BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan di setiap sektor industri termasuk

pemanfaatan untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi dan

pemanasan di industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang

dibangkitkan pada suatu ketel (boiler).

Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu

pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini

adalah memanaskan kembali. Boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi.

Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk

boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut. Boiler

merupakan bagian dari sistem boiler yang menerima semua bahan pencemar dalam

air seperti logam mineral dan gas-gas terlarut. Kinerja, efisiensi, dan umur layanan

boiler merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan boiler.

Oksigen merupakan salah satu gas terlarut yang bersifat korosif.

Air umpan boiler atau boiler feed water nantinya akan dipanaskan hingga

menjadi steam. Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspadai adanya

kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak

mengandung ion Ca2+. dan Mg2+ disebut sebagai air sadah (hard water). Ion-ion ini

sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan

boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat,

bikarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan

dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,

MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2, MgCl2, dll ; akan memiliki kelarutan yang makin

kecil/rendah apabila suhu semakin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini

merupakan masalah yang harus segera diatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan

kerak (scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri

1

akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut. Selain itu yang

dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.

Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan

sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler, sebagai salah satu unit

pendukung yang penting dalam industri proses. Boiler berfungsi untuk menyediakan

kebutuhan panas di pabrik dengan mengubah air menjadi steam. Dalam pengolahan

air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena

mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia. Bahkan ada perusahaan

air minum yang menambahkan mineral pada air minum produksinya. Hal itu tidak

boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga

agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan

boiler tidak perlu diberi desinfektan. Penggunaan air umpan boiler yang tidak

memenuhi persyaratan akan menimbulkan beberapa masalah, seperti korosi,

pengerakan, dan busa. Salah satu penyebab terjadinya korosi pada boiler adalah

oksigen dalam air umpan boiler. Oleh karena itu, oksigen harus disingkirkan sebelum

air diumpankan ke dalam boiler. Air yang digunakan sebagai umpan boiler dapat

diperoleh dari berbagai sumber, yaitu danau, sungai, laut, maupun sumur.

Dalam pengolahan internal, pengikatan oksigen terlarut dalam air dilakukan

dengan penambahan bahan kimia. Hal ini perlu dilakukan mengingat kemampuan

deaerasi sebagai pengolahan eksternal dibatasi oleh kelarutan oksigen dalam air.

Walaupun kelarutan oksigen dalam air dapat diturunkan ke level ppb. Namun, pada

level itupun masih belum diperbolehkan untuk boiler tekanan tinggi. Untuk boiler

tekanan tinggi oksigen terlarut disarankan mencapai nilai O (trace). Level ini hanya

bisa dicapai dengan penambahan bahan kimia dalam pengolahan internal.

Air umpan yang tidak memenuhi persyaratan dapat menimbulkan masalah

selama pengoperasian boiler. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengolahan air

terlebih dahulu sebelum diumpankan kedalam boiler. Permasalahan seperti

pembentukan kerak atau deposit, korosi akibat oksigen yang terlarut di air yang tidak

memenuhi persyaratan yang ditentukan. Karena air umpan harus memenuhi

persyaratan agar tidak merusak boiler, maka diperlukan suatu pengolahan yang benar

sehingga hal yang tidak diharapkan tidak terjadi, seperti pembentukan buih atau

2

pengerakan pada boiler. Atas dasar itulah diperlukan suatu teknologi yang mampu

memecahkan permasalahan dalam suatu proses industri.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka permasalahan yang muncul

sebagai berikut :

Apa yang dimaksud dengan air umpan boiler, dan apa hubungannya dengan

pengolahan internal ?

Mengapa penting dilakukan suatu pengolahan terhadap air umpan boiler ?

Bagaimana pengolahan secara internal mampu memperbaiki kualitas air

umpan boiler ?

Apa teknologi terbarukan dari pengolahan terhadap air boiler, khususnyan

pada pengolahan secara internal ?

Bagaimana aplikasi teknologi terbarukan tersebut pada industri?

1.3 Tujuan Penulisan

Penulisan makalah ini bertujuan untuk memenuhi salah satu tugas mata

kuliah “Utilitas” yang diberikan oleh Ibu Herawati sebagai mata kuliah pendukung

proses industri. Selain itu, makalah ini dapat menambah pengetahuan secara khusus,

baik bagi penulis maupun bagi pembaca. Adapun tujuan lain yang dapat diperoleh,

yaitu penulis dapat mengetahui tahapan-tahapan dari pengolahan air umpan boiler,

dalam hal ini pengolahan yang digunakan yaitu pengolahan secara internal.

1.4 Manfaat Penulisan

Melalui penulisan makalah ini, penulis dan pembaca dapat mengetahui bahwa

dengan pengendalian kualitas air umpan yang baik, dapat mengurangi kerusakan

pada boiler dan menghasilkan kualitas steam yang baik.

1.5 Cara Memperoleh Data

Cara memperoleh data dalam penulisan makalah ini yaitu dengan melakukan

studi pustaka dan mencari pengetahuan lain di internet atau dikenal dengan browsing

3

untuk memperoleh data yang lebih lengkap dengan menyesuaikan pada judul

makalah yang diambil oleh penulis.

1.6 Sistematika Penulisan

Makalah ini disusun menjadi 3 bab, yaitu bab 1 yang merupakan

pendahuluan, bab 2 studi pustaka yang menjelaskan mengenai teori-teori yang

digunakan, serta bab 3 yang mencakup pembahasan mengenai pengolahan air umpan

boiler secara internal dan teknologi terbarukan yang diaplikasikan di industri. Pada

bab 1 terdiri dari latar belakang penulisan makalah, masalah-masalah yang

dirumuskan, tujuan dan penulisan makalah, cara memperoleh data serta sistematika

penulisan makalah. Bab 2 berisi tentang pengenalan dan jenis-jenis boiler yang

digunakan di industri, kondisi air umpan boiler, masalah-masalah pada boiler serta

pengolahan internal yang berlangsung pada boiler. Dan terakhir pada bab 3 akan

ditemui metodologi yang paling baru dari pengolahan internal terhadap air umpan

untuk boiler yaitu

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengolahan Internal

Pengolahan internal merupakan suatu cara pengelolaan yang dilakukan di

suatu proses industri. Pada umumnya pengolahan internal dilakukan untuk air boiler

dengan tujuan untuk menyempurnakan pengolahan air sebelumnya (eksternal

treatment) agat air umpan boiler memenuhi kualitas yang dipersyaratkan. Proses

pengolahan secara internal biasanya merupakan proses penghilangan atau

pengubahan sejumlah kecil senyawa kimia dalam air boiler yang terbentuk karena

kondisi dalam boiler atau yang tidak bisa dilakukan dalam pengolahan eksternal.

2.2 Syarat Air Umpan Boiler

Kualitas air umpan boiler yang digunakan harus memenuhi syarat sebagai

berikut :

1. Tampak : Jernih dan tidak berwarna

2. Oksigen : 0,02 mg/Liter

3. Kesadahan : Tak terdeteksi (sangat kecil)

4. Besi : 0,02 mg/Liter

5. Karbondioksida : Sangat kecil

6. Daya hantar listrik pada 25oC : 0,2 mikroS/cm

7. Angka permanganat : 5

8. Minyak : 0,5 mg/Liter

5

9. pH pada 25oC : 9

10. Silikat : 0.02 mg/Liter

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air

sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses.

2.3 Sistem Boiler

Sistem boiler terdiri dari : sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan

bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai

dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan

perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam

boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan

sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau

tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk

menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan

yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang

digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam

disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah :

1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses

2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar

ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih

tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan

menggunakan limbah panas pada gas buang

2.4 Jenis Boiler

Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler

ada di dalam shell untuk dirubah menjadi steam Fire tube boilers biasanya

digunakan untuk kapasistas steam yang relative kecil dengan tekanan steam

rendah sampai sedang.

6

Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa

masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar

membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika

kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler

untuk pembangkit tenaga.

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:

- Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan

efisiensi pembakaran

- Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant

pengolahan air

- Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi

7

Diagram Sederhana Water

Tube Boiler

Paket Boiler

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap.

Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan steam, pipa air, suplai bahan

bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya

merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer

panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.

Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:

- Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas

menghasilkan

penguapan yang lebih cepat.

- Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki

perpindahan panas konvektif yang baik.

- Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang

baik.

- Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan

yang lebih baik.

8

- Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan

boiler lainnya.

Jenis Paket Boiler 3 Pass, bahan bakar Minyak

(Spirax Sarco)

2.5 Proses Memperoleh Air Umpan Boiler

Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu

pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini

adalah memanaskan kembali. Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar

effisiensinya cukup tinggi. Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air

yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari

boiler tersebut.

Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga

menjadi steam. Di dalam boiler terjadi pemanasan yang harus diwaspdai karena

adanyakandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak

mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hardwater). Ion-ion

ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai

umpan boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat,

bikarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan

dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,

9

MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2, MgCl2, dll; akan memiliki kelarutan yang makin

kecil/rendah apabila suhu makin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini

merupakan masalah yang harus segeradiatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan

kerak (scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri

akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut. Selain itu yang

dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.

Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan

sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler. Dalam pengolahan air

minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-

mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia. Bahkan ada perusahaan air minum

yang menambahkan mineral pada air minum produksinya. Hal itu tidak boleh terjadi

dalam pengolahan air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga agar bebas

dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler tidak

perlu diberi desinfektan.

10

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Pengolahan Air Boiler

Dalam suatu industri, pengolahan air umpan boiler harus memenuhi 3 kriteria

utama yaitu :

Menghasilkan pertukaran panas secara terus menerus dan effisien

Memberikan perlindungan korosi

Menghasilkan kemurnian uap yang baik

Pengolahan air pada sistem boiler dibagi menjadi dua bagian, yaitu external

treatment dan internal treatment.

1. Perawatan Eksternal

Perawatan eksternal (External Treatment) adalah segala sesuatu yang

dilakukan pada semua sistem pendukung boiler (sistem yang berhubungan

dengan boiler). Maksud dan tujuan dari suatu external treatment adalah untuk

menghasilkan air dengan kualitas yang sesuai dengan persyaratan dari air

umpan boiler (boiler feed water). Dalam hal ini termasuk penghilangan zat

tersuspensi, pengurangan/penghilangan kadar kesadahan,

pengurangan/penghilangan kadar Silika, pengurangan /penghilangan kadar

oksigen terlarut (dissolved oxygen), dsb. Beberapa contoh dari fasilitas

external treatment antara lain: Clarifier, Filters, Softener, Demin, Reverse

Osmosis, Deaerator, dsb.

2. Perawatan Internal

Pengolahan internal (Internal Treatment) adalah pengkondisian air boiler

dengan bahan kimia treatment & pengaturan lainnya dengan tujuan agar

korosi, pengerakan dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga dengan baik.

Beberapa mekanisme yang terjadi dalam Internal Treatment, antara lain:

11

1. Mereaksikan kesadahan dengan bahan kimia, agar kerak kalsium karbonat

yang keras berubah menjadi endapan yang lunak berlumpur sehingga bisa

dibuang melalui blow down

2. Mengkondisikan pH/Alkalinitas air boiler untuk menghindarkan

pengerakan silica

3. Penggunaan anti-busa (anti foam) untuk mencegah potensi pembusaan

yang akan mengakibatkan terjadinya carry over dan menurunkan

kemurnian uap

Beberapa jenis bahan kimia yang umum dipergunakan dalam perawatan

internal adalah sebagai berikut :

Fosfat (jenis ortho ataupun polifosfat)

Bereaksi dengan kesadahan kalsium untuk menetralisir kesadahan air

dengan membentuk trikalsium fosfat hidrat yang berbentuk lumpur dan

dapat dibuang melalui blow down secara terus-menerus atau secara

berkala melalui bawah ketel

Dispersan sintetik dan alami

Meningkatkan sifat dispersif air boiler. Beberapa contoh Polymeric

Dispersant adalah :

Polimer alam, contohnya : lignosulphonates, tannin

Polimer sintetik, contohnya : poliakrilet, maleat acrylate

copolymer, maleat styrene copolymer, dsb

Sequestering agents (anti scale) seperti : fosfat organik

(phosphonates), polymaleic acid (PMA), sulfonated co-polymer, dsb.

Oxygen scavengers (pemakan oksigen): seperti natrium sulfit, tannis,

hidrazin, hidroquinon/progallol berbasis derivatif, hidroksilamine

derivatif, asam askorbat derivatif, dll. Oxygen scavengers ini, dikatalisasi

ataupun tidak, akan mengurangi kadar oksigen terlarut dalam air umpan.

Oxygen scavengers berfungsi sebagai passivator untuk mempassivasi

permukaan logam seperti Hydrazine, Hydroxylamine derivate, dll

Anti-foaming atau anti-priming agents

12

Campuran bahan aktif permukaan yang mengubah tegangan

permukaan cairan, menghilangkan busa dan mencegah terbawa air halus

partikel dalam uap.

3.2 Pengolahan Air Umpan Secara Kimia

Untuk perawatan air, dapat digunakan beberapa bahan kimia. Di bawah ini

berbagai jenis bahan kimia untuk pengolahan air, yakni :

o Algaecides

Algaecides adalah bahan kimia yang membunuh alga dan ganggang hijau biru

ketika algaecides ditambahkan ke air. Contohnya adalah tembaga sulfat,

garam besi, garam dammar, dan benzalkonium amina klorida

o Antifoams

Busa adalah massa gelembung yang diciptakan ketika jenis gas tersebar

menjadi cairan. Film kuat mengelilingi cairan dari gelembung, membentuk

volume besar non-produktif busa. Jika tidak diadakan di bawah kendali, busa

dapat mengurangi kapasitas peralatan dan meningkatkan durasi dan biaya

proses. Campuran yang mengandung minyak antifoam dikombinasikan

dengan sejumlah kecil silika. Senyawa Antifoam tersedia baik sebagai bubuk

atau sebagai emulsi dari produk murni. Jenis dari antifoam, sebagai berikut :

a) Powder : bubuk antifoam termasuk produk yang diubah kebentuk

polydimethylsiloxane

b) Emulsions : antifoam emulsi yang berair polydimethylsiloxane emulsi

dari cairan 

o Coagulant

Mengacu pada koagulant, ion positif dengan valensi tinggi lebih disukai.

Umumnya alumunium dan besi diterapkan, aluminium sebagai Al2(SO4)3

(aluin) dan besi baik sebagai FeCl3 atau Fe2(SO4)3. Dapat juga menerapkan

bentuk FeSO4 yang relatif murah, dengan syarat bahwa hal itu akan

dioksidasi menjadi Fe3+ selama aerasi. Koagulasi sangat tergantung pada

dosis koagulan, pH dan konsentrasi koloid. Untuk menyesuaikan tingkat pH

Ca(OH)2 diaplikasikan sebagai ko-flokulan. Dosis biasanya bervariasi antara

13

10 dan 90 mg Fe3+/L, tetapi ketika garam hadir dosis yang lebih tinggi perlu

diterapkan.

o Korosi atau Corrosions

Korosi dapat mengakibatkan kegagalan dari bagian-bagian penting dari

sistem boiler. Endapan dari produk korosi pada daerah pertukaran panas

kritis, dan hilangnya efisiensi keseluruhan.

o Inhibitor

Inhibitor merupakan bahan kimia yang bereaksi dengan permukaan logam

yang memberikan permukaan tingkat perlindungan tertentu.

1) Pasif inhibitor (passivators)

Ini menyebabkan pergeseran potensial korosi, memaksa permukaan

metalik ke kisaran pasif. Contoh inhibitor oksidasi pasif anion, seperti

kromat, nitrit dan nitrat dan non-oksidator ion seperti fosfat dan

molybdate

2) Inhibitor katodik

Beberapa inhibitor katodik, seperti senyawa arsenik dan antimon,

bekerja dengan membuat rekombinasi dan pemakaian hidrogen lebih

sulit

3) Inhibitor organik.

Ini mempengaruhi seluruh permukaan logam corroding ketika hadir

dalam konsentrasi tertentu. Inhibitor organik melindungi logam

dengan membentuk sebuah film hidrofobik pada permukaan logam

4) Precipitation inducing inhibitors

Ini adalah senyawa yang menyebabkan pembentukan presipitat pada

permukaan logam, sehingga memberikan film pelindung. Inhibitor

yang paling umum dari kategori ini adalah silikat dan fosfat

5) Volatile Corrosion Inhibitors (VCI)

Ini adalah senyawa sumber. Contohnya adalah morpholine dan

hidrazin dan volatil makanan padat seperti garam dari

dicyclohexylamine, cyclohexylamine dan hexamethylene-amina. 

14

o Desinfektan

Disinfektan membunuh hadirnya mikrorganisme yang tidak diinginkan di

dalam air. Ada berbagai jenis disinfektan :

Chlorine (dosis 2-10 mg/L)

Chlorinedioxide

Ozone

Hypochlorite

o Flocculans

Untuk mempromosikan pembentukan floks dalam air yang mengandung

suspended solids polimer, flocculants (polyelectrolytes) digunakan untuk

mempromosikan pembentukan ikatan antara partikel.

o Neutralizing agents (pengendali alkalinitas)

Adalah bahan kimia yang digunakan untuk menertalkan pH dari kondisi pH

asam ataupun basa. Yang umum digunakan adalah NaOH, senyawa amina

untuk menertalkan asam dan H2SO4 atau HCl untuk menetralkan basa.

o Oxidants

Menggunakan proses oksidasi kimia (kimia) untuk mengurangi COD / BOD

level, dan untuk mengoksidasi organik dan senayawa anorganik yang mudah

teroksidasi (oxidisable componen). Oksidasi sempurna dapat mengoksidasi

bahan organik ke karbon dioksida dan air, meskipun sering tidak diperlukan

untuk mengoperasikan proses untuk tingkat perawatan ini. Berbagai jenis

bahan kimia oksidasi yang tersedia. Contoh :

Hidrogen peroksida

Hidrogen peroksida digunakan secara luas berkat sifat-sifatnya,

melainkan yang aman, efektif, kuat dan serbaguna oksidan. Aplikasi

utama dari H2O2 adalah oksidasi untuk membantu mengontrol bau dan

pengendalian korosi, oksidasi organik, oksidasi dan keracunan logam

oksidasi. Polutan yang paling sulit untuk mengoksidasi mungkin

15

memerlukan H2O2 yang akan diaktifkan dengan katalis seperti besi,

tembaga, mangan atau senyawa logam transisi lain.

Ozon

Ozon tidak hanya dapat diterapkan sebagai disinfektan, tetapi juga

dapat membantu menghilangkan kontaminan dari air dengan cara

oksidasi. Ozon kemudian memurnikan air karena memecah-belah

kontaminan organik dan anorganik kontaminan mengkonversi ke

bentuk yang larut kemudian dapat disaring. Sistem Ozon dapat

menghapus hingga sampai dua puluh lima kontaminan. Bahan kimia

yang dapat teroksidasi dengan ozon adalah :

Diserap organik halogen

Nitrit

Besi

Mangan

Sianida

Pestisida

Nitrogen oksida

Diklorinasi hidrokarbon

Gabungan ozon & peroksida

Oksigen

Oksigen juga dapat diterapkan sebagai suatu oksidasi, misalnya untuk

mewujudkan oksidasi besi dan mangan. Reaksi yang terjadi selama

oksidasi oleh oksigen biasanya cukup mirip. Ini adalah reaksi oksidasi

besi dan mangan dengan oksigen :

2Fe2+ + O2 + 2OH- Fe2O3 + H2OFe2+ + O2 + OH-

Fe2O3 + H2OFe2+ + O2 + OH F2O3 + H2O

2Mn2+ + O2 + 4OH- 2MnO2 + 2H2O2Mn2+ + O2 + 4OH-

2MnO2 + 2H2O2Mn2+ + O2 + 4OH- 2MnO2 + 2H2O

o Oxygent scavengers

Penangkap oksigen atau dikenal dengan oxygent scavengers berarti mencegah

oksigen dari reaksi oksidasi. Sebagian besar organik alami memiliki sedikit

16

muatan negatif. Mereka dapat menyerap molekul oksigen, karena ini

membawa muatan yang sedikit positif, untuk mencegah reaksi oksidasi dari

mengambil tempat dalam air dan cairan lainnya. Penangkap oksigen

mencakup produk-produk yang mudah menguap, seperti hidrazin (N2H4) atau

produk-produk organik lain seperti carbohydrazine, hidroquinon,

diethylhydroxyethanol, methylethylketoxime, tetapi juga non-volatile garam,

seperti sodium sulfit (Na2O3) dan senyawa anorganik lain, atau turunannya.

Garam katalis sering mengandung senyawa untuk meningkatkan laju reaksi

dengan oksigen terlarut, misalnya kobalt klorida.

o Scale inhibitors

Kerak adalah endapan yang terbentuk pada permukaan yang bersentuhan

dengan air sebagai akibat presipitasi padatan terlarut. Biasanya tidak melarut

apabila suhu meningkat. Beberapa contoh kerak, yaitu : kalsium karbonat,

kalsium sulfat, dan kalsium silikat. Kerak inhibitor permukaan polimer yang

aktif memiliki muatan negatif. Sebagai mineral melebihi kelarutan dan mereka

mulai bergabung, maka polimer menjadi terikat. Struktur untuk terganggu

dan kristalisasi adalah pembentukan skala dicegah. Partikel skala yang

dikombinasikan dengan inhibitor akan daripada bubar dan tetap dalam

suspensi. Contoh inhibitor skala fosfat ester, asam fosfat dan solusi dari

polyacrylic berat molekul rendah asam.

3.3 Tahap Pengolahan Internal

Pada air umpan boiler bisa mengandung mineral-mineral yang bisa

menyebabkan pengendapan, korosi dan carry over. Pengendapan material

dapat mengakibatkan menurunnya efektifitas perpindahan panas sehingga

menyebabkan penggunaan bahan bakar menjadi boros, metal bersuhu tinggi

bahkan bisa mengakibatkan kerusakan. Pengendapan juga merupakan masalah

yang paling serius pada Boiler, bisa juga menyebabkan masalah-masalah pada

sistem sebelum dan sesudah Boiler.

17

Dimana Tujuan pengolahan air umpan pada boiler, adalah :

     Menghindari terbentuknya kerak.

      Mencegah korosi pada peralatan

    Menghindari terbawanya senyawa yang tidak diinginkan kedalam

steam (carry over)

3.4 Teknologi Pengolahan Internal (Air Umpan Boiler)

Pretreatment secara mekanikal dan fisikal, seperti:

clarification water, demineralization, thermal daerator.

Pengolahan secara kimia (penggunaan chemichal)

Sistem Blowdown :

Pengertian Blowdown adalah pembuangan sejumlah kecil air boiler

dengan maksud  untuk menjaga tingkat maximum dari padatan terlarut

dan terendap pada tingkat yang diizinkan. Sebagai contoh bila air dengan

kandungan padatan terlarut 100 ppm kemudian diuapkan sebanyak 50 %

dari air tersebut maka konsentrasi dari padatan menjadi 200 ppm. Ini bisa

ditulis secara matematik :  

Blowdown terbagi atas 2 (dua) jenis :

1. Continuous Blow Down

Continous Blow Down yang dipasang dekat dengan level

permukaan air pada steam drum, dimaksudkan untuk menjaga tingkat

padatan pada Steam drum, dilakukan secara terus menerus.

2. Intermitten Blow Down

Intermitetn Blow down dipasang pada bagian bawah ketel uap

dimaksudkan untuk menghilangkan padatan yang mengendap. Cara ini

adalah cara paling ekonomis dan konsisten untuk mengontrol Total 18

Dissolved Solid (TDS). Korosi (pengkaratan) tidak hanya

menyebabkan gangguan pada daerah yang kena karat, tapi juga bisa

menghasilkan kontaminan oxyda logam yang pada tingkat yang serius

bisa timbul ditempat lainnya. Karena semuanya berkaitan dengan

pengolahan air, bila terjadi pembentukan pengendapan (deposit) dan

korosi maka harus dikoreksi dan dicegah agar dapat tercapai hasil

yang memuaskan.

Penyebab terjadinya korosi adalah karena adanya oksigen (O2)

yang terlarut dalam air. Mekanisme dari korosi adalah metal yang

terkena kontak dengan akan terjadi reaksi sebagai berikut:

Oxygen terlarut dalam air membentuk reaksi Cathodic

Dari Persamaan (1) dan (2) dapat diperoleh:

 

hasilnya adalah Ferro hydroxide yang mengendap dalam

larutan, senyawa ini tidaklah stabil dalam larutan yang masih

mengandung O2, maka ia akan teroxydasi

Ferric hydroxide ini dikenal sebagai karat.

Untuk menghilangkan senyawa O2 (oxygen) dalam air agar tidak

terjadi korosi dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya

adalah sebagai berikut:

Deaerator, Fungsi dari alat ini ialah untuk menghilangkan gas-gas

yang terlarut dan memanaskan air dengan cara mengkontakan

langsung antara steam tekanan rendah dengan air. bila temperature

19

air naik maka kelarutan oxygen akan berkurang karena keluar

lewat venting.

Penambahan Hydrazine (N2H4) reaksinya sebagai berikut:

Pada temperature diatas 2700C maka hydrazine akan berubah

menjadi Ammonia ( NH3 ) dan Nitrogen

Reaksi ini lambat bila jumlah Hydrazinnya kecil, tapi sebaliknya ia

akan cepat bila Hydrazine besar.

Untuk meyakinkan bahwa O2 yang terlarut itu habis maka

ditetapkan bahwa Hydrazine itu harus berlebih (Hydrazine

rasidual). Pada umumnya untuk Boiler yang tekanan operasinya

kurang dari 40 kg / cm2G maka residual N2H4 nya berkisar antara

0.1 ~ 0.3 ppm (part per million = per satu juta), untuk yang

bertekanan lebih dari 40 kg / cm2 G berkisar pada 0.05 ~ 0.1 ppm.

Volatile Treatment atau Zero Solid Treatment.adalah pemakaian

chemical yang mudah menguap (volatile chemical) , seperti

ammonia / morpholine atau cyclohexyl amine. Untuk mengontrol

pH..Bahan ini di injeksikan kedalam Boiler water yang berfungsi

untuk menjaga pH pada Boiler water, agar cukup tinggi untuk

pencegahan korosi.

Injeksi (PO4 ) dan Alkali ( NaOH ) dilakukan secara langsung ke

ketel maksudnya adalah untuk menghindari mengendapnya garam –

garam Calsium Posphate, Magnesium Silicate, Calsium Carbonate,

dsb, secara dini pada sistem.

20

Endapan tersebut diatas dapat menimbulkan korosi didaerah

pipa-pipa feedwater yang mana tidak ada methoda untuk

mengeluarkannya, sedangkan di ketel  kita bisa membuang

endapan- endapan tersebut dengan melakukan Blowdown. Alkali

(NaOH) diinjectkan pada angka minimum yang dibutuhkan untuk

menaikan pH secukupnya untuk mengendalikan korosi, bahan

tersebut dimasukan bersama POSPHATE kedalam ketel.

Pengikat Oksigen

Bahan kimia yang ditambahkan untuk mengikat oksigen disebut

pengikat oksigen (oxygen scavenger). Pengikat oksigen yang baik memiliki

kemampuan menurunkan oksigen hingga kadar yang rendah dan stabil

pada temperatur tinggi. Pengikat oksigen yang paling sering digunakan

adalah natrium sulfit (Na2SO3) dan hidrazin (N2H4) (Isawa, 1985).

Natrium sulfit mampu bereaksi dengan oksigen dengan cepat. Reaksi

antara natrium sulfit dengan oksigen adalah:

2 Na2SO3 + O2 → 2 Na2SO4

Dari reaksi di atas, kebutuhan natrium sulfit untuk menyingkirkan satu ppm

O2 adalah 7,9 ppm. Kelemahan natrium sulfit terletak pada produk reaksi

yang dihasilkan. Senyawa sulfat yang dihasilkan akan meningkatkan total

padatan terlarut (TDS) dalam air umpan boiler. Pada tekanan tinggi,

senyawa-senyawa sulfat yang terlarut tersebut akan mengkristal

membentuk kerak. Kerak akan menghambat perpindahan panas dan dapat

juga menimbulkan erosi jika lepas dari dinding. Hidrazin merupakan suatu

senyawa kimia yang sangat reaktif terhadap oksigen serta larut dalam air

dan alkohol. Reaksi antara hidrazin dengan oksigen adalah :

N2H4 + O2 → 2 H2O + N2

Hasil reaksi berupa gas nitrogen dan air sehingga total padatan terlarut

(TDS) air tidak meningkat. Laju reaksi hidrazin dengan oksigen tidak

secepat reaksi natrium sulfit dengan oksigen, tetapi dapat ditingkatkan

dengan penambahan katalis. Berdasarkan reaksi di atas, kebutuhan hidrazin 21

untuk menyingkirkan satu ppm O2 adalah satu ppm. Hidrazin memiliki

sifat fisik yang mirip dengan air karena nilai densitas hidrazin sedikit di

atas densitas air. Walaupun sangat baik sebagai pengikat oksigen, hidrazin

merupakan senyawa yang berbahaya bagi kesehatan. Hidrazin sangat

beracun, dapat menyebabkan gangguan pernapasan dan bersifat

karsinogenik. Bahan kimia yang dapat menggantikan peran hidrazin

sebagai pengikat oksigen adalah hidroxylamine, erythorbic acid dan

karbohidrazida. Di antara alternatif tersebut, karbohidrazida merupakan

alternatif yang paling tepat karena memiliki kemampuan mengikat oksigen

yang hampir sama dengan hidrazin dan juga aman bagi kesehatan maupun

lingkungan.

Karbohidrazida

Karbohidrazida adalah senyawa turunan urea dengan rumus kimia

CO(NHNH2)2 dengan berat molekul sebesar 90. Karbohidrazida berupa

kristal putih dengan titik leleh 153 0C. Karbohidrazida sangat larut dalam

air. Persamaan reaksi yang terjadi antara karbohidrazida dengan oksigen

adalah :

CO(NHNH2)2 + 2 O2 → CO2 + 2N2 + 3H2O

Dibandingkan dengan hidrazin, karbohidrazida lebih aman dari sisi

kesehatan. Selain itu, karbohidrazida berbentuk padatan sehingga lebih

mudah ditangani dibandingkan hidrazin yang berbentuk cairan.

Berdasarkan kajian literatur, karbohidrazida dapat diproduksi dari beberapa

metode sintesis, meliputi:

1. Hydrazinolysis Carbonate Esters

Menurut Curtius dan Kesting [Mohr dkk.,1953], karbohidrazida

dapat dibuat dari hidrazin dan dialkil karbonat. Dialkil karbonat dapat

berupa dimetil karbonat atau dietil karbonat ((C2H5O)2CO). Reaksi

yang terjadi dengan menggunakan dietil karbonat adalah:

(C2H5O)2CO + 2 N2H4.H2O → NH2NHCONHNH2 + 2 C2H5OH + 2

H2O

22

Reaksi di atas berlangsung pada temperatur tinggi (95-120 oC untuk

dietil karbonat dan 50-75 oC untuk dimetil karbonat) sehingga

etanol/metanol yang terbentuk sebagai produk samping langsung

menguap. Tanpa daur ulang reaktan perolehan karbohidrazida yang

dicapai hanya 60%. Perolehan karbohidrazida dapat ditingkatkan hingga

mencapai 80%. Dietil karbonat dapat digantikan dengan difenil

karbonat. Perolehan yang dicapai tidak jauh berbeda. Dietil karbonat

lebih disukai karena difenil karbonat menghasilkan produk samping

(hidrazin fenat) yang sulit dipisahkan dari campuran hasil reaksi.

2. Hydrazinolysis of Fosgen

Karbohidrazida dengan perolehan yang tinggi dapat dihasilkan

dengan merefluks campuran hidrazin hidrat dan fosgen (COCl2). Reaksi

yang terlibat cukup kompleks. Pada tahap pertama hidrazin dan fosgen

bereaksi menghasilkan hidrazin monohidroklorida (NH2NHCOCl)

sebagai intermediet :

N2H4 + COCl2 → NH2NHCOCl + HCl

Pada tahap kedua intermediet yang terbentuk dapat bereaksi dengan

hidrazin maupun fosgen. Reaksi antara intermediet dengan hidrazin

langsung menghasilkan karbohidrazida :

NH2NHCOCl + N2H4 → CO(N2H3)2 + HCl

Reaksi intermediet dengan fosgen menghasilkan hidrazin dihidroklorida

((COClNH)2) yang selanjutnya akan bereaksi dengan hidrazin

menghasilkan hidrazidokarbohidrazida ((CON3H4)2) :

NH2NHCOCl + COCl2 → (COClNH)2 + HCl

(COClNH)2 + N2H4 → (CON3H4)2 + 2 HCl

Tidak ada informasi detil tentang kondisi maupun selektivitas masing-

masing produk. Dari literatur (Mohr dkk.,1953), diketahui bahwa

perolehan karbohidrazida, hidrazin dihidroklorida, dan

hidrazidokarbohidrazida akan merata jika reaksi berlangsung pada

tekanan vakum.

23

3. Hydrazinolysis of Carbazic Acid

Asam karbazat (NH2NHCOOH) dapat diperoleh dengan

menambahkan karbondioksida ke dalam larutan hidrazin. Reaksi yang

terjadi adalah :

N2H4 + CO2 → NH2NHCOOH

Asam karbazat dengan hidrazin membentuk garam hidrazin :

NH2NHCOOH + N2H4 → NH2NHCOOH.N2H4

Garam yang terbentuk akan terurai menjadi karbohidrazida dan air jika

dipanaskan hingga temperatur 140 oC. Reaksi penguraian yang terjadi

adalah:

NH2NHCOOH.N2H4 → NH2NHCONHNH2 + H2O

4. Hydrazinolysis of Cyanuric Acid

Karbohidrazida dapat diperoleh dari reaksi antara hidrazin hidrat

dan asam sianurat ((CONH)3) (Argyle,1966). Reaksi dapat berlangsung

pada temperatur rendah maupun tinggi, khususnya pada keadaan

reflukssangat dianjurkan karena reaksi dapat berlangsung dengan laju

reaksi yang besar. Reaksi yang terjadi adalah:

(CONH)3 + 6 N2H4 → 3 CO(NHNH2)2 + 3 NH3

Perolehan karbohidrazida bergantung pada konsentrasi dan jumlah

hidrazin yang digunakan serta waktu reaksi. Konsentrasi hidrazin

dianjurkan antara 25–50%. Pada konsentrasi yang lebih rendah, waktu

reaksi yang dibutuhkan menjadi lebih lama. Sedangkan pada konsentrasi

yang lebih tinggi, terbentuk produk samping berupa 4-aminourazole

yang menyebabkan perolehan karbohidrazida berkurang. Dalam reaksi

di atas hidrazin disarankan berlebih, minimum 10 mol untuk setiap 1

mol asam sianurat. Penggunaan hidrazin yang lebih sedikit

mengakibatkan laju reaksi menjadi sangat rendah. Penggunaan hidrazin

yang sangat berlebih sudah tentu sangat baik karena akan mempercepat

reaksi, akan tetapi proses produksi menjadi tidak ekonomis. Hidrazin

sebaiknya digunakan dalam jumlah yang minimal tetapi laju produksi

masih dianggap wajar. Rasio mol hidrazin terhadap mol asam sianurat

24

disarankan pada nilai 10-15 (Argyle, 1966). Air dan hidrazin sisa dapat

disingkirkan melalui evaporasi untuk memperoleh karbohidrazida

murni. Waktu reaksi bergantung pada konsentrasi dan jumlah hidrazin

yang digunakan. Argyle memberikan satu contoh: dengan rasio mol 15

dan konsentrasi hidrazin 40% waktu yang dibutuhkan 18-20 jam,

sedangkan pada penggunaan 10 mol dari 40% hidrazin memerlukan

waktu 100 jam hingga keseluruhan reaksi selesai.

25

BAB IV

PENUTUP

4.1 Simpulan

Dalam suatu proses produksi industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas

yang penting. Fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali. Air umpan boiler

atau boiler feed water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam. Karena di

dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspadai adanya kandungan-kandungan

mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak mengandung ion Ca2+. dan Mg2+

disebut sebagai air sadah (hard water). Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas

air umpan boiler. Penggunaan air umpan boiler yang tidak memenuhi persyaratan

akan menimbulkan beberapa masalah, antara lain :

Pembentukan kerak

Terjadinya korosi

Pembentukan busa

Boiler merupakan bagian dari sistem boiler yang menerima semua bahan

pencemar dalam air seperti logam mineral dan gas-gas terlarut. Kinerja, efisiensi, dan

umur layanan boiler merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air

umpan boiler. Oleh sebab itu, perlu dilakukan suatu pengendalian untuk menjaga

kualitas air yang diumpankan pada boiler. Pengendalian air umpan boiler terdirin

atas dua macam, yaitu : pengendalian internal dan pengendalian eksternal. Dalam hal

ini penulis menitikberatkan pada pengolahan secara internal.

Pengolahan air secara internal (internal water treatment) adalah proses

penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia (chemicals) ke dalam

air yang akan digunakan untuk proses maupun pendukung proses. Pengolahan air

secara internal merupakan proses yang esensial, terlepas dari kenyataan apakah air

itu diolah atau sebelumnya. Oleh karena itu, pengolahan eksternal dalam beberapa

hal tidak diperlukan, sehingga air dapat langsung diolah dengan cara pengolahan

internal saja.Keuntungan pengolahan air secara internal adalah meniadakan

26

kebutuhan peralatan pengolahan eksternal yang ekstensif. Hal ini merupakan

keuntungan dalam segi ekonomi. Selain itu, kesederhanaan program pengolahan

secara internal memungkinkan penghematan dalam tenaga kerja untuk pengumpanan

dan pengendalian. Salah satu contoh teknologi pengendalian internalpada air umpan

boiler yaitu pembuatan karbohidrazin yang termasuk dari jenis Oxygen scavenger.

4.2 Saran

Pengolahan internal bertujuan untuk menambahkan bahan kimia untuk mengontrol

korosi kerak dan buih yang timbul. Sebelum itu kita harus mengetahui dari mana asal

air umpan boler yang digunakan dan selanjutnya menganalisis kandungannya agar

dapat diketahui bagaimana penanganan yang tepat agar tidak terjadi korosi ,kerak

dan buih yang timbul.

27

DAFTAR PUSTAKA

Eckenfelder, W.W. 1926 . Industrial Pollution Control. Third Edition. Singapore

McGraw-Hill Companies, Inc.

Kemmer, F.N. 2006. Nalco Chemical Company. Second Edition. New York:

Mc. Graw Hill Book Company.

Christophersen, Dave. 2007. Understanding Differences of Boiler Feedwater

Pretreatment Equipment. Water 101, a Crown Solutions training document.

[terhubung berkala]

http://www.crownsolutions.com/lib/crown-solutions/books/Drop-by-Drop/

16156,Water-pp53-84.pdf (22 Maret 2012)

 [NEM Bussiness Solution]. 2004. An Introduction to Steam Boilers and Steam

Raising. [terhubung berkala] http://www.cip.ukcentre.com/steam.htm (22

Maret 2012)

Austin, G. T. 1996. Industri Proses Kimia. Jilid 1.Edisi 5. Jakarta: Erlangga.

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/15794/1/skm-jul2004-%20(8).pdf

http://digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-7310-1306030031-kesimpulan.pdf

http://aplikasiteknikkimia.blogspot.com/2009/04/pengolahan-air-umpan-boiler.html

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

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

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

28

29