb/hari = 2,83462 kg/hari = 0,11811 kg/jam b. Penukar Anion
Penukar anion berfungsi untuk menukar anion negatif yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA–410. Resin ini merupakan kopolimer stirena DVB (Lorch,1981). Reaksi yang terjadi :
2ROH + SO42- → R2SO4 + 2OH-
ROH + Cl- → RCl + OH-
Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi : R2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2ROH
Perhitungan Kesadahan Anion
Air Sungai Silau Asahan mengandung Anion Cl- dan SO4-2, sebanyak
60 ppm dan 42 ppm (Tabel 7.3) 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 60 + 42 ppm = 104 ppm = 1 , 17 102 = 5,96491 gr/gal
Jumlah air yang diolah = 943,28332 kg/jam (air umpan ketel)
= 3 3 264,17gal/m kg/m 995,68 kg/jam kg/jam 943,28332 × = 250,26831 gal/jam = 4,17114 gal/menit
Kesadahan air = 5,96491 gr/gal × 250,26831 gal/jam × 24 jam/hari = 35.827,87068 gr/hari
= 35,82787 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger
Jumlah air yang diolah = = 4,17114 gal/menit
Dari Tabel 12.4 , Nalco Water Handbook, 1988, diperoleh : - Diameter penukar anion = 2 ft
- Luas penampang penukar anion = 3,14 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 35,82787 kg/hari
Dari Tabel 12.7, Nalco Water Handbook, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 32 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaOH/ft3 resin Maka : Kebutuhan resin = 3 kg/ft 32 kg/hari 35,82787 = 1,11962 ft3/hari Tinggi resin = 3,14 1,11962 = 0,35657 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, Nalco Water Handbook, 1988) Volume resin = 2,5 ft × 3,14 ft2 = 7,85 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 35,82787 kgr/ft 12 ft 7,85 3× 3 = 2,62924 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 35,82787 kg/hari ×
3 3 kg/ft 12 lb/ft 3,5 = 10,44980 lb/hari = 4,74003 kg/hari = 0,19750 kg/jam 7.2.5 Deaerator
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion (ion exchanger) dan kondensat bekas sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada deaerator ini, air dipanaskan supaya gas-gas yang terlarut dalam air, seperti O2 dan
CO2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi.
Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam deaerator.