1. Teori Dasar Demin Plant

7/17/2019 1. Teori Dasar Demin Plant

http://slidepdf.com/reader/full/1-teori-dasar-demin-plant 1/35

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 1

PT. PLN (PERSERO)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHANTEORI DASAR WATER TREATMENT

1. TEORI DASAR WATER TREATMENT PLANT

1.1 Kimia Air.

1.1.1 Dasar-dasar Kimia.

ILMU KIMIA adalah ilmu yang mempelajari hakikat, sifat-sifat serta perubahan materi;

mempelajari susunan atau komposisi materi, perubahan enerji yang menyertai perubahan

materi dsb.

Perubahan fisika dan perubahan kimia

Perubahan fisika adalah perubahan yang terjadi pada suatu zat, tetapi komposisi kimianya tidak

berubah, hanya berubah fase, ukuran partikel dsb.Contoh es menjadi air.

Perubahan kimia adalah perubahan yang menghasilkan materi yang berbeda dari materi

sebelumnya. Contoh : besi menjadi karat.

Unsur

Jika besi dibuat serbuk, serbuk besi adalah besi juga namun ukurannya sangat kecil dan sudah

tidak dapat dibagi lagi. Ada 109 unsur. Unsur bisa logam (metal) atau non-logam (metaloid).

Unsur logam : Argentum (Ag), Aluminium (Al), Chromium (Cr), Calcium (Ca), Magnesium (Mg),

Hydrargyrum (Hg), Cuprum (Cu), Plumbum (Pb), Ferrum (Fe), Aurum (Au), Natrium/Sodium

(Na), Platinum (Pt), Zincum (Zn) dll.

Unsur non-logam : hidrogen (H), oxygen (O), karbon (C), nitrogen (N), flourin (F), Chlorine (Cl),

bromin (Br), iodin (I), belerang (S), Phosphorus, (P) arsen (As) dan silikon (Si).

Senyawa

Senyawa adalah zat yang terbentuk dari dua atau lebih unsur melalui proses kimia. Setiap

senyawa mempunyai sifat yang khas, yang berbeda dari unsur-unsur pembentuknya. Contoh:

hydrogen (H) dan oxygen (O) adalah gas, tetapi gabungan keduanya adalah air (H2O).

Senyawa dengan unsur yang sama membentuk molekul:

H2, O2, N2, F2, Cl2, Br 2, I2, P4 (phosphorus), S8 (sulphur)




PT. PLN (PERSERO)


Senyawa yang membentuk molekul dari 2 atau lebih unsur yang berbeda :

H2O, CO2, CaCO3

Apa beda 2H dan 2H2 ?

2H = 2 atom H; 2H2 = 2 molekul H2.

Berapa jumlah atom 3 Al2(SO4)3 ?

Jawab : Al = 3 x2 = 6 atom

S = 3 x 3 = 9 atom

O = 3 x 4 x 3 = 36 atom

Jumlah atom = 6 + 9 + 36 = 51 atom.

Campuran.

Campuran adalah gabungan beberapa zat yang berbeda dan setiap zat itu masih mempunyai

sifat jati dirinya. Misalnya es krim, sirop, pasir pantai, garam kotor dll. Ada berbagai cara

pemisahan zat dari campuran tersebut yaitu melalui penguapan, penyaringan, pengembunan,

pelarutan, penyubliman, distilasi, pembekuan, kristalisasi dan kromatografi.

Cara mengukur jumlah zat dalam campuran adalah dengan prosentase (%). Baik untuk massa

atau volume zat.

massa Zat A%-massa zat A = --------------------------------------- x 100%

jumlah massa semua zat

. volume Zat A%-volume zat A = --------------------------------------- x 100%

jumlah volume semua zat

Suatu campuran terdiri dari 5 gram garam dan 7,4 gram gula, berapa persen garam dalamcampuran tersebut ?

Jumlah massa seluruhnya = 5 + 7,4 = 12,4 gram

5% massa garam = -------- x 100% = 40,3%

12,4




PT. PLN (PERSERO)


Kadang-kadang kadar zat diukur dengan satuan bagian per juta (bpj) atau ppm (part per

million).

Dalam seember air sumur volume 25 liter, terdapat 50 milligram besi dalam bentuk garamterlarut. Berapa kadar besi dalm air sumur tersebut ?

Rapatan air sumur dianggap 1 g/ml atau 1 kg/liter.

Massa air = rapatan x volume

= 1 g/ml x 25.000 ml

= 25.000 g

massa besi = 50 mg = 0,05 g

massa zatmassa kadar besi = (---------------------------) x 106

massa campuran.

0,05= --------- x 106

25.000

= 2 bpj ( atau 2 ppm)

Atom.

Bagian yang terkecil dari unsur adalah Atom. Atom dari unsur yang sama adalah identik baik

ukuran, sifat dan massanya. Jika atom bergabung dengan atom yang lain, akan terbentuk

Molekul. Molekul bisa terbentuk dari gabungan atom yang sama (misalnya H2, O2, N2 dll.) atau

atom yang berbeda (H2O, H2SO4 dll). Misal 2 atom hydrogen (H) bergabung dangan 1 atom

oxygen (O) membentuk molekul air (H2O).

Bobot atom Hydrogen = 16 x 10-23 gram

Bobot atom Belerang = 32 x 10-23 gram.

Ion.

Ion adalah partikel penyusun zat. Ion adalah atom atau kelompok atom yg mermuatan listrik.

Senyawa ion terdiri dari ion positif (disebut kation - misal H+, Na+) dan ion negatif (disebut

anion - misal OH-, Cl-). Kedua ion bergabung membentuk senyawa ion atau kristal ion.




PT. PLN (PERSERO)


Penamaan Senyawa.

Pemberian nama untuk oksida metaloid (bukan logam) menggunakan:

1=mono; 2= di; 3= tri; 4= tetra; 5 = penta; 6= hexa; 7= hepta; 8 = okta; 9= nona; 10=deca.

Misal P2O5 = diphosporus pentaoxide. CO2 = Carbon dioxide.

Untuk oksida logam sbb:

Jika oksidanya hanya satu, maka nama logam diikuti kata oksida: K2O (Kaliumoksida), BaO

(Bariumoksida), Al2O3 (aluminiumoksida)

Jika oksidanya ada dua (karena logamnya punya 2 valensi), maka nama logam, diikuti angka

romawi dalam kurung, lalu kata oksida-nya: Cu2O (tembaga (I)oksida), CuO (tembaga

(II)oksida).

Ada juga menggunakan nama Latin yaitu: Cu2O (cupro-oksida, cuproksida), CuO (cuprioksida),

FeO (Fero-oksida, feroksida), Fe2O3 (Feri-oksida). Untuk senyawa asam, asam+nama logam,

misal HCl (asam Chlorida), H2S (asam sulfida); Atau, asam + nama sisa asam, misalnya H2SO4

(asam sulfat), HNO3 (asam nitrat).

Untuk senyawa basa, nama logam + hidroksida, misal KOH (Kalium hidroksida), Ba(OH)2

(Barium hidroksida). Untuk senyawa garam, disebutkan nama logam, diikuti nama sisa asam.

Misalnya KCl (kaliumchlorida), CUSO4 (Cuprisulfat).

Oksidasi.

Oksidasi adalah reaksi antara sebuah unsur dengan oksigen.

4 Na + O2 2 Na2O

2 Fe + O2 2 FeO

4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Oksidasi juga diartikan sebagai reaksi pelepasan elektron dari suatu zat.




PT. PLN (PERSERO)


Reduksi.

Reduksi adalah pengambilan oksigen dari suatu senyawa. Zat pengambil oksigen disebut

Reduktor .

CuO + H2 Cu + H2O

Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O

Reduksi juga diartikan sebagai reaksi pengikatan elektron oleh suatu zat. Dalam

persenyawaan NaCl, elektron yang dilepas oleh Natrium, ditangkap oleh atom Cl sehingga

atom Natrium berubah jadi ion positif (Na+), perisrtiwa ini juga disebut peristiwa oksidasi. Atom

netral Chlor juga berubah menjadi ion negatif (Cl-), peristiwa ini juga disebut peristiwa reduksi.

Karena kedua perubahan dari atom netral menjadi ion berjalan bersamaan, maka disebutperistiwa oksidasi-reduksi.

Na Na+ + 1e (oksidasi)

Cl + 1e Cl- (reduksi)

Na + Cl Na+ + Cl- (oksidasi-reduksi).

1.1.2 Persamaan Reaksi.

Massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama. Banyaknya atom disebelah kiri = banyaknya

atom disebelah kanan.

Hukum kekekalan zat Lavoisier :

Jumlah berat (massa) semua zat sebelum suatu reaksi sama dengan jumlah berat (massa)

semua zat sesudah reaksi tersebut.

Contoh : 7 g besi + 4 g belerang 11 g besi belerang, berapa gram belerang diperlukan untukbereaksi dengan 10 g besi ?

Besi 10 g maka belerang = 4/7 x 10 g = 5,71 g




PT. PLN (PERSERO)


Berapa gram besi dan belerang untuk membentuk senyawa 30 g besi belerang ?

Besi = 7/ (7+4) x 30 = 19,10 g

Belerang = 4/(7+4) x 30 = 10,90 g.

Contoh mencari persamaan reaksi :

Jika gula tebu (C12H22O11) dibakar dan direaksikan dengan O2 (di-oksidasi) maka yang terjadi

adalah CO2 dan H2O.

C12H22O11 + O2 -- CO2 + H2O

Rumus zat sudah benar, tetapi jumlah atom dikiri dan dikanan belum sama. Kita tulis:

a C12H22O11 + b O2 -- c CO2 + d H2O

C = 12 a = c

H = 22 a = 2d

O = 11a + 2b = 2c + d

Jika a = 1 maka: 12 = c atau c = 12

22 = 2d atau d = 22/2 = 11

11 + 2b =2c + d atau 11 + 2b = 2(12) + 11 atau 2b = 24 + 11 - 11

2b = 24 maka b=12.

Persamaan ditulis :

1 C12H22O11 + 12 O2 -- 12 CO2 + 11 H2O atau :

C12H22O11 + 12 O2 -- 12 CO2 + 11 H2O

Valensi.

Atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton + neutron disebut inti atom. Proton

bermuatan listrik positif dan neutron tidak bermuatan listrik, sedangkan elektron bermuatan

listrik negatif. Dengan demikian muatan inti atom merupakan muatan proton. Proton + neutron

dalam inti atom disebut nukleon.




PT. PLN (PERSERO)


Secara keseluruhan dalam atom tersebut bersifat neutral, tidak bermuatan listrik, karena

adanya kesamaan jumlah muatan positif dengan jumlah muatan negatif atau disebut juga:

Jumlah proton = jumlah elektron.

Massa proton hampir sama dengan massa neutron yaitu 1 sma. Massa proton = 1,00758 sma,

sedang massa neutron = 1,00893 sma. Massa elektron sangat kecil yaitu 1/1836 x massa atom

hydrogen. 1 sma=1,66 x 10-24 g.

Jika massa atom Hydrogen = 1,00758 sma (dibulatkan menjadi 1 sma) maka massa elektron

adalah : = 1/1836 x 1,00758 sma

= 0,00055 sma.

Nomor massa suatu unsur = jumlah proton + jumlah neutron (karena massa elektron sangat

kecil, jadi diabaikan).

Lambang unsur ditulis sebagai berikut :

Misal :

artinya: Isotop adalah beberapa unsur yang sama tetapi mempunyai massa atom yang

berbeda. Misalnya :

Electron selalu mengelilingi proton dalam suatu orbit (lintasan), bisa berupa lingkaran bulat atau

ellips. Orbit bisa lebih dari satu. Orbit yang banyak (berlapis-lapis lintasan) itu dinamai : kulit

elektron dan diberi nama kulit elektron K, L, M, N, O, P, Q .

A

Z

35

Cl17

Jumlah elektron = 17;jumlah proton = 17;

Jumlah neutron = 35 -17 = 18

35 37

Cl ; Cl17 17




PT. PLN (PERSERO)


Gambar 1. Kulit Atom.

Setiap orbit boleh berisi satu atau lebih elektron, dinyatakan dengan 2e, 4e, 8e dst.. Elektron

pada lingkaran orbit terluar, dapat mudah lepas dan berpindah ke orbit unsur yang lain. Elektron

pada orbit terluar bisa berisi 1 sampai 7 elektron dan tidak pernah sampai 8. Karena sifat yang

tidak stabil ini, atom unsur2 tak mulia selalu cenderung menstabilkan diri, artinya selalu

berusaha untuk memperoleh kulit terluar yang terisi penuh (yaitu 8 elektron) sampai

keadaannya menyerupai atom unsur-unsur mulia.

Salah satu caranya adalah melepas satu elektron, misalnya terjadi pada atom Natrium (Na):

Gambar 2. Pelepasan Electron Atom Na.




PT. PLN (PERSERO)


Dengan melepas sebuah elektron-nya, atom Natrium yang semula bermuatan netral, kini

menjadi bermuatan positif, karena ada kelebihan 1 muatan positif, maka ditulis Na+ dan disebut

ion Natrium.

Ebaliknya terjadi pada atom Chlor (Cl). Pada kulit terluarnya terdapat 7 elektron. Maka untuk

melengkapi elektron ini sampai penuh (yaitu 8 elektron), Atom Chlor tinggal mengambil 1

elektron lagi dari luar. Karenanya atom chlor sekarang kelebihan 1 elektron, sehingga

bermuatan negatif, menjadi ion Chlor (Cl-).

Kedua ion yang berlawanan muatan ini saling tarik menarik (ikat mengikat) dengan perantaraan

gaya elektrostatik dan membentuk satu senyawa Na+Cl- atau cukup ditulis NaCl. Unsur-unsur

Na dan Cl yang hanya melepas atau mengambil 1 elektron, disebut unsur ber-valensi

(bermartabat) 1.

Atom2 lain seperti Ca yang dapat melepas 2 elektron, disebut ber-valensi 2 sedangkan Al

dapat melepas 3 elektron, maka disebut ber-valensi 3.

Ca Ca ++ + 2e

Al Al+++ + 3e

Jadi Valensi (martabat) suatu unsur adalah :

Bilangan yang menyatakan berapa banyak elektron yang dapat dilepaskan atau diambil oleh

atom unsur itu pada waktu membentuk persenyawaan.

Gambar 3. Penambahan Electron atom Cl.

Asam.

Asam adalah suatu zat yang mempunyai rasa masam dan mengubah kertas lakmus biru

menjadi merah. Asam dibagi menjadi dua golongan yaitu asam organik dan asam anorganik.

Asam organik umumnya ditemukan dalam tumbuh-tumbuhan dan binatang (misalnya asam

cuka, asam jeruk), sedangkan asam anorganik (disebut juga asam mineral) diperoleh dari

mineral-mineral dalam tanah (asam accu, asam chlorida).




PT. PLN (PERSERO)


Asam dikenal dengan karakter H dimuka senyawa dan bermuatan positif, misalnya :

HNO3 H+ NO3-

H2SO4 H+

SO4=

H3PO4 -> H+ PO4 ≡

Jika suatu asam dihilangkan H-nya, maka tinggallah sisa asam. Jadi ikatan antara H+ dan sisa

asam- dapat terlepas jika dilarutkan didalam air. Pelepasan ion H+ tidak sama kuatnya bagi

berbagai jenis asam. Asam-asam yang mudah melepaskan ion H+, disebut asam kuat,

sedang asam-asam yang sukar melepaskn H+-nya disebut asam lemah.

Contoh asam-asam kuat :HCl, HBr, HJ, HNO3, H2SO4

Asam-asam yang lemah : asam cuka (CH3COOH), asam sianida (HCN).

Larutan disebut asam jika pH < 7.

Basa.

Basa adalah suatu zat yang mempunyai rasa seperti air sabun (pahit, licin) dan mengubah

kertas lakmus merah menjadi biru. Basa dikenal dengan karakter OH (hidroksida) dibelakang

senyawa dan bermuatan negatif, misalnya :

NaOH Na+ OH-

KOH K+ OH-

Ca(OH)2 Ca++ OH-

OH-

Al(OH)3 Al+++ OH-

OH-

OH

-

Fe(OH)3

Sn(OH)4

Ba(OH)2




PT. PLN (PERSERO)


Basa dibentuk dari Oksida logam + air, misalnya :

K2O + H2O 2 KOH

BaO + H2O Ba(OH)2

Larutan disebut basa jika pH > 7

Garam.

Kita mengenal beberapa garam misalnya :garam dapur (NaCl) dan juga garam Inggeris

(MgSO4). Garam adalah zat-zat yang terdiri dari logam dan sisa asam. Logam bermuatan

positif, sedang sisa asam bermuatan negatif. Karena kedua muatan listriknya sama besar,

maka molekul garam bersifat netral.

Jika garam dilarutkan kedalam air, maka ikatan logam dan sisa asam dapat terlepas.

Pemisahan yang membentuk ion-ion bermuatan listrik ini akan memenuhi air dan inilah yang

menyebabkan arus listrik dapat mengalir. Larutan air yang penuh dengan ion2 logam dan sisa

asam, disebut larutan elektrolit. Air laut adalah elektrolit. Air laut banyak mengandung garam

NaCl.

Garam dibentuk dengan berbagai cara :

a. Basa + asam Garam + Air

2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O

Ca(OH)2 + 2 HCl CaCl2 + 2 H2O

2 Al2(SO4)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O

b. Oksida basa + asam garam + air

FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O

Al2O3 + 6 HCl 2AlCl3 + 3 H2O

c. Basa + Oksida asam Garam + Air

2 KOH + SO3 K2SO4 + H2O

3 Ca(OH)2 + P2O5 Ca3(PO4)2 + 3 H2O




PT. PLN (PERSERO)


d. Oksida basa + oksida asam garam

Na2O + SO2 Na2SO3

CaO + N2O5 Ca(NO3)2

e. Logam + garam garam lain + logam lain

Sebelumnya lihat deret Volta (deret keaktifan logam) dibawah ini:

K – Na – Ca – Mg – Al - Mn – Zn – Fe – Ni – Sn – Pb – [H] – Cu – Hg – Ag – Pt – Au.

Logam yang disebelah kiri lebih aktif dari logam yang disebelah kanannya. Misalnya logam K

dapat mendesak/mengusir keluar logam Fe dari senyawa FeCl3.

K + FeCl3 3 KCl + Fe

Tetapi sebaliknya, logam Fe tak bisa mendesak logam K dari senyawa garamnya.

Contoh lain : Ca + ZnSO4 CaSO4 + Zn

f. Logam + Asam garam + H2

Fe + HCl FeCl2 + H2

2 Al + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2

Tetapi logam2 disebelah kanan [H] dengan larutan asam tidak berreaksi.

Cu + H2SO4 tidak bereaksi

Au + HCl tidak bereaksi.

Garam asam. Jika didalam senyawa garam masih terdapat atom H disebut garam asam:

NaHCO3, NaH2PO4

Garam Basa. Jika didalam senyawa garam masih terdapat hidroksida OH disebut garam basa:

Mg(OH)Cl, Fe(OH)2NO3

Garam Rangkap. Garam rangkap adalah campuran lebih dari satu garam.

KCl.MgCl2, CaCO3.MgCO3




PT. PLN (PERSERO)


1.1.3 Zat-zat Yang Terkandung Dalam Air.

Karena sifat air mudah melarutkan zat-zat, maka di alam kita sangat sukar mendapatkan air

murni, hanya terdapat dalam lapisan tanah yang sangat dalam, karena itulah air di alam kita

banyak mengandung zat-zat terlarut. Kandungan air dapat berupa:

Kandungan Gas-gas

Konsentrasi Oksigen dan Karbon dioksida yang terlarut dalam air pengisi juga dibatasi. Di unit,

gas O2, CO2 tersebut dibuang lewat Deaerator, sedang O2 diikat Seperti carbon dioksida (CO2),sulfur dioksida (SO2), sulfur triokskia (SO3), oksigen (O2), dan lain-lain. Air yang mengandung

gas-gas tersebut akan bersifat korosif, yaitu:

CO2 + H2O H2CO3 + Fe FeCO3 + H2

SO2 + H2O H2SO3 + Fe FeSO3 + H2




PT. PLN (PERSERO)


SO3 + H2O H2SO4 FeSO4

asam garam

sedangkan gas oksigen tersebut bersifat oksidator.

Fe + 2 H2O + O2 Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + 2H2O + 02 4 Fe(OH)3

Gas larut yang lain: N2 dan Cl2. Gas N2 tidak berbahaya, muncul akibat reaksi hydrazine dan

oksigen dan dibuang lewat Deaerator.

Biasanya yang diukur sebagai larutan gas adalah oksigen terlarut. Oksigen terlarut diukur

menggunakan oksigen Analyzer dalam satuan ppm (part per millon= 1/1.000.000). Karena

kandungan gas (O2, CO2) dapat menimbulkan korosi pada material, sehingga oleh injeksi

Hydrazine (N2H4), diubah menjadi air (H2O).

Problem Akibat Bertambahnya Gas Terlarut

Gas terlarut dapat menyebabkan korosi pada pipa air, pipa penukar panas dan ketel.

Cara mengatasi : Deaerasi, penambahan hydrazine, amonia dan Sodium Sulfite.

Kandungan Chlorine.

Chlorine (Cl-) merupakan unsur yang berasal dari air alut (NaCl). Chlorine yang larut dalam

air/uap dapat menimbulkan korosi pada pipa-piap ketel dan superheater. Kandungan chlorine

dapat diukur dengan alat spektrophotometer dalam satuan ppm.

Problem Akib at Bertambahnya Kandung an Chlorine

Kandungan chlorine akan menambah jumlah padatan teriarut dalam air serta akan

memacu laju korosi.

Cara mengatasinya : Pengolahan air dengan nienggunakan Demineralizer Plant (Resin Anion),

Dilakukan Blow Down Pada sikius PLTU.




PT. PLN (PERSERO)


Kandungan Silika (SiO2).

membahayakan unit, seperti deposit pada pipa-pipa PLTU/HRSG dan dapat berdeposit ke

turbin.

Dalam pengolahan air melalui Demineralizer Plant, Silika dapat ditangkap oleh resin anion,

sehingga kandungan silika Silika ( SiO2) merupakan unsur utama dari pasir dan tanah liat. Silika

dapat larut dalam air dan dalam uap pada suhu dan tekanan tinggi. Kandungan silika terlarut

dapat ditentukan dengan alat Spectrophotometer oleh petugas laboratorium, dan besarnya

silika terlarut dalam air ketel dibatasi tergantung dari tekanan kerja ketel.

Grafik di bawah ini menunjukkan bahwa makin besar tekanan kerja ketel, makin rendah kadar

silika yang diizinkan.

Gambar 4. Laju Silika Terhadap Tekanan Boliler.

Silika tidak mudah dihilangkan dari air, sehingga bila air pengisi PLTU/HRSG tidak diolah

terlebih dahulu, maka akan dalam air hasil pengolahan akan mencapai lebih kecil dari 0,02

ppm.

Problem akibat bertambahnya kandung an Sil ika . Kandungan silika akan membentuk kerakdalam ketel. Sistem air pengisi dan dapat menempel pada sudu turbin

sebagai kerak keras (deposit).

Cara mengatasi : Pengolahan air dengan menggunakan Demineralizer Plant (Resin Anion),

dilakukan Blowdown pada sistem PLTU,




PT. PLN (PERSERO)


Kandungan Asam atau Basa.

Kandungan zat cair dalam air dapat berupa asam, seperti asam khiorida (HCl), asam sulfat

(H2SO4), atau basa amoniak cair (NH4OH), juga minyak, yang umumnya berasal dari limbahindustri.

Asam-asam dalam air mengakibatkan air bersifat korosif terhadap peralatan dari logam,

sedangkan amoniak cair korosif terhadap peralatan yang terbuat dari tembaga (Cu), kuningan

(CuZn), aluminium brass (CuAl) dan lain-lain.

Cu +O2 + 8 NH4OH 2 Cu (NH3)4 (OH)2 + 6 H20

Kandungan Padat.

Air yang tidak murni selalu mengandung padatan yang dapat dibedakan menjadi 3 kelompok

berdasarkan besarnya partikel.

a. Padatan terlarut

b. Padatan tersuspensi dan koloid

c. Padatan sedimen

a. Padatan terlarut .

Padatan ini terdiri dari senyawa-senyawa organik yang larut dalam air, seperti kalsium khlorida

(CaCI2), magnesium sulfat (MgSO4), magnesium khlorida (MgCl2), natrium khlorida (NaCI),

natrium silikat (Na2SiO3).

Garam-garam kalsium dan magnesium menjadikan air bersifat sadah dapat menimbulkan

gangguan teriadinya kerak (CaC3, CaSO4) dan lumpur (MgCO3, Mg(OH)2).

Ca(HCO3) CaCO3 + H2O + CO2

CaCl2 + SO4

2-

CaSO4 + 2 Cl-

CaCl2 + CO32- CaCO3 + 2 Cl-

Kerak




PT. PLN (PERSERO)


Mg(HCO3) MgCO3 + H2O + CO2

Mg SO4 + CO32- MgCO3 + SO4

2-

Mg Cl2 + CO32- MgCO3 + 2 Cl-

Lumpur

Garam magnesium umumnya tidak stabil, mudah terhidrolisa dan membentuk asam, sehinggga

air akan bersifat korosif.

Mg Cl2 + 2 H20 Mg(OH)2 + 2 HCL

Garam natrium silikat ( Na2SiO3) dalam air panas juga akan terhidrolisa, menghasilkan kerak

silika yang sangat keras seperti porselin, kristalnya sangat kecil, padat dan rapat.

Na2Si 03 + H2O NaOH + H2 SiO3

H2SiO3 dapat terurai menjadi H2O dan SiO2. Garam-garam khlorida seperti natrium khlorida

(NaCI) dalam air dapat menjadikan air korosif.

b. Padatan tersuspensi dan koloid.

Padatan jenis ini menyebabkan air menjadi keruh, tidak larut, tidak dapat mengendap langsung,

seperti tanah liat, koloid, termasuk koloid silikat. Tanah liat ini dalam bentuk suspensi dapat

berbulan-bulan, kecuali bila keseimbangannya terganggu oleh zat-zat lain, seperti tawas (alum),

sehingga terjadi penggumpalan dan mengendap. Koloid silikat sering lolos dalam proses

pengolahan air, sehingga terjadi kerak keras di daerah panas. Contoh-contoh padatan

tersuspensi: lumpur, pasir, microorganisme dan koloidal dimana kandungan ini dapat

menyebabkan adany warna dalam air.

c. Padatan ter-endap (Sedimen)

Sedimen adalah padatan yang dapat langsung mengendap jika air didiamkan. Padatan yang

mengendap tersebut terdiri dari partikel-partikel padai yang berukuran lebih besar dari padatan

tersuspensi, relatif besar dan berat, seperti pasir (SiO2), lumpur. Padatan ini sering

menimbulkan erosi pada material dan penyumbatan aliran air.




PT. PLN (PERSERO)


Kandungan micro organisme

Micro organisme seperti ganggang dan bakteri akan dapat tumbuh dengan baik pada sistem air

terbuka.

Zat padat terlarut atau disebut juga Total Dissolved Solid (TDS) merupakan jumlah konsentrasi

zat padat seperti silika dan garam-garam yang terlarut didalam air. Seperti halnya siiika

konsentrasi zat padat dalam air ketel juga dibatasi supaya tidak menimbulkan carry over, yaitu

terbawanya zat-zat padat bersama uap air kedalam superheater dan turbin.

Tabel dibawah ini menunjukan Total Dissolved Solid yang diizinkan menurut A.B.M.A (American

Boiler Manufacturer Association):

Problem Akibat Bertambahnya Zat Padat Terlarut. Zat padat terlanit akan menyebabkan

bertambahnya laju pengerakan dan korosi.

Cara mengatasi : Pengolahan air dengan Demineralizer Plant (Resin Anion dan Kation).

Dilakukan Blow Down.




PT. PLN (PERSERO)


1.1.4 pH.

pH (exponen Hydrogen) adalah derajat kesamanan atau kebasaan suatu larutan yang

dinyatakan sebagai logaritma dari kebalikan konsentrasi ion Hidrogen (H+).

1pH = -log (H+) = log ------

(H+)

H+ adalah konsentrasi ion hidrogen dalam mol/liter.

pH juga didefinisikan sebagai konsentrasi ion (H+) atau pH adalah aktivitas ion (H

+) dalam

grek/liter. pH digunakan untuk mengukur keasaman atau kebasaan suatu larutan. Batasan pH

diukur pada temperatur 25oC.

Sifat asam dan basa suatu larutan tergantung pada nilai relatif (H+) dan (OH-), bila (H+) > (OH-),

maka larutan bersifat asam, sedangkan bila (H+) = (OH

-) seperti pada air murni, larutan bersifat

netral (pada kenyatannya air murni sedikit bersifat asam karena adanya CO2 yang larut). Bila

(OH-) > (H+), maka larutan bersifat basa,

Kosentrasi ion biasanya dinyatakan dalam satuan mole dm3 (1 dm

3 = 1 liter). Jadi sebagai

contoh konsentrasi H+ dalam 0,1 M NaOH adalah 0,000 000 000 0001 mole dm atau 10-3 M.

Penulisan dengan cara itu kurang praktis, karena itu untuk memudahkan penulisan konsentrasi

H+ dan OH

-, Sorensen mendefinisikan potensial konsentrasi ion hidrogen atau pH seperti yang

telah disebutkan diatas. Jadi suatu larutan yang mengandung H+ sebesar 10

-3 M akan

mempunyai pH sebesar 3. Demikian pula dengan pOH. Didefinisikan sebagai:

pOH = - log(OH-)

Karena dalam larutan encer Kw (hasil kali ion air) pada 25oC adalah 1014, maka dapat ditulis:

(H+) (OH

-) = 1014 .

log(H+)(OH

-) = -log 1014

log (H+) – log (OH

-) = 14

pH + pOH = 14




PT. PLN (PERSERO)


Secara umum dapat dikatakan bahwa bila:

pH = 7 larutan bersifat netral

pH < 7 larutan bersifat asam

pH > 7 larutan bersifat basa

70 14

Netral

Semakin bersifat

asam

Semakin bersifat

basa

Nilai pH

Gambar 5. Chart Konsentarasi pH.

Dengan demikian keasaman dan kebasaan suatu larutan dapat dinyatakan dalam bentuk

eksponen ion hidrogen yaitu berkisar antara 0 -14.

Beberapa faktor yang mempengaruhi pengukuran pH suatu larutan adalah:

a. Derajat desosiasi (penguraian)

b. Konsentrasi ion hidrogen

c. Suhu larutan.

Propblem A kibat Perubahan pH . pH bernilail sesuai dengan kelarutan asam atau basa

dalam air. pH air pengisi ketel harus sesuai dengan batas yang

dipersyaratkan pada PLTU. Jika terjadi perubahan pH yang

menyebabkan pH terlalu asam atau terlalu basa, maka akan

menyebabkan korosi atau deposit.

Cara mengatasi: pH dapat dinaikan dengan penambahan basa dan diturunkan dengan

penurunan asam. pH turun bersama dengan kenaikan temperatur. Injeksi

ammonia dapat menaikn pH. Pengaruh temperatur terhadap pH dinyatakan

dalam diagram berikut,




PT. PLN (PERSERO)


Gambar 6. Pengaruh temperatur terhadap pH.

pH air penambah harus mempunyai harga 8,8 – 9,2. Untuk mencapai ini, injeksikan ammoniak

(NH4OH). Air pengisi harus mempuny pH = 8,8 – 9,2 dengan kadar oksigen < 0,01 ppm. Untuk

mengatur pH ini, injeksikan Ammoniak atau morpholine. Sedang Oxygen-nya dihilangkan

dengan hydrazine (N2H4) atau Na2SO3.

Injeksi Na3PO4 kedalam drum ketel memberikan manfaat sbb :

- melunakkan garam-garam dan kerak- dapat menaik pH

- dapat mempertahankan silika dalam bentuk ionized-nya (Na2 Si O3).

1.1.5 Kesadahan (Hardness).

Air secara umum dibagi dua, yaitu : air sadah (hard) dan air lunak (soft). Air lunak adalah air

yang banyak mengandung : KCl, KNO3, K2SO4, NaCl, NaNO3, HCO3, Na2SO4. Air lunak jikadipanaskan dalam ketel tidak membentuk kerak. Contoh reaksi penguraian air lunak:




PT. PLN (PERSERO)


Air sadah (air keras) adalah air yang mengandung garam Ca dan Mg. Misalnya: MgCl2, MgCO3,

MgSO4, Mg(HCO3)2, CaCl2, CaCO3, CaSO4, Ca(HCO3)2. Air sadah, jika dipanaskan dalam

ketel akan membentuk kerak. Contoh reaksi penguraian air sadah :

Kesadahan atau (hardness) juga dibagi dua yaitu: kesadahan sementara (carbonate hardness)

dan kesadahan tetap (non-carbonate hardness, permanent hardness). sekema air secara

umum bisa dilihat dibawah ini:

Air sadah

(mengandung garam2 Ca

dan Mg)

Air tidak sadah

(tidak mengandung

garam2 Ca dan Mg)

Air sadah

sementara

(berbetuk

bicarbonat)

Air sadah tetap

(berbentuk

selain

bicarbonat)

Kesadahan Sementara ( Temporary hardness).

Adalah kesadahan yang disebabkan oleh garam-garam Ca dan Mg dalam bentuk senyawa

bikarbonat (HCO3) dan Carbonat (CO3). Air yang mengandung Ca(HCO3): atau Mg (HCO3)

bersifat sadah sementara, karena bila dipanaskan hilang kesadahannya.

Reaksinya: Ca ( HCO3)2 : Ca CO3, + CO2 + H20

Dipanaskan




PT. PLN (PERSERO)


a. Carbonat Removal.

Menghilangkan unsur-unsur yang mempengaruhi air dengan reaksi pengendapan.

Prinsip kerja :

- Penghilangan carbonat dengan Kapur Ca(OH)2

- Karena ada zat-zat yang tidak mengendap dengan kapur, maka diendapkan dengan

NATRIUM CARBONAT (Na2CO3).

- Penghilangan sisa-sisa di unsur yang masih ada dengan TRI NATRIUM

PHOSPHATE (Na3 PO4)

Penghilangan carbonat dengan Trinatrium phosphat akan memberikan reaksi sebagai berikut.

3 CaCO3 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3

Untuk menghilangkan sisa dari carbonat dimasukkanlah Trinatrium phosphat sehingga akan

memberikan reaksi sebagai berikut.

Ion Exchanger atau Resine atau penukar ion . Suatu produksi berbentuk bola, elastis dan

tidak larut dalam air yang mempunyai sifat dapat mengadakan pertukaran ion.

Kesadahan Permanen ( Permanen Hardness)

Kesadahan permanen disebabkan oleh adanya larutan kalsium atau magnesium sulphate dan

kloride didalam air dan tidak dapat dihilangkan dengan cara pemanasan air tersebut. Ia berupa

garam-garam sulfat, chloride, nitrat dari Ca dan Mg. Kesadahan dapat diklasifikasi

sebagaimana tabel dibawah ini:




PT. PLN (PERSERO)


Konsentrasi suatu larutan garam adalah jumlah garam itu dalam suatu volume dimana

konsentrasi masing-masing unsurnya dinyatakan dalam mg/liter atau ppm.

Beberapa istilah yang digunakan untuk mempermudah menentukan konsentrasi larutan:

- Normalitet = N

- Equivalent = Eq

- Derajat (Perancis) =oF

Normalitet = gram equvalent zat per liter pelarut atau grek zat/liter.

Berat MolekulGrek = -----------------------Valensi

Larutan yang berisi 1 grek X/liter disebut larutan normal yang mempunyai Normalitet = 1 N.

Equvalent adalah sinonim dengan Normalitet.

Larutan Normal adalah.gram equivalent suatu zat tertentu. Semua zat kimia yang gram

equivalent sama akan sebanding. Jika M = Berat Molekul dan e = equivalent Rumus kimianya

dalam 1 liter air ( grek/liter ).

M 36,5Contoh : HCl 1 N = ----- = --------- = 36,5 gr/l.

e 1

M 40NaOH 1 N = ------- = -------- = 40 gr/l

e 1

Derajat Perancis besarnya sbb:

1o

F = 1/5 m. eq atau

11 oF = -------- equvalent

5.000

1 N1 oF = -------- (larutan normal)

5.000




PT. PLN (PERSERO)


Disamping derajat Perancis (oF), juga dikenal derajat Jerman (oD), derajat Inggris (oE) dan

ppm Calciumcarbonate (CaCO3) sebagai pengukur kesadahan air. Dimana

1 oD = 10 mg CaCO3/liter

1oF = 10 mg CaCO3/liter

1oE = 1 grain CaCO3/imp.gln.

Untuk air ketel PLTU kesadahan harus = 0.

Total hardness (TH) adalah jumlah kesadahan sementara ditambah kesadahan tetap.

Kerak (Scale) disebabkan oleh garam COLD SOLUBLE SALT

Garam-garam ini jenuh di daerah panas dan larut didaerah dingin. Garam-garam ini menjadi

kerak pada daerah panas, misalnya drum ketel.

Gambar 7. Pengerakan Pada Daerah Panas.




PT. PLN (PERSERO)


Mencegahnya: Injeksi trinatrium phophate dan water treatment

Lumpur disebabkan oleh garam HOT SOLUBLE SALT .

Garam-garam ini jenuh didaerah dingin dan larut didaerah panas. Larutan ini disebut lumpur

garam. Lumpur garam banyak terdapat dalam drum ketel.

Gambar 8. Lumpur Garam.

Jenis garam ini antara lain: Garam-garam Natrium dan Kalium. Sedang yang jenuh adalah

Mg(OH)2 - Magnesium Hydroxide

Mencegahnya: Lumpur di BLOW DOWN

1.1.6 Alkalinity

Alkalinity menunjukan jumlah alkali tanah (Ca++

, Mg++

dari senyawa-senyawa carbonat,

bicarbonat, hydroksida dan fosfat) didalam air. Alkalinity ditentukan dengan larutan asam.

Tujuan dari alkalinity adalah untuk mengetahui konstituent tertentu dalam air. P & m alkalinity

didapt dengan men-titrasi air sampai mencapai pH tertentu dengan suatu larutan asam keras

yang diketahui kenormalannya (umumnya 0,1 N HCl atau 0,1 N H2SO4).




PT. PLN (PERSERO)


Untuk penentuan dengan T.A (p-alkinity) perubahan warna terjadi pada pH 8,3 (merah jadi tak

berwarna). Untuk penentuan dengan T.A.C (m-alkalinity) dipakai indikator methyl orange

dimana perubahan warna terjadi pada pH 4,3 (kuning jadi orange ke merahan).

1.1.7 Conductivity

Conductivity adalah daya hantar listrik atau kesanggupan air/larutan dalam menghantarkan arus

listrik. Arus listrik dapat mengalir melalui zat cair sebagai akibat dari gerakan ion-ion yang

bermuatan listrik; makin banyak ion-ion dalam air, berarti makin tidak murni air tersebut

(banyak mengandung garam), makin tinggi harga conductivitynya, dan makin mudah

menghantarkan listrik. Air murni tidak menghantarkan arus listrik tetapi larutan elektrolit seperti

asam HCl. Caustic (NaOH) dan garam-garam mempunyai conductivity yang besar. Pegukuran

kesanggupan air atau larutan untuk menghantar listrik diukur dalam Siemen/cm dari 1 cm3

larutan pada suhu tertentu. Air dengan zat-zat terlarut sebesar 0,5 mg/l (ppm) akan memberikan

daya hantar 1 μS/cm. Catatan : 1 mg/l = 1 ppm.

Makin tinggi conductivity air, berarti pula air itu cenderung mempercepat terjadinya korosieletrokimia didalam sistem unit. Oleh sebab itu dengan adanya Demineralizer Plant, diharapkan

didapat air dengan conductivity mencapai < 0,2 μS/cm.




PT. PLN (PERSERO)


Satuan conductivity adalah : μS / cm = μS. cm-1

μ. mhos/cm = μ. Mhos.cm-1

μ. Ω-1

/cm = μ. Ω-1

.cm-1

Alat ukurnya disebut conductivity meter.

1.1.8 Carry Over

Butir-butir air mengandung garam yang larut dalam uap. Carry over dapat diketahui dari

conductivity uap.

- Goncangan atau gelombang yang besar dalam ketel, sehingga air mencapai uap.

- Terjadinya busa pada permukaan air ketel, sehingga busa mencapai uap.

Busa terjadi karena:

- Total solid tinggi dalam air ketel.

- Total akalinity tinggi dalam air ketel.

Busa dapat dicegah dengan :

- Sering dilakukan blow down.

- periksa total alkalinity dengan baik.

Akibat Carry over : Karena superheater panas, uap kering, garam-garampun kering dan

menempel di Superheter, tentu saja korosi jelas ada.

Bahayanya justru garam-garam yg mengendap tersebut bersifat “low thermal conductivity”

(penghantar panas rendah) akibatnya efisiensi superheater turun dan adanya pembengkakan

pipa-pipa superheater, yang suatu ketika dapat pecah.

EndapanTurbin

Apabila garam (akibat carry over) sampai ke Turbine akan mengendap atau justru mengikis

sudu-sudu Turbin, yang jelas akan menurunkan efisiensi Turbin.

Mencegah Carry-over: Ketel diperlengkapi dengan Separator atau Steam Scrubber.




PT. PLN (PERSERO)


1.1.9 Korosi

Korosi akibat adanya pengiriman ion-ion Metal yang tentu saja mudah mempengaruhi unsur-

unsur lainnya. Reaksi ionisasinya

M M+ + e-

metal ion metal electron

Korosi besi oleh air .

Besi bila dicelupkan dala air akan mengalami korosi karena ion-ion metal besi mempengaruhi

ion-ion air.

Gambar 9 Proses Terjadinya Korosi.

Ternyata didalam air besi dirubah menjadi karat {Fe(OH)2} Perubahan besi oleh air dipengaruhi

oleh pH.




PT. PLN (PERSERO)


Gambar 10. Perubahan Air Besi Menjadi Karat.

Pencegahan korosi besi oleh air

Korosi besi oleh air dapat dicegah dengan membuat jenuh air terhadap Ferro hidroxide dan

ternyata dapat diatur dengan mengatur pH air. pH = 9,6 adalah air jenuh terhadap Ferro

hydroxide.




PT. PLN (PERSERO)


1.1.10 Pengontrolan Kualiatas Air Limbah.

Air limbah dan proses regenerasi demineralizer plant, sebelum dibuang harus dinetralisasi lebih

dahulu, agar tidak mencemari lingkungan. Air limbah dikontrol dengan besarnya pH yaitudengan menginjeksikan asam HCl bila pH limbah tinggi atau injeksi Caustic NaOH bila pH

rendah, sampai pHmencapai yang diijinkan antara 7- 9.

Unsur-Unsur Yang Dianalisa Dalam Air




PT. PLN (PERSERO)


1. Teori Dasar Demin Plant

Documents

Transcript of 1. Teori Dasar Demin Plant