2 3 4 5 Penyiapan Air Industri

(1)

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPNYK 1

Utilitas

(Kode MKA 121452)

Penyiapan Air Industri

Bambang Sugiarto

(2)

Deskripsi



Berisi deskripsi singkat tentang materi

(3)

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

(4)

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)

(5)

SUMBER AIR



Air Sungai



Air Mata Air/ SumurBor



Air Laut



Sumber Lainnya

Air Terdapat di Alam umumnya tidak Murni

(H

2

O)

(6)

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.

(7)

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.

(8)

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

(9)

Secara umum zat pengotor air adalah

sebagai berikut

1.Padatan tersuspensi

2.Padatan terlarut

3.Gas terlarut

(10)

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

(11)

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.

(12)

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

(13)

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

(14)

(15)

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 KONSUMSI

(16)

Pengolahan Air Minum

(17)

Pengolahan Air Proses

(18)

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

(19)

FUNGSI MASING-MASING

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)

(20)

FUNGSI MASING-MASING

UNIT

7. KARBON AKTIV

Menyerap senyawa kimia penyebab Bau dan Warna

8. OZONISASI

Berfungsi membunuh bakteri (Pasteurisasi)

sebagai pengganti fungsi Chlorin. Tetapi tanpa mengelantang.

(21)

FUNGSI MASING-MASING

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

(22)

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.

(23)

Perlakuan lanjut Air Umpan Boiler

(24)

(25)

FUNGSI MASING-MASING

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

(26)

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:

(27)

Proses pendahuluan

(pre-treatment treatment)



Proses ini umumnya digunakan untuk

memperoleh kualifikasi air pendingin atau

sebagai proses awal untuk penyediaan air

dengan kualitas yang lebih tinggi.

(28)

Sedimentasi

adalah

suatu proses yang bertujuan

memisahkan/mengencapkan zat-zat padat

atau suspensi non-koloidal dalam air.

Pengendapan dapat dilakukan dengan

memanfaatkan gaya gravitasi.

(29)

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.

(30)

Jenis Sedimentasi



Kontinu



Intermittent (selang-seling)

Sedimentasi /settling secara intermittent

banyak dipakai dalam water treatment.

(31)

Effisiensi Sedimentasi tergantung :



Jumlah padatan dalam badan air



Kekasaran partikel terlarut



Waktu pengendapan



Bentuk rancangan alat:



Sirkuler



Rectangular

(32)

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 pengendapan

Kasus :

(33)

Kerugian waktu sedimentasi /

settling yg lama

(34)

Cara penanganan :



Dengan desinfektan: CuSO

₄

, khlorinasi, khor

aminsh galgae + m.o. lemah/mati



Degan roof/pelindung shg s.m. Terhambat



Waktu settling cepat, sebagai pertimbangan

perancangan alat

(35)

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

(36)

Reaksi-reaksi :

Reaksi flokulasi

(37)

Reaksi-reaksi :

Reaksi flokulasi

(38)

Reaksi-reaksi :

Reaksi flokulasi

(39)

Teknik Kimia - U P N 'v' YK 39

Pengendap

clarifier

Alat yang digunakan untuk mengendapkan kotoran dalam suatu cairan antara lain adalah clarifier.

(40)

Cara Kerja

Clarifier

Cairan masuk melalui pipa yang diletakkan dibagian tengah dari tangki besar, cairan akan turun kebawah. Cairan yang bening akan naik keatas sedang cairan yang kotor akan turun ke bawah. Kecepatan cairan keatas harus lebih rendah dari pada kecepatan pengendapan partikel-partikel padatan. Dengan demikian kapasitas clarifier

ditentukan oleh diameter ( luas permukaan) . Kedalaman juga sangat mempengaruhi pengendapan lumpur yang terkumpul. Kandungan padatan terlarut yang terikut dalam cairan yang ke atas harus dapat terkontrol dengan baik dengan jalan mengatur kecepatan pengeluaran.

(41)

Cara Kerja

Clarifier

Metode lain untuk flokulasi mencakup

penggunaan bahan aktif permukaan dan

penambahan

bahan,

seperti

perekat,

gamping, alumina, atau natrium silikat

yang berfungsi menjaring partikel-partikel

tersuspensi untuk turun mengendap karena

gaya beratnya.

(42)

Cara Kerja

Clarifier

Bahan-bahan yang berupa koloidal dengan ukuran bahan 0,1 – 0,001µ sangat sukar sekali untuk diendapkan dengan cara grafitasi, untuk itu bahan harus diketahui sifat-sifat fisisnya terlebih dulu baru dilakukan destabilisasi kemudian dilakukan flokulasi. Berdasarkan fungsi dari sistem pengendapat dapat di golongkan menjadi 2 yaitu : penjernihan (clarifier) dan pemekatan

(thickener). Untuk merancang tangki pengendapan diperlukan sifat-sifat fisis dari padatan yang tersuspensi dan biasanya diperlukan percobaan pelopor settling dan sedimentasi untuk menentukan diameter dan tinggi tangki yang diperlukan.

(43)

Pengendap Bejana (

Settler

).

Pada operasi berkesinambungan, campuran

yang keluar dari tangki pencampur dialirkan

kedalam sebuah bejana yang cukup besar

sehingga

cukup

waktu

mengendapkan

campuran dan mengurangi turbulensi. Selain

bejana kosong biasa kadang dipakai buffle

mendatar untuk mengurangi turbulensi dan

jarak jatuh butir-butir cairan.

(44)

Pengendap Bejana (

Settler

).

Kecepatan pengendapan butiran :

g C D V g g W S . 3 4      A Q V_t  V Kecepatan maju t V V L Q A L _  .  L Z V V t s  s

V

Z





.

Waktu tinggal : V s V Z_V Q Q A L. .  . Volume tangki :

(45)

Pemekatan

(Thickening)

 Pemekatan (thickening) adalah peristiwa

peningkatan kosentrasi padatan didalam badan cairan dengan tujuan akhir untuk memperoleh hasil berupa pasta atau kristal. Partikel yang tersuspensi didalam cairan berkisar antara 15 – 30 % yang terkumpul akibat peristiwa pengendapan dan pengguapan cairan.

 Thickener adalah alat yang berfungsi untuk

meningkatkan kosentrasi. Peningkatan kosentrasi padatan dalam badan cairan dapat dilakukan dengan jalan pengendapan. Thickener dapat beroperasi secara batch maupun secara kontinyu (sinambung).

(46)

Pemekatan

(Thickening)

(47)

Pemekatan

(Thickening)

Peralatan dan cara kerja Thickener dapat digambarkan sebagai berikut :

 Tangki yang besar agak dangkal dilengkapi dengan

penggaruk radial yang digerakkan lambat oleh motor yang dipasang pada bagian atas alat. Dasar alat bisa datar bisa pula berbentuk kerucut. Bubur umpan yang encer mengalir melalui palung miring atau meja cuci. Cairan mengalir secara radial dengan kecepatan yang kian berkurang, sehingga memungkinkan zat padat itu mengendap didasar tangki. Cairan jernih melimpah dari bibir tangki kedalam suatu palung. Lengan-lengan penggaruk itu mengaduk lumpur itu secara pelan, dan mengumpulkan dibagian tengah untuk dikeluarkan melalui pipa lumpur. Pada beberapa rancangan lengan pengaruk dapat diatur dengan dibuat engsel, sehingga dapat menjangkau semua area yang ada.

(48)

Pemekatan

(Thickening)

Laju alir volumetrik cairan keatas melewati daerah tersebut sama dengan selisih laju alir cairan dalam slurry umpan dengan laju pengeluaran 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 W V U  ) (  A W V U U_C  ) (   C U W A U A  ) (  

(49)

Pencampur – Pengendap (

Mixed Settler

)

Alat ini berupa sebuah tangki dengan pengaduk agar kedua cairan dapat kontak dengan baik. Pada pengadukan, suatu fasa tersuspensi pada fasa lainnya berupa butiran – butiran halus. Makin halus butiran makin luas kontak antar fasa muka kedua fasa tersebut. Dilain pihak bila butiran terlampau halus, akan sangat sukar untuk mengendap, sehingga pemisahan kedua fasa dibutuhkan waktu yang lama. Campuran dua fasa dipisahkan dalam alat yang lain yaitu pengendap. Kedua fasa akan memisah dan dapat dialirkan keluar secara terpisah.

(50)

(51)

FILTRASI



Pemisahan fluida cair dari impurities /

pengotor yang menyertai dengan

menggunakan media porous



Jenis proses: gaya fisis untuk pemisahan



Banyak dipakai di industri pengolahan

(52)

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

(53)

Klasifikasi Filter

1.Sand filter

•Terbuka

•Bertekanan

2.Filter Presses

•Chamber

•Plate & frame

(54)

3.Leaf filter

•Moore

•Kelly

•Sweet land

4.Rotary continousfilter

•Drum

•Leaf

•Top fluid

(55)

(56)

(57)

Gravity filter

(58)

Prinsip filtrasi

(59)

Open Rapid Filter

(60)

(61)

Perhitungan dalam filter

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

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

(72)

Utilitas 1 - UPN [v] YK 72

KESADAHAN DAN WATER SOFTENER

ZAT 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

(73)

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

(74)

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.

(75)

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).

(76)

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 + NH

(77)

Dengan keterangaan:

(78)

Utilitas 1 - UPN [v] YK 78

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.

(79)

Alkalinitas(Alkalinity)



Alkalinitas air disebabkan adanya senyawa

alkalis dalam air



Alkalinitas merupakan ukuran dari

kapasitas air untuk menetralkan asam



Ada tiga jenis alkalinitas:

(80)

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:

(81)

Reaksi yang terjadi pada alkalinitas P

dan M adalah sebagai berikut:

(82)

Penyebab alkalinitas tidak ada

bersama-sama dalam air.



Ada lima kemungkinan terdapatnya

senyawa penyebab alkalinitas, yaitu:

(83)

Tabel 2.2.

Alkalinitas dan hubungannya dengan kesadahan

(84)

Hubungan alkalinitas dengan

kesadahan

(85)

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

(86)

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).

(87)

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)

(88)

 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.

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN[v]YK 88

(89)

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.

(90)

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

(91)

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

(92)

 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+

(93)

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

(94)



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-.

(95)

Kapasitas Ion Exchange

1. 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.

(96)

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.

(97)

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

(98)

 Resin mempunyai afinitas yang besar untuk

ion-ion divalent, trivalent, tapi untuk ion-ion-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:

(99)

Hidroksida Ion Exchange

Bila larutan asam dilewatkan melalui resin

bentuk hidroksida, anion-anion teradopsi dan digantikan oleh hidroksida, sehingga terbentuk air murni.

(100)

Tahap Regenerasi



Regenerasi untuk kaiton exchange dengan

menggunakanl arutan asam, sedangkan

untuk anion exchange menggunakan

larutan caustic soda.

Reaksi yang terjadi:

(101)

Kesetimbangan Ion Exchange

(102)



Cation Exchanger (strong acid dg gugus

sulfonat–SO3H)mengadsorpsi

kation-kation dengan urutan sbb:



Sedangkan anion exchanger (strong base

yang mempunyai gugus quartenary

ammonium), mengadsorpsi anion-anion

dengan urutan sbb:

(103)

Actual reaction



Resin penukar kation



Resin penukar kation asam kuat yang

beroperasi dengan siklus H, regenerasi

dilakukan menggunakan asam HCl atau

H2SO4.

(104)



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.

(105)



Reaksi pada tahap regenerasi adalah

sebagai berikut:

(106)

 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.

(107)

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.

(108)



Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap

layanan dan regenerasi adalah sebagai

berikut:

(109)

(110)



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

(111)



Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap

layanan adalah sebagai berikut

(112)



Resin penukar anion basa lemah dapat

diregenerasikan dengan NaOH, NH4OH

atau NaCO3 seperti ditunjukkan oleh

reaksi dibawah ini

(113)

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

(114)

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%.

(115)

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)

(116)

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.

(117)

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.

(118)

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.

(119)

Efisiensi Regenerasi dan Pemanfaatan kolom

Sebagai fungsi dari tingkat regenerasi

(120)

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.

(121)

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.

(122)

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.

(123)

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:

(124)

 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.

(125)

OperasionalIon Exchange

(Hook Up System)

(126)

(127)

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

(128)

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN [v] YK 128  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.

(129)

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)++.

(130)

Teori Pelarutan

 Dalton : PT=Σpi  Henry : c/p= k dengan:  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

(131)

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

(132)

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN [v] YK 132 

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.

(133)

(134)

(135)

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.

(136)

Utilitas 1 (Teknik Kimia) - UPN [v] YK 136 

Oksigen akan segera meninggalkan air

jika dipanaskan pada suhu saturasi dan

tekanan sistem

(137)

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.

(138)

Gas amonia yang dilarutkan dalam air, akan

membentuk 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

(139)

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.

(140)

(141)

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