2.Pengendalian Debu

PENGENDALI DEBU (PARTIKULAT)

BAB . V Teknologi Pengendalian Emisi

1

Pengendalian Debu (Partikulat)

Apa itu Partikulat?


2

Contoh

Dust (debu), Smoke, Fumes, Mists / Fog, Aerosol

Partikulat

adalah butiran berbentuk padat atau cair

Ukuran

dinyatakan dalam mikron ( ), 1 = 10-6

> 100 , cepat mengendap, non dispersive particle

< 100 , tersuspensi di udara (dikenal sbg Total

Suspended Particulate, TSP)

<1 , tersuspensi permanen di udara


3

Asal : Proses mekanis-> pemecahan partikel padatmenjadi lebih kecil

Grinding

Crushing

Drilling

Ukuran : 1 – 1000an( )

Sifat:

Cepat mengendap

Bentuk tak beraturan (irregular shape)

Contoh Partikulat: Dust


4

Asal : sisa pembakaran materi organik

Ukuran: 1- 10 mikron

Contoh Partikulat: Ash

Fly ashBottom ash

Ukuran Partikel (hal 5-7)

Daerah transparan

dengan tinggi

sekitar 1- 2 mm,

suhu cukup tinggi,

HC dlm bentuk gas

Asap rokok jelas terlihat.

Asap rokok tersebut

mengandung partikulat

yang berasal dari

hidrokarbon yang

memadat dengan ukuran

0.01 – 1

Seiring dengan gas hasil

pembakaran yang terus

naik ke udara, gas

tersebut bercampur

dengan udara yang lebih

dingin sehingga gas

berubah menjadi partikulat

yang terlihat dalam bentuk

asap.

Abu

rokok

Contoh Partikulat: Smoke

Ukuran : 0.01-1 ( )

5



6 Asal :

uap kondensasi nukleasi

kondensasi bila T= dew point

T >530anoC, atau <150anoC)

Nukleasi

(1)senyawa organik

(2) logam dan senyawa logam

(3) senyawa klorida

Ukuran : 0.1 - 1 m

Sifat : tersuspensi di udara (gerakbrown

Contoh : Hasil oksidasi uap logampada peleburan logam

Contoh Partikulat: Fume

Contoh: pembakaran dlminsinerator

spt : Hg, Pb, PbO2, Cd, CdO, CdCl2, As2O3 akanmenguap dlminsinerator-

umumnya mengalamikondensasi (saat alirangas melewati heat exchanger) krn sdhmencapai dew pointnya,-> nukleasi (0.005 – 1 mikron)

Perencanaan Pengendalian Debu

7


Karakteristik Partikulat : Ukuran Partikel

8


Karakteristik Partikulat: DistribusiUkuran


9

Distribusi ukuran partikel : informasi mengenai kisaran variasi ukuran partikel dari yang

terkecil sampai ukuran terbesar. berguna dalam menentukan jenis alat pengendali yang akan

dipilih. Alat sampling : cascade impactor bekerja seperti saringan yang dapat memisahkan ukuran

partikel.

Contoh : hasil sampling distribusi partikulat :

Kisaran ukuran ( m) 0-2 2-5 5-9 9-15 15-25 >25

Berat (mg) 4.5 179.5 368 276 73.5 18.5

Persen berat (%) 0.5 19.5 40.0 30.0 8.0 2.0

Karakteristik Partikulat: Cascade Impactor

10


Karakteristik Partikulat: Settling Velocity

Specific gravity is the ratio of the density (mass of a unit volume) of a substance to the

density (mass of the same unit volume) of a reference substance.

20oC

11


Specific gravity = density of particle/density of dry air.

http://en.wikipedia.org/wiki/Density

Alat Pengendali Partikulat


12

Gravity Settling Chamber

Cyclone

Electrostatic Precipitator

Fabric Filter

Wet Scrubber

Alat Pengendali dan Ukuran Partikel yang Dapat Dikendalikan

13


Ukuran

Partikulat

Alat

Pengendali

Mekanisme Penyisihan

Gaya Sentrifugal

Impaksi

Intersepsi

Difusi

Gaya Elektrostatik

Gaya Gravitasi

14


Gravity Settling

chamber

Cyclone


Wet Srubber

Fabric filter


Prinsip penyisihan partikulat :aliran gas yang mengandung partikulat

dialirkan melalui suatu ruang (chamber) dengan kecepatan rendah sehinggamemberikan waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi kebagian pengumpul debu (dust collecting hoppers).

Faktor penentu : Vs , kecepatan mengendap (terminal settling velocity)

Ukuran partikel tersisihkan: ukuran besar (sangat kasar, supercoarse) sekitar >=70 mikrometer

18

2 gp

pt dgV

Vt = Terminal settling velocity m/detik

g = percepatan gravitasi, 9.81 m/detik2

dp = diameter partikel m

p = massa jenis partikel kg/m3

g = massa jenis gas kg/m3

µ = viskositas kinematik fluida (udara) kg/(m.detik)

15


Deskripsi alat

16

Gravity Settling Chamber: Konsep Desain


= Efisiensi penyisihan %

L = total panjang chamber m

Vt = Terminal settling velocity m/detik

H = tinggi chamber m

Vg = kecepatan aliran gas

horizontal

m/detikg

VH

tVL

Memperpendek H Memperpanjang L

Bagaimana

Cara

meningkatkan

efisiensi?


17

Kelebihan :

Desain alat sederhana

mudah untuk dibuat konstruksinya

Pemeliharaan yang mudah dan biaya pemeliharaan sangat rendah

Kekurangan :

ukurannya besar, perlu lahan yang luas

harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu

hanya dapat menyisihkan partikel berukuran besar


Kelebihan dan Kekurangan

1. Mekanisme penyisihan partikel pada suatu unit gravity settling chamber

terutama dilakukan oleh gaya berikut ini:a. Elektrostatik

b. Impaksi

c. Sentrifugal

d. Gravitasi

2. Settling chamber biasanya digunakan untuk menyisihkan partikel dengan

dominasi ukuran distribusi partikel sebagai berikut:a. Antara 1 – 10 mikron

b. Kurang dari 10 mikron

c. Antara 10-50 mikron

d. Lebih besar dari 50 mikron

3. Meningkatkan flowrate gas suatu settling chamber, akan mengakibatkan hal

berikut ini:a. Penurunan efisiensi penyisihan

b. Peningkatan efisiensi penyisihan

c. Tidak ada perubahan efisiensi penyisihan

18


Gravity Settling Chamber: Contoh Soal


19

Deskripsi Alat

cyclone

cyclone2

inlet

outlet

body

hopper

Cyclone

Prinsip penyisihan

gaya inersia partikel-> sentrifugal

Udara mengandung partikulat “dipaksa” utkberputar seperti siklon

Massa partikel menyebabkan partikelterlempar dari “vortex”

Partikel besar memasuki “hopper”, bagianbawah siklon, aliran udara berputar ke atasdan keluar lewat lubang exit

Faktor penentu desain

Kecepatan inlet gas, diameter partikel

Perbandingan ukuran bagian2 cyclone

Catatan penting

pengumpul awal (pre-collector), pelindungalat pengendali partikulat efisiensi tinggi (sptfabric filter, electrostatic precipitator )

Tidak cocok digunakan bagi industri yang mengemisikan partikulat basah, krn dapatterkumpul di dinding siklon atau di inlet

terpilih/Gas Cyclone.mp4

terpilih/cyclone2.flv

../terpilih/YouTube - Ciclone.flv


20

Pembersihan Hopper

Cyclone

Inlet


21

Kelebihan :

Capital cost yang rendah

Peralatan relatif sederhana

Dapat dioperasikan pada temperatur tinggi

Pemeliharaan mudah

Merupakan sistem pengumpul kering

Kebutuhan lahan relatif tidak luas

Kekurangan :

Efisiensi rendah untuk partikel yang sangat kecil

Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop

Cyclone: Kelebihan dan Kekurangan

22

Cyclone: Konsep Desain

Tipe Siklon

High

Efficiency

Conventional High

Throughput

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Body Diameter,D/D 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Height of Inlet,H/D 0.5 0.44 0.5 0.5 0.75 0.8

Width of Inlet,W/D 0.2 0.21 0.25 0.25 0.375 0.35

Diameter of Gas Exit,De/D0.5 0.4 0.5 0.5 0.75 0.75

Length of Vortex Finder,S/D 0.5 0.5 0.625 0.6 0.875 0.85

Length of Body,Lb/D1.5 1.4 2.0 1.75 1.5 1.7

Length of Cone,Lc/D2.5 2.5 2.0 2.0 2.5 2.0

Diameter of Dust Outlet,Dd/D0.375 0.4 0.25 0.4 0.375 0.4


Ukuran Efisiensi Penyisihan(%)

(mikron) Konvensional Effisiensi Tinggi

< 5 <50 50-80

5-20 50-80 80-90

15-40 80-95 95-99

>40 95-99 95-99

23



i

e

V

NRt

2

t

WVt

R

VdV

igpp

t18

22

5.0

(

9

gpie

g

pVN

Wd



24

Ukuran partikel yang dapat diendapkan

dpc = ukuran partikel yang dapat

diendapkan sebanyak 50%, disebut

juga “cut size diameter 50%”

dp = ukuran partikel terkecil yang

dapat diendapkan (Partikel lebih

besar dari dp akan disisihkan 100%)

5.0

(

9

gpie

g

pVN

Wd

5.0

(2

9

gpie

g

pcVN

Wd

dp = diameter partikel m

g = Viskositas gas kg/(m detik)

W = Lebar inlet m

Ne = Banyaknya putaran pada outer vortex

Vi = Kecepatan masuk gas m/detik

p = massa jenis partikel kg/m3

g = massa jenis gas kg/m3

Ne1

HLb

Lc

2



25

Efisiensi penyisihan partikel ukuran tertentu (distribusi ukuran diketahui)

2_

1

1

pjpc

j

dd

j = Efisiensi pengumpulan untuk kisaran ukuran

partikel ke-j

dpc = Diameter partikel yang tersisihkan sebanyak 50%

dpj = Diameter partikel ke-j

jjo m

o = Efisiensi penyisihan secara

keseluruhan

%

j = Efisiensi pengumpulan untuk kisaran

ukuran partikel ke-j

%

mj = Fraksi massa partikel pada kisaran

ukuran ke j

Efisiensi siklon secara keseluruhan


26


2

e

VD

WHKH

Kehilangan tekanan (pressure drop), persamaan Shepperd dan

Lapple

Hv = Kehilangan tekan dinyatakan dalam

jumlah head kecepatan inlet

K = Konstanta yang tergantung dari

konfigurasi siklon dan kondisi operasi

H = Tinggi inlet m

W = Lebar inlet m

De = Diameter outlet gas m

Vig HVP2

2

1

P = Kehilangan tekan (berkisar 250 – 4000 Pa)

g = Massa jenis gas

Vi = Kecepatan masuk gas

Hv = Kehilangan tekan dinyatakan dalam jumlah head

kecepatan inlet

Efisiensi dan Kehilangan Tekan

Efisiensi rendah : 5 - 10 cm kolom air

Efisiensi sedang: 10 - 15 cm kolom air

Efisiensi tinggi : 20 - 25 cm kolom air

PQw ij

Kebutuhan daya aliran dapat dihitung dengan rumus:


27

Multi siklon setelah boiler kayu,

ditempatkan sebelum fabric filter

1038oC

704oC

427oC

Cyclone: Contoh Aplikasi

Cyclone: Contoh Soal


28

Contoh soal: (gampang pisan… )

1. Dalam mendisain suatu cyclone, ukuran yang paling menentukan adalah:a. Diameter badan cyclone

b. Tinggi inlet cyclone

c. Lebar outlet cyclone

d. Tinggi Cyclone

Electrostatic Precipitator (EP)

29


Prinsip Penyisihan

Partikel diberikan muatan negatif (negative charging)

sehingga menimbulkan gaya elektrostatis.

Gaya ini akan berinteraksi sehingga partikulat akan

mengalami presipitasi pada sistem pengumpul

(berbentuk plat atau tabung) yang bermuatan positif.

Collection

plate

Discharge

electrode

Electrostatic Precipitator: Klasifikasi EP30


Desain stuktur discharge electrode dan collection electrode

Tubular EP

Plate EP

Pemberian muatan

Single Stage EP

Two Stange EP

Temperatur gas buang

Hot side EP (Tgas buang > 300oC)

Cold side EP (Tbuang 204oC)

Pembersihan elektroda pengumpul

Wet EP

Dry EP

Electrostatic Precipitator: Klasifikasi EP

Turbular EP Plat EP

31


Two Stage EP

32


Electrostatic Precipitator: Klasifikasi EP

33



Kelebihan dan Kekurangan EP

Kelebihan :

Efisiensi penyisihan partikel sangat tinggi

Mampu menyisihkan partikel berukuran kecil (0.1 -10 mikron)

Dapat menangani debit aliran gas besar dengan kehilangan tekan yang rendah.

o Kehilangan tekanan sekitar 2.54 cm H2O

o (<< jika dibandingkan dengan scrubber ataupun bag house dgn p : 25 – 250 cm H2O )

Dapat digunakan untuk pengumpul sistem kering bagi materi yang bernilai, atau pengumpul sistem basah untuk fume dan mist

Dapat didisain aliran gas dengan temperatur cukup tinggi

Biaya operasional rendah, kecuali untuk efisiensi yang sangat tinggi

34


Kekurangan :

Capital cost yang tinggi

Hanya menyisihkan partikulat dan tidak dapat menyisihkan pencemar dalam bentuk gas

Tidak terlalu fleksibel

Memerlukan lahan yang luas

Tidak dapat digunakan untuk partikel yang memiliki resistivitas elektrik (electrical resistivity) yang terlalu tinggi (>1010 ohm.cm) atau terlalu rendah (104-107 ohm.cm)

Ozon dihasilkan dari pemberian muatan negatif terhadap elektoda pada saat ionisasi gas

Dibutuhkan personel yang memiliki keahlian khusus dalampemeliharaan EP


Kelebihan dan Kekurangan EP

Electrostatic Precipitator: Resistivity


35

Resistivity: daya tahan partikel terhadap pengaruh kuat medanlistrik(ohm-cm).

Resistivity rendah: 104-107 ohm.cm (fly ash, carbon black): mudahkehilangan muatan saat mendekati pengumpul, kurang kuat tertahanpd permukaan pengumpul->efisiensi berkurang

Resistivity normal 107-1010 ohm.cm -> tidak mudah kehilanganmuatan, tertahan kuat pd permukaan pelat pengumpul

Resistivity tinggi: > 1010 ohm.cm (pembakaran batubara rendahsulfur)

Mengurangi perbedaan voltase, mengurangi daya tarik menarik

Terjadi back corona: terjadi perbedaan potensial yg besar pd lapisan debu terkumpul terbentuk ion gas positif netralisasimuatan negatif pd partikel yg sedang bermigrasi ke pelatpengumpul, kecepatan tergantung kuat medan listrik


Temperatur vs Resistivity

Debu semen

36



Sulfur vs Resistivity37


terpilih/electrostatic precipitator2.flv

Fabric Filter (FF)


38

1. Gas kotor masuk

2. Gas kotor didorongfan ke FF

3. Partikel berat jatuhke hopper

4. Partikel keciltersaring di bag filter

5. Udara bersihkeluar

Mekanisme Penyaringan

dalam Fabric Filter

Prinsip Penyisihan

mekanisme impaksi,

intersepsi dan difusi

Klasifikasi berdasarkan

metode pembersihan

Shaking FF

Reverse air FF

Pulse jet FF

Fabric Filter

Reverse Air FF


39

Reverse-air-type fabric filter

banyak digunakan di industri besar.

aliran gas bermuatan partikel dialirkan dari bagian bawah melewati bagian dalam bag (kain saring).

dust cake :

terakumulasi pada bagian dalam permukaan bag.

Pembersihan:

Aliran gas dilewatkan dengan aliran berlawanan dari luar ke dalam bag, untuk menyisihkan dust cake.

Gas yang digunakan untuk membersihkan cake ini difilter kembali dan dilepaskan ke udara.

Fabric Filter

Pulse Jet Fabric Filter


40

Pulse jet fabric filter

Gas bermuatan partikel dialirkanmengelilingi bagian luar bag

dust cake

akan terakumulasi pada bagian luarpermukaan bag.

Pembersihan:

aliran udara bertekanan dilewatkandengan singkat pada bagian atas tiapbag sesuai dengan kolom bag yang akan dibersihkan.

Aliran udara bertekanan bergerak kebawah pada tiap bag dan melepaskandust cake dari bag

terpilih/Hot bag Gas Filter .mp4

Fabric Filters



41

Kelebihan :

Efisiensi penyisihan partikulat yang sangat tinggi baik partikel kasar maupun halus, bahkan sangat halus

Relatif tidak sensitif terhadap perubahan aliran gas:

Bahan yang terkumpul dapat direcovery untuk digunakan kembali pada proses atau dibuang

Tidak dihasilkan air buangan

Fabric Filters



42

Kekurangan: Partikulat tertentu memerlukan pengolahan khusus untuk mengurangi

terjadinya rembesan partikel pada filter konsentrasi partikel pada kolektor ( 50g/m3) dapat memicu terjadinya

kebakaran atau bahaya ledakan jika terdapat percikan api secara tidak sengaja;

Relatif memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi (penggantian kantongpenyaring, dan lain lain)

kain saring :o dapat terbakar jika digunakan untuk mengkoleksi debu yang mudah

teroksidasio Umur kain saring dapat menjadi pendek akibat temperatur tinggi dan

adanya partikulat atau gas yang bersifat alkali Materi higroskopis, kondensasi uap, atau komponen adhesif dapat

mengakibatkan penyumbatan pada fabric filter sehingga diperlukan aditif tertentu

Personel yang melakukan penggantian kantong penyaring harus terlindungi sistem pernafasannya

Fabric Filter: Konsep Desain


43

Faktor penentu perencanaan

o karakteristik partikulato porositas dust cakeo konsentrasi dalam aliran udarao Jenis filter dan merknyao Jenis mekanisme pembersihan

o Pola aliran udara dalam kolektoro suhu dan kelembaban aliran

udarao Air to cloth ratio


44



45


Particulate Wet Scrubbers


46

Prinsip Penyisihan

Impingement : memperbesar ukuran partikulat dengan menumbukkan spray air pada jalur edar partikulat

Difusi: adanya gradien konsentrasi antara spray air dan partikulat menyebabkan difusi yang menghasilkan deposisi basah

Kondensasi: butir spray air terkondensasi pada permukaan partikulat

Menambah tingkat kelembaban dan gaya elektrostatik antar partikel

Faktor Penentu

Ukuran partikel

Kecepatan partikel

Kecepatan droplet

Particulate Wet Scrubbers: Efisiensi


47

Particulate Scrubber: Aplikasi48


Spray Scrubber Ventury Wet Scrubber


49

Kelebihan :

netralisasi partikel korosif dan yang mudah terbakar

dapat menurunkan emisi yang suhunya tinggi serta memungkinkan untuk menggabungkan dengan penyisihan gas

Kebutuhan lahan relatif tidak luas

Kekurangan :

Menimbulkan masalah pencemaran air

Produk dikumpulkan dalam kondisi basah

Masalah korosi lebih sering timbul daripada menggunakan sistem kering

Kehilangan tekanan dan energi yang dibutuhkan tinggi

Kebutuhan biaya pemeliharaan relatif tinggi

Particulate Wet Scrubbers


Pemilihan Alat Pengendali Partikulat


50



51 Konsentrasi > 230 gram/m3), perlu unit

pengendali pendahuluan

Cyclone

partikulat yang akan disisihkan

berukuran kasar

konsentrasi relatif tinggi (> 35

gram/m3)

tidak terlalu diperlukan efisiensi

penyisihan yang tinggi

Wet Scrubber

partikel halus harus disisihkan dengan

efisiensi yang relatif tinggi

partikulat dan gas yang disisihkan

bersifat mudah terbakar

digunakan untuk menyisihkan

partikulat dan gas sekaligus

Fabric Filter

dibutuhkan efisiensi penyisihan yang

sangat tinggi

partikel yang bernilai dikumpulkan

dalam kondisi kering

gas selalu berada diatas dew point

volume cukup rendah

temperatur relatif rendah


efisiensi yang sangat tinggi

diperlukan untuk menyisihkan

partikel halus

volume gas yang harus ditangani

sangat besar

partikel yang disisihkan perlu

direcovery



52

Prinsip dasar Nama Alat

Ukuran Partikel

Yang Efektif

Dapat

Disisihkan

T. OperasiKehilangan

Tekan p

Persen

Penyisi

han

Biaya

m T (oC) mmH2O % Investasi

Operasi dan

Pemeli-

haraan

Gravitasi

Gravity settler

/settling

chamber

50,

50-1000d.p - 400 10-15 40-60 Murah Murah

Sentrifugal Siklon3,

3-100d.p - 400 50-150 85-95 Sedang Sedang

Scrubbing Wet scrubber0.1,

0.1-100

Tidak

terbatas300-900 80-95 Sedang Mahal

Filtrasi Fabric filter0.1,

0.1 – 20

Tidak

terbatas100-200 90-99 Sedang Sedang

ElektrostatikElectrostatic

Precipitator0.03, 0.05 -20 d.p - 400 10-20 90-99.9 Mahal Sedang

Pengendalian Debu (Partikulat) 53

Studi Kasus

Pengendalian Debu Industri Semen


54

Sumber:http://www.intensiv-filter.com/en/geschaeftsfelder/zement-kalk-gips/

EP/Bag filter for

clinker cooler

EP/Bag filter for

cement finish mill

EP/Bag filter for

kiln-/raw mill

EP/Bag filter for

alkali bypass

Cement finish mill

Rotary kiln

Clinker cooler

Main Stack

EP/Bag filter for coal

grinding plant

EP Baghouse

55


Pengendalian Debu Industri Semen

Pengendalian Debu PLTU Batubara


56

EP: dry type, 4

section double

flow

Sumber: Takasago Coal Fired Power Station

(J Power, Takasago City, Hyogo Prefecture, Japan)

Pengendalian Debu PLTU Batubara


57

EP

Sumber: Shinko Kobe Power Station (Kobe,

Hyogo Prefecture, Japan)


58EP

5mg/nm3

( =99.9%

)

180 C

scrubber

electrodynamic

Venturi

scrubber

105 C

DeNOx and

dioxin

destruction

Sumber: http://www.gym-hartberg.ac.at/gym/gwk/Fba/spittelau/spittelau.htm

saturation

temperature

of 60-65 C

Pengendalian Debu Waste to Energy Plant

1mg/Nm3

HF, HCl,, SO2,,

Spittelau Plant, Vienna, Austria

Pengendalian Debu Insinerator Rumah Sakit


59

Pengendalian Debu (Partikulat) 60

Terima Kasih Atas PerhatiannyaSemoga Bermanfaat

2.Pengendalian Debu

Documents

Transcript of 2.Pengendalian Debu