MAKALAH PENGOLAHAN AIR INDUSTRI

MEMBRAN KONTAKTOR UNTUK MENGURANGI PENGGUNAAN BAHAN KIMIA DAN PROSES BLOWDOWN PADA PROSES

DEGASIFIKASI

Dosen Pengajar : Ir. Bambang S

Disusun Oleh : Sarah Silvania (08401023)

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2010

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pengolahan air umpan boiler merupakan bagian yang sangat penting dalam suatu

sistem boiler. Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang

benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler

merupakan bagian dari sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistem

didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil langsung dari

pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen

air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam keadaan

terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen

terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikulat, kadang-kadang dalam bentuk kristal

dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam

air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup

bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan

efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.

Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air

akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan tersebut

akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana kelarutannya dalam air

akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas tingkat konsenrasi tertentu,

padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan menyebabkan terbawanya air ke

steam. Endapan juga mengakibatkan terbentuknya kerak di bagian dalam boiler,

mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan

kegagalan pada pipa boiler. Oleh karena itu penting untuk mengendalikan tingkat

konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut dalam air yang dididihkan. Hal ini

dicapai oleh proses yang disebut blowing down, dimana sejumlah tertentu volume air

dikeluarkan dan secara otomatis diganti dengan air umpan. Dengan demikian akan tercapai

tingkat optimum total padatan terlarut (TDS) dalam air boiler dan membuang padatan yang

sudah rata keluar dari larutan dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler.

Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler. Walau

demikian, blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika

dilakukan secara tidak benar.

Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan biaya

perlakuan dan operasional yang meliputi:

Biaya perlakuan awal lebih rendah

Konsumsi air make-up lebih sedikit

Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang

Umur pakai boiler meningkat

Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah

Selain itu, air umpan boiler juga harus bebas dari komponen gas terlarut, seperti

oksigen dan karbondioksida, karena gas-gas ini dapat bereaksi dengan logam pada boiler

dan menyebabkan korosi sehingga keberadaanya harus dihilangkan atau dikontrol.

Sehingga diperlukan metode khusus untuk mengatasi masalah baik yang disebabkan

oleh padatan terlarut (dissolved solids) atau gas-gas terlarut (dissolved gasses). Untuk

mengurangi padatan terlarut di industri biasa digunakan sistem Reverse Osmosis dan Ion

exchange sedangkan metode untuk menghilangkan gas-gas terlarut (dissolved gases) yang

biasa digunakan adalah,

Penambahan bahan kimia (chemical added)

Cara ini cukup mahal karena selain biaya bahan kimia itu sendiri juga biaya

blowdown karena semakin banyak bahan kimia yang ditambahkan pada saat

treatment frekuensi dilakukannya blowdown akan semakin bertambah sehingga

dapat meningkatkan biaya proses. Biaya proses dapat meningkat dikarnakan dua hal

yang pertama water cost (biaya air), setiap kali dilakukannya blowdown perlu ada air

make-up untuk mengganti air yang dikeluarkan. Kedua energy/heat cost (biaya

energi), air dalam boiler memiliki suhu panas dan setelah proses blowdown

digantikan oleh air yang memiliki suhu dingin/rendah untuk itu perlu adanya

pemanasan.

Mengontakan dengan udara dalam sebuah kolom dimana air dari atas dan udara

dari bawah dan akan terjadi kontak di dalam kolom sehingga dapat mengurangi

kandungan gas-gas terlarut. Namun cara ini sudah jarang digunakan karena mahal,

bising, membutuhkan ruang yang besar karena debit air yang besar, dan air resiko

air akan malah terkontaminasi oleh polutan dari udara cukup besar.

Memanaskan air sampai 800C sehingga kelarutan gas dalam air akan berkurang

sehingga gas bisa terbebas dari air. Namun cara ini membutuhkan energi panas yang

besar.

Menggunakan degasifikasi atau proses pengurangan gas terlarut dalam air secara

fisika. Berdasarkan hokum Henry bahwa jumlah gas atau cairan yang terlarut dalam

air pada keadaan jenuh berbanding lurus dengan tekanan parsial gas tersebut di

interface. Kemudahan senyawa untuk menguap dipengaruhi suhu.

Dari metode-metode di atas di industri sekarang ini banyak menggunakan kombinasi

dari degasikasi dan penambahan bahan kimia supaya proses penghilangan gas terlarut lebih

maksimal namun dengan biaya seminimal mungkin.

I.2 Tujuan

Penggunaan degasifikasi pada proses pengolahan air umpan boiler sangat penting

untung dilakukan, untuk menghilangkan gas terlarut banyak digunakan metode membrane

kontaktor sehingga proses penghilangan gas penyebab korosi dan carry over dapat

dilakukan secara maksimal dengan biaya proses seminimal mungkin.

BAB II

ISI

II.1 Degasifikasi dan Cara kerjanya

Degasifikasi merupakan proses pengurangan gas terlarut secara fisika didalam sebuah

alat yang dinamakan deaerator. Air yang dibutuhkan boiler tentu harus memenuhi

parameter-parameter tertentu untuk kondisi operasional yang baik untuk boiler,

diantaranya dissolved oksigen, copper, silica, pH, conductivity, dll. Pertimbangan utamanya

adalah masalah korosi dan scalling pada tube-tube di boiler.

Deaerator feedwater tank mempunyai tiga fungsi utama, yaitu:

Menghilangkan dissolved oksigen dan non-condensable gas dari condensate.

Menaikkan temperatur feedwater sampai saturated temperature.

Sebagai reservoir untuk menjaga supply feedwater dan condensate yang stabil pada

demand yang fluktuatif.

Air dari demineralization plant dan condensate dispray pada deaerator melalui nozzle,

kemudian untuk mengurangi kadar gas dan oksigen terlarut, low pressure steam

diinjeksikan ke dalam deaerator, seperti tampak pada gambar di bawah. Gas dan oksigen

kemudian dibuang ke udara melalui deaerator venting, sebaliknya air yang sudah

berkurang kadar oksigen terlarutnya masuk ke feedwater tank. Lebih lanjut, untuk

mengurangi kadar oksigen dalam feedwater ditambahkan bahan kimia (chemical added)

seperti hydrazine (N2H4) atau sodium sulfite (Na2SO3). Selain untuk membantu mengurangi

oksigen terlarut, low pressure steam juga digunakan untuk meningkatkan temperature

feedwater.

Gambaran umum proses pengontrolan feedwater tank level adalah sebagai berikut,

condensate dan make up water dari demineralization plant masuk ke dearator/feedwater

tank, kemudian level air pada feedwater tank dijaga pada setpoint tertentu dengan control

output pada make up water control valve. Tekanan pada feedwater tank dikontrol dengan

low pressure steam control valve. Pada saat kondisi feedwater level melebihi batas

maksimum, make up water control valve dan turbine condensate inlet valve menutup,

kemudian drain line akan membuka untuk mengurangi level feedwater.

Feedwater dipompa oleh 3-4 pompa feedwater yang bekerja secara parallel, biasanya

salah satu pompa feedwater berada dalam kondisi standby. Pada beberapa boiler,

feedwater pump digerakkan oleh konstan speed motor sementara salah satu feedwater

pump menggunakan turbine driven pump yang digerakkan secara mekanikal oleh steam

turbine. Sebelum feedwater pump dipasang strainer atau filter untuk menyaring kotoran-

kotoran dalam feedwater. Strainer ini dilengkapi dengan differential pressure transmitter

dengan tapping point pada sisi inlet dan outlet strainer, sehingga dapat mengindikasikan

banyaknya kotoran pada strainer tergantung seberapa besar perbedaan tekanan pada sisi

inlet dan outlet strainer. Untuk menjaga kualitas air, feedwater system biasanya juga

dilengkapi dengan chemical dosing diantaranya oxygen scavenger, amine dan phosphate

dosing tank.

II.2 Prinsip kerja membran kontaktor degasifier

Sistem membrane dapat dipakai untuk menghasilkan air dengan kandungan oksigen

terlarut dalam air yang rendah. Biaya yang dikeluarkan untuk sistem membrane adalah

biaya listrik dan biaya seal water untuk pompa vakum. Pengoperasian membrane sistem

membutuhkan biaya kurang dari 550 dollar Amerika yang dapat menghemat sekitar 1600

dollar Amerika untuk setiap tahunnya dibandingkan dengan sistem dengan menggunakan

bahan kimia.

Dengan sistem ini aliran air didalam bejana bertekanan yang mengandung ribuan fine

hollow fiber yang biasanya terbuat dari polypropylene yang sangat hidrofob (menolak air)

namun bersifat permeabel terhadap gas. Hollow fiber memiliki diameter 0,2 mikron dan

porositas 0,03. Air umpan hanya akan tertahan diluar fiber. Dengan keadaan vakum

didalam hollow fiber dengan bantuan pompa vakum dan air ejector , gas-gas terlarut akan

dengan mudah keluar dari air. Sistem membrane kontaktor sering di pakai di industri listrik

dan farmasi.

Teknologi desorpsi oksigen yang lebih baik dan berkembang saat ini adalah

pemakaian sistem membrane kontaktor. Sistem membran ini memiliki banyak kelebihan

dibanding sistem konvensional seperti packed tower, seperti misalkan lebih besarnya luas

permukaan kontak per volume dibanding metode konvensional seperti penggunaan

packed & tray column, Luas kontak membran mencapai 1600-6600 m2/m3 jauh

dibandingkan packed & traycolumn 30-300 m2/m3” (Mulder, 1997). Karena fungsinya yang

sebagai kontaktor mencegah dispersi antara fasa gas dan cair, maka permasalahan seperti

foaming, flooding dan uploading dapat dihindari. Keunggulan lainnya adalah kontaktor

membran memiliki biaya investasi dan operasional yang lebih rendah, mudah

dikombinasikan dengan unit operasi lain, mudah di scale-up, operasi dapat berlangsung

kontinyu, tidak mencemari lingkungan karena tidak ada zat aditif yang digunakan dan tidak

memerlukan ruang yang besar. Sedangkan kelemahan yang paling sering ada dalam

teknologi membran adalah terjadinya channeling & fouling (tertutupnya permukaan

membran karena adanya polarisasi konsentrasi) yang menurunkan efisiensi kinerja

membran sehinga membran mempunyai batas umur operasi (2 – 3 tahun).

Pada proses kontak gas/cair melalui kontaktor membran serat berongga, serat

membran yang biasanya sering digunakan adalah membran mikropori yang berbahan

hidrofobik. Dengan membran ini air tidak akan membasahi membran dan pori-pori

membran akan terisi oleh gas sehingga memberikan difusivitas yang tinggi. Membran yang

akan digunakan dalam penelitian adalah membran polipropilen yang sifatnya hidrofobik

sehingga dapat mencegah air membasahi membran, dan hanya oksigen terlarut yang dapat

melewati membran. Secara umum untuk mengurangi kandungan oksigen terlarut dalam air

melalui kontaktor membran dapat dilakukan dengan 3 cara yaitu penggunan vakum,

penggunaan gas penyapu, dan kombinasi dari kedua cara tersebut. Penelitian ini akan

berfokus pada tingkat efektivitas dari modul kontaktor membran serat berongga yang

digunakan dalam usaha memindahkan oksigen terlarut dari air dengan metode gas

penyapu melalui uji perpindahan massa dan hidrodinamika air.

Penghilangan gas terlarut dalam air menggunakan membrane kontaktor berbentuk

hollow fiber mengikuti mekanisme sebagai berikut dari fasa terlarut kemudian menguap

menjadi gas dan masuk ke dalam microfiber dimana air tidak bisa masuk karena fiber

bersifat hidrofob. Perpindahan dapat terjadi karena adanya driving force sehingga apabila

tekanan total di gas lebih sedikit dibandingkan tekanan total gas di air maka perpindahan

akan dapat terjadi. Berikut spesifikasi membrane kontaktor dalam proses degasifikasi,

II.3 Perbandingan metode penghilangan gas terlarut dengan chemically treated dan degassed

Penghilangan gas terlarut dengan cara kimia atau dengan penambahan bahan kimia

(chemical added) akan menambah biaya tambahan lebih karena semakin banyak bahan

kimia yang ditambahkan semakin sering pula proses blowdown harus dilakukan karena

masih terdapat kontaminan dalam air.

Dengan menggunakan metode secara kimia-fisika yakni penggunaan degasifier dengan

membrane kontaktor dan dengan penambahan bahan kimia maka kandungan oksigen

terlarut dapat dihilangkan sampai batas yang diperbolehkan. Dengan perbandingan boiler

yang sama penggunaan system membrane kontaktor dapat menurunkan frekuensi

blowdown.

Dalam prakteknya, 10 ppm sodium sulfite diperlukan untuk menghilangkan 1 ppm

oksigen dalam air. Satu ppm sodium sulfite setara dengan 8,3 lbs perjuta gallon air. Jika 10

ppm oksigen dalam air akan dihilangkan, maka akan memerlukan 83 lbs perjuta gallon air

sodium sulfite.

Dari kedua tabel diatas treatment untuk menghilangkan gas terlarut dengan

menggunakan degassed lebih maksimal yakni dengan inlet dissolved 9 ppm untuk

chemically treated dan 5 ppm untuk degassed serta blowdown rate pun akan semakin

kecil yakni 10% untuk chemically treated dan 5% untuk degassed sehingga proses

degasifikasi lebih maksimal dengan biaya yang lebih rendah yakni dapat menghemat 8.565

dollar Amerika setiap tahunnya.

BAB III

PUNUTUP

Pengendalian gas-gas terlarut seperti oksigen dalam air umpan boiler dapat mencegah

resiko terjadinya korosi. Sistem pengendalian gas terlarut dengan membrane kontaktor

dapat digunakan untuk lebih memaksimalkan proses desorbsi dibandingkan dengan hanya

menggunakan penambahan bahan-bahan kimia seperti sodium sulfite. Dengan adanya

sistem membrane kontaktor dapat memaksimalkan terlepasnya oksigen yang terlarut dari

air sehingga proses menjadi lebih efisien. Selain itu mengurangi jumlah bahan kimia yang

ditambahkan pada proses degasifikasi sehingga mengurangi frekuensi dilakukannya

blowdown. Serta, dapat meminimalkan biaya operasi yang dikeluarkan yakni dapat

menghemat 8.565 dollar Amerika setiap tahunnya.

DAFTAR PUSTAKA

www.lenntech.com/boiler/boiler-feedwater.htm

http://proquest.umi.com/pqdweb

http://www.angelfire.com/ak5/process_control/utility.html

http://www.hamadaboiler.com/en/water/water.html

http://ms.wikipedia.org/wiki/ph

engineering@lantecp.com