1641 Tri w Chem Eng Sup Air Pendingin Dan Problemnya

8/8/2019 1641 Tri w Chem Eng Sup Air Pendingin Dan Problemnya

1/83

Cooling Water System

and Troubles

Oleh :

Tri Widjaja

Teknik Kimia FTI-ITS


2/83

Cooling Water System Troubles

Korosi (corrosion)

Kerak (scale)

Pengotor mikroorganisme,dll (biofouling)


3/83

CORROSION


4/83

MEKANISME KOROSI

Pada Carbon SteelPd anode FeFe2++2e- (1)Pd katode 0.5O2+H2O+2e

-2OH- (2)

2H++2e-H2 (3) Reaksi utama pada katode adalah (2). Setelah itu,

reaksinya menjadi :Fe2+ + 2OH Fe(OH)2 (4)2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O 2Fe(OH)3 or

Fe2O33H2O (5)


5/83

Rate korosi pada carbon steel 50 150

mg/dm2.day

beresiko korosi karena mikroorganisme atau

kotoran (under fouling).

MEKANISME KOROSI


6/83

Mekanisme Fungsi Pada

Inhibitor Korosi terlarut dalam air

membentuk film pada permukaan metal

(protective film) menghambat reaksi korosi dengan

mencegah hidrasi dari ion2 metal

reduksi oksigen terlarut pada permukaanmetal


7/83

Mekanisme Fungsi Pada

Inhibitor Korosi


8/83

PASSIVATOR

Ion-ion ferro anode Fe2O3 (non-porous)

Kelebihan

Chromates dan nitrites

Film yg dihasilkan tipis, baik, dan memilikidaya rekat yang baik pada permukaan metal

hampir tidak menurunkan efisiensi thermaldari heat exchanger


9/83

PASSIVATOR

Kekurangan

mempunyai kecenderungan untuk

menyebabkan korosi lokal, jika padakonsentrasi rendah

chromate : sangat beracun

nitrite : dengan mudah dioksidasi olehbacteria nitrification


10/83

PRECIPITATION FILM

TYPE Chemicals forming the insoluble salts

with the calcium ions,etc, in water

Polyphosphates, orthophosphates,phosphonates, zinc-salts

Chemicals forming water insoluble

salts with the protected metal ion Benzotriazole, mercaptobenzothiazole,

dan tolytriazole


11/83

Polyphosphates

Polyphosphates

Lapisan bawah : Iron oxide dan Iron

Phosphate Lapisan atas :Calcium Phosphate


12/83

Polyphosphates

Kekurangan :

calcium phosphate film biasanya tidak

seragam dan berpori Dosis ditambahkan lagi, maka akan

menyebabkan terjadinya kerak (scale)


13/83

Polyphosphates

Cara pencegahan :

Penggabungan dari phosphates

dengan water soluble low MolecularWeight (Mr) polymer.

membuat calcium phosphate film yang

tidak berpori mencegah penumpukan yg bisa

menyebabkan kerak


14/83

BENZOTRIAZOLE DANME

RCAPTOBE

NZOTHIAZOLE

menghasilkan garam2 tidak terlarutdengan ion2 dari metal

Tidak merubah film menjadi kerak,walaupun ditambahkan dosis berlebih

efektifan pada tembaga, dan tembaga

campuran Untuk logam Carbon Steel belum

diteliti dan dikembangkan


15/83

ADSORPTION FILM TYPE

Amines :

1. Mencegah korosi

2. Memperlambat penguraian oksigendan pembentukan air.

Kekurangan :

- Permukaan logam harus bersih


16/83

JENIS-JENIS METAL DAN

PEMBENTUKAN KOROSI Carbon Steel

Tembaga dan Tembaga campuran

Stainless Steel


17/83

TEMBAGA DAN TEMBAGA

CAM

PURAN Reaksi

CuCu2+ + 2e-

Cu2+ + 2OH- Cu(OH)2lalu Cu(OH)2 direduksi pada permukaantembaga, menghasilkan Cu(OH)2

Rate korosi 2-3 mg/dm2.day


18/83

STAINLESS STEEL

Dilindungi oleh film oksida denganketebalan 10-30

Tahan terhadap korosi Tidak tahan korosi, pada ion-ion Cl

konsentrasi tinggi


19/83

STAINLESSSTEEL


20/83

FAKTOR-FAKTOR YANGMEMPENGARUHI EFEK DARIINHIBITOR KOROSI

pH

CalciumHardness

Concentration ofaggressive anion

Residual chlorineconcentration

Water Temperature

Water Flow rate


21/83

pH


22/83

Calcium

Hardness


23/83

Concentration of aggressive

anion


24/83

Residual chlorine

concentration


25/83

WaterTemperature


26/83

WaterFlow rate


27/83

SCALE


28/83


29/83

Calcium Carbonate

Calcium Carbonate sering terjadi dalam

sistem cooling water

Kelarutan produk calcium carbonate. Ksp =[Ca2+] [CO3

2-] (1)

di mana :

Ksp : Solubility produk calcium carbonate

[] : Volumetric molaritas ion spesies


30/83

Calcium Carbonate

Keseimbangan disosiasi ion hidrogen

karbonat:

HCO3 H+

+ CO32-

[H+] [CO32-] / [HCO3] = K2

(2)

Di mana : K2

: konstanta disosiasikedua asam karbonik


31/83

Calcium Carbonate

Dari persamaan 1 dan 2 didapat :

K2 [Ca2+] [HCO3

-] / [H+] = Ksp (3)

Karena konsentrasi HCO3- samadengan M-alkali air maka persamaan(3) menjadi :

Log [Ca2+] + log [M.ALK] + pH = log (Ksp/

K2) (4)


32/83

Tabel temperatur dependence of calcium carbonate saturation condition

Water temperature (Celcius) Secondary dissociation

constant of carbonic acid, K2

Solubility product of calcium

carbonate, Ksp

Log Ksp / K2

0 2,40 x 10-11 9,55 x 10-9 2,60

5 2,75 x 10-11 8,13 x 10-9 2,47

10 3,24 x 10-11 7,08 x 10-9 2,34

15 3,72 x 10-11 6,03 x 10-9 2,21

20 4,17 x 10-11 5,25 x 10-9 2,10

25 4,68 x 10-11 4,57 x 10-9 1,99

30 5,13 x 10-11 3,98 x 10-9 1,89

40 6,03 x 10-11 3,02 x 10-9 1,70

50 6,76 x 10-11 2,34 x 10-9 1,54


33/83

Calcium Carbonate


34/83

Calcium Carbonate

Hubungan antara Saturation Index(SI) dengan kondisi jenuh Kalsiumkarbonat adalah

Untuk

SI = pHa - pHs > 0 : Supersaturationcondition of calcium carbonate

UntukSI = pHa - pHs < 0 : Unsaturationcondition ofcalcium carbonate

pHs = (9.3 + A + B) - (C + D)


35/83

Calcium Phosphate

Dalam sistem pendinginan, poliphosfatdigunakan sebagai inhibitor korosi.

Poliphosfat dihidrolisis pada

temperatur tinggi. Hidrolisis poliphosfat dalam cooling

water antara 40-90 % denganberbagai macam waktu tinggalcirculasi air.


36/83

Calcium Sulfate

Ada 3 macam :

1. Dihidrat (CaSO4.2H2O) stabil di bawah98 C

2. Hemihidrat (CaSO4. H2O) stabilpada 98 170 C

3. Anhydrous salt (CaSO4) stabil di atas170 C

Calcium Sulfate ini susah untuk diremove karena kelarutannya yangsangat tinggi.


37/83

Calcium Sulfate


38/83

Silica dan Magnesium Silikat

Kondisi disosiasi ekulibrium

H2siO3 HSiO3- + H+

Tejadi pada PH di atas 9 karenapenambahan HSiO3

-


39/83

Silica dan Magnesium Silikat


40/83

Mekanisme Pembentukan kerak

Solute yang ada dalam bentuk ion,ion komplek dan molekul tunggal

dalam dilute solution, di manabeberapa molekul tersebutbergabung dan membentuk sebuahnukleus kristal dalam larutan

supersaturasi. Kristal mulai terjadi pada larutan

supersaturasi.

Pada periode induksi


41/83


Ada 2 periode

1. Periode induksi

2. Proses pembentukkan kristal


42/83


1. Periode induksi

Terjadi lebih lama pada larutan saatlarutan pada derajat saturasi yang lebihrendah dan terjadi lebih cepat saat saatlarutan pada derajat saturasi yang lebihtinggi.

Dalam kasus ini, kelarutan kalsiumkarbonat dan kalsium phosfat berkurang

dengan bertambahnya temperatursehingga derajat saturasinya lebihtinggi, periode induksi lebih cepat danendapan mudah terbentuk dalamlarutan pada suhu yang lebih tinggi dan

akan terbentuk kritikal nukleus kristal.


43/83


2. Proses pembentukkan kristal

terjadi setelah pembentukkan kritikalnukleus kristal .

Saat kristal bertambah, derajatsaturasi berkurang dengan cepat. Halini disebabkan konsentrasi dari soluteyang lebih rendah.


44/83



45/83

Mekanisme pembentukkan kerak


46/83

Macam inhibitor kerak

1. Phosphonates

Aminotrimethylene

Phosphonates

Phosphonobutane Tricarboxylates, dll

2. Polimer

Acryl acid homopolymer

Maleic anhydride homopolymers

Maleic anhydride copolymers, dll

3. Miscellaneous

Sodium lignin sulfonate


47/83

Efek inhibitor kerak


48/83



49/83



50/83

Mekanisme inhibitor kerak


51/83

Faktor-Faktor yang berpengaruhpada Efek inhibitor kerak

1. Kualitas air

2. Temperatur air

3. Flow rate air4. Heat flux dan temperatur heat

exhanger tube

5.

Waktu tinggal


52/83

Kualitas air

Konsentrasi kompenen kerak(kekerasan kalsium, konsentrasifosfat)

PH

Konsentrasi inhibitor kerak

Konsentrasi air


53/83

Kualitas air


54/83

Temperatur air


55/83

Water Flow rate

H t fl d t t h t


56/83

Heat flux dan temperatur heatexhanger tube


57/83

Heat flux dan temperatur heatexhanger tube


58/83

Waktu tinggal

Bergantung pada tipe penghambatkorosi dan penghambat kerak.

Biasanya kritikal waktu tinggalantara 150 300 jam dalam kondisioperasi normal pada sistemrecirculasi terbuka cooling water


59/83

BIOFOULING


60/83

BIOFOULING

disebabkan oleh adhesi dan akumulasi darifouling (slime dan sludge) yang lembut danberlumpur yang terbentuk dari

mikroorganisme, seperti bakteri, ganggangdan jamur, dan material anorganik sepertilumpur, pasir, kotoran, dll


61/83

SLIME & SLUDGE

Slime : fouling yang mengandung lebihbanyak mikroorganisme daripada materialanorganik

Sludge : fouling yang mengandung lebihbanyak matterial anorganik daripada

miroorganisme


62/83

Tipe Tipe Fouling


63/83

Relationship between slime or scale

adhesion, and the fouling factor of

heat exchanger

Types and characteristics of


64/83

Types and characteristics ofmicroorganisms


65/83

Factors Influencing Biofouling


66/83

Factors Influencing Biofouling

Formation

NutrientWater TemperaturepH

Sun LightWater FlowrateNumber of BacteriaSlime Volume

Slime Adhesion DegreeTurbidityDissolve Oxygen


67/83

Nutrient


68/83

Nutrient


69/83

Nutrient


70/83

Influence of water temperature on the growth

rate of bacteria

Water Temperature


71/83

Influence of pH on

the growth rate of

bacteria

The optimum pH for

their growth is in a

range of 6 to 9.The pH of cooling

water is normallycontrolled in the range of 6.5 to 9.0 in order to

prevent corrosion and scaling.

pH


72/83

Dissolve Oxygen

Aerobic bacteria and fungi obtain theenergy required for their growth byoxidizing organic substances using

dissolved oxygen. Openrecirculatingcooling systems provide theoptimum conditions for them because the

dissolved oxygen is sufficiently suppliedfrom the cooling towers.


73/83

Sun Light

Most microorganisms require no sun lightfor their growth. Only algae carry out thephotosynthesis by utilizing sun light.

Therefore, algae grow at the sunny placessuch as cooling towers and water basins.


74/83

Number of Bacteria

The frequency of the foulingtroubles is low

when the number of bacteriais less than 103 perml, and the frequencyincreases when the number

exceeds 104 per ml.


75/83

Turbidity

The increase of cooling water turbidityincreases the accumulation of sludge atthe part of low water flow rate.

It is better to keep the turbidity of coolingwater below 20 degrees for biofoulingcontrol.

Sli V l


76/83

Slime Volume

Slime volume (SV) is a volume (ml ) ofcollectedmatter by filtering 1 m3 of coolingwater through a plankton net. In a cooling

water system where the SV is more than10 ml/m3, the occurrence of slimeproblems increases.

Generally, higher SV is observed in thesystem of which cooling water iscontaminated with organic matters.

Sli dh i d


77/83

Slime adhesion degree

The slime adhesion degree is an effectiveindex for slime adhesion in cooling water.

The occurrence of biofouling troubles israre in the cooling system where the slimeadhesion degree is controlled below 10.

Water flow rate


78/83

Water flow rate

The slime

adhesion ratetends to beloweredinversely to theincrease of waterflow rate.

W t fl t


79/83

Water flow rate Sludge scarcely

accumulates when thewater flow rate of tubeinside is more than0.5 m/s or when thehorizontal flow rate on

the partition plate ismore than 0.1 m/s.However, when theflow rate of tubeinside is less than 0.3

m/s or the flow rate onthe partition platebecomes less than0.06 m/s, the sludgeaccumulationincreases.


80/83

Mechanism of Biofouling

(1) Mechanism of slime adhesion

(2) Mechanism of sludge accumulation



81/83


(2) Mechanism of sludge accumulation


82/83

( ) g

Suspended solids (SS) in cooling water

aggregate and form flocs. the flocs with highsedimentation rate precipitate and formsludge at a place where the water flow rate islow. The floc of higher specific gravity andlarger diameter is more liable to besedimented. The flocs are easily sedimentedat areas of lower water flow rate.

Terima Kasih Thank You


83/83

Terima Kasih Thank You

1641 Tri w Chem Eng Sup Air Pendingin Dan Problemnya

Documents

Transcript of 1641 Tri w Chem Eng Sup Air Pendingin Dan Problemnya