membran kontaktor degasifier
-
Upload
sarahsilvania -
Category
Documents
-
view
473 -
download
14
Transcript of membran kontaktor degasifier
MAKALAH PENGOLAHAN AIR INDUSTRI
MEMBRAN KONTAKTOR UNTUK MENGURANGI PENGGUNAAN BAHAN KIMIA DAN PROSES BLOWDOWN PADA PROSES
DEGASIFIKASI
Dosen Pengajar : Ir. Bambang S
Disusun Oleh : Sarah Silvania (08401023)
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2010
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Pengolahan air umpan boiler merupakan bagian yang sangat penting dalam suatu
sistem boiler. Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang
benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler
merupakan bagian dari sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistem
didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil langsung dari
pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.
Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen
air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam keadaan
terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen
terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikulat, kadang-kadang dalam bentuk kristal
dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam
air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup
bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan
efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.
Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air
akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan tersebut
akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana kelarutannya dalam air
akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas tingkat konsenrasi tertentu,
padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan menyebabkan terbawanya air ke
steam. Endapan juga mengakibatkan terbentuknya kerak di bagian dalam boiler,
mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan
kegagalan pada pipa boiler. Oleh karena itu penting untuk mengendalikan tingkat
konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut dalam air yang dididihkan. Hal ini
dicapai oleh proses yang disebut blowing down, dimana sejumlah tertentu volume air
dikeluarkan dan secara otomatis diganti dengan air umpan. Dengan demikian akan tercapai
tingkat optimum total padatan terlarut (TDS) dalam air boiler dan membuang padatan yang
sudah rata keluar dari larutan dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler.
Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler. Walau
demikian, blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika
dilakukan secara tidak benar.
Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan biaya
perlakuan dan operasional yang meliputi:
Biaya perlakuan awal lebih rendah
Konsumsi air make-up lebih sedikit
Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang
Umur pakai boiler meningkat
Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah
Selain itu, air umpan boiler juga harus bebas dari komponen gas terlarut, seperti
oksigen dan karbondioksida, karena gas-gas ini dapat bereaksi dengan logam pada boiler
dan menyebabkan korosi sehingga keberadaanya harus dihilangkan atau dikontrol.
Sehingga diperlukan metode khusus untuk mengatasi masalah baik yang disebabkan
oleh padatan terlarut (dissolved solids) atau gas-gas terlarut (dissolved gasses). Untuk
mengurangi padatan terlarut di industri biasa digunakan sistem Reverse Osmosis dan Ion
exchange sedangkan metode untuk menghilangkan gas-gas terlarut (dissolved gases) yang
biasa digunakan adalah,
Penambahan bahan kimia (chemical added)
Cara ini cukup mahal karena selain biaya bahan kimia itu sendiri juga biaya
blowdown karena semakin banyak bahan kimia yang ditambahkan pada saat
treatment frekuensi dilakukannya blowdown akan semakin bertambah sehingga
dapat meningkatkan biaya proses. Biaya proses dapat meningkat dikarnakan dua hal
yang pertama water cost (biaya air), setiap kali dilakukannya blowdown perlu ada air
make-up untuk mengganti air yang dikeluarkan. Kedua energy/heat cost (biaya
energi), air dalam boiler memiliki suhu panas dan setelah proses blowdown
digantikan oleh air yang memiliki suhu dingin/rendah untuk itu perlu adanya
pemanasan.
Mengontakan dengan udara dalam sebuah kolom dimana air dari atas dan udara
dari bawah dan akan terjadi kontak di dalam kolom sehingga dapat mengurangi
kandungan gas-gas terlarut. Namun cara ini sudah jarang digunakan karena mahal,
bising, membutuhkan ruang yang besar karena debit air yang besar, dan air resiko
air akan malah terkontaminasi oleh polutan dari udara cukup besar.
Memanaskan air sampai 800C sehingga kelarutan gas dalam air akan berkurang
sehingga gas bisa terbebas dari air. Namun cara ini membutuhkan energi panas yang
besar.
Menggunakan degasifikasi atau proses pengurangan gas terlarut dalam air secara
fisika. Berdasarkan hokum Henry bahwa jumlah gas atau cairan yang terlarut dalam
air pada keadaan jenuh berbanding lurus dengan tekanan parsial gas tersebut di
interface. Kemudahan senyawa untuk menguap dipengaruhi suhu.
Dari metode-metode di atas di industri sekarang ini banyak menggunakan kombinasi
dari degasikasi dan penambahan bahan kimia supaya proses penghilangan gas terlarut lebih
maksimal namun dengan biaya seminimal mungkin.
I.2 Tujuan
Penggunaan degasifikasi pada proses pengolahan air umpan boiler sangat penting
untung dilakukan, untuk menghilangkan gas terlarut banyak digunakan metode membrane
kontaktor sehingga proses penghilangan gas penyebab korosi dan carry over dapat
dilakukan secara maksimal dengan biaya proses seminimal mungkin.
BAB II
ISI
II.1 Degasifikasi dan Cara kerjanya
Degasifikasi merupakan proses pengurangan gas terlarut secara fisika didalam sebuah
alat yang dinamakan deaerator. Air yang dibutuhkan boiler tentu harus memenuhi
parameter-parameter tertentu untuk kondisi operasional yang baik untuk boiler,
diantaranya dissolved oksigen, copper, silica, pH, conductivity, dll. Pertimbangan utamanya
adalah masalah korosi dan scalling pada tube-tube di boiler.
Deaerator feedwater tank mempunyai tiga fungsi utama, yaitu:
Menghilangkan dissolved oksigen dan non-condensable gas dari condensate.
Menaikkan temperatur feedwater sampai saturated temperature.
Sebagai reservoir untuk menjaga supply feedwater dan condensate yang stabil pada
demand yang fluktuatif.
Air dari demineralization plant dan condensate dispray pada deaerator melalui nozzle,
kemudian untuk mengurangi kadar gas dan oksigen terlarut, low pressure steam
diinjeksikan ke dalam deaerator, seperti tampak pada gambar di bawah. Gas dan oksigen
kemudian dibuang ke udara melalui deaerator venting, sebaliknya air yang sudah
berkurang kadar oksigen terlarutnya masuk ke feedwater tank. Lebih lanjut, untuk
mengurangi kadar oksigen dalam feedwater ditambahkan bahan kimia (chemical added)
seperti hydrazine (N2H4) atau sodium sulfite (Na2SO3). Selain untuk membantu mengurangi
oksigen terlarut, low pressure steam juga digunakan untuk meningkatkan temperature
feedwater.
Gambaran umum proses pengontrolan feedwater tank level adalah sebagai berikut,
condensate dan make up water dari demineralization plant masuk ke dearator/feedwater
tank, kemudian level air pada feedwater tank dijaga pada setpoint tertentu dengan control
output pada make up water control valve. Tekanan pada feedwater tank dikontrol dengan
low pressure steam control valve. Pada saat kondisi feedwater level melebihi batas
maksimum, make up water control valve dan turbine condensate inlet valve menutup,
kemudian drain line akan membuka untuk mengurangi level feedwater.
Feedwater dipompa oleh 3-4 pompa feedwater yang bekerja secara parallel, biasanya
salah satu pompa feedwater berada dalam kondisi standby. Pada beberapa boiler,
feedwater pump digerakkan oleh konstan speed motor sementara salah satu feedwater
pump menggunakan turbine driven pump yang digerakkan secara mekanikal oleh steam
turbine. Sebelum feedwater pump dipasang strainer atau filter untuk menyaring kotoran-
kotoran dalam feedwater. Strainer ini dilengkapi dengan differential pressure transmitter
dengan tapping point pada sisi inlet dan outlet strainer, sehingga dapat mengindikasikan
banyaknya kotoran pada strainer tergantung seberapa besar perbedaan tekanan pada sisi
inlet dan outlet strainer. Untuk menjaga kualitas air, feedwater system biasanya juga
dilengkapi dengan chemical dosing diantaranya oxygen scavenger, amine dan phosphate
dosing tank.
II.2 Prinsip kerja membran kontaktor degasifier
Sistem membrane dapat dipakai untuk menghasilkan air dengan kandungan oksigen
terlarut dalam air yang rendah. Biaya yang dikeluarkan untuk sistem membrane adalah
biaya listrik dan biaya seal water untuk pompa vakum. Pengoperasian membrane sistem
membutuhkan biaya kurang dari 550 dollar Amerika yang dapat menghemat sekitar 1600
dollar Amerika untuk setiap tahunnya dibandingkan dengan sistem dengan menggunakan
bahan kimia.
Dengan sistem ini aliran air didalam bejana bertekanan yang mengandung ribuan fine
hollow fiber yang biasanya terbuat dari polypropylene yang sangat hidrofob (menolak air)
namun bersifat permeabel terhadap gas. Hollow fiber memiliki diameter 0,2 mikron dan
porositas 0,03. Air umpan hanya akan tertahan diluar fiber. Dengan keadaan vakum
didalam hollow fiber dengan bantuan pompa vakum dan air ejector , gas-gas terlarut akan
dengan mudah keluar dari air. Sistem membrane kontaktor sering di pakai di industri listrik
dan farmasi.
Teknologi desorpsi oksigen yang lebih baik dan berkembang saat ini adalah
pemakaian sistem membrane kontaktor. Sistem membran ini memiliki banyak kelebihan
dibanding sistem konvensional seperti packed tower, seperti misalkan lebih besarnya luas
permukaan kontak per volume dibanding metode konvensional seperti penggunaan
packed & tray column, Luas kontak membran mencapai 1600-6600 m2/m3 jauh
dibandingkan packed & traycolumn 30-300 m2/m3” (Mulder, 1997). Karena fungsinya yang
sebagai kontaktor mencegah dispersi antara fasa gas dan cair, maka permasalahan seperti
foaming, flooding dan uploading dapat dihindari. Keunggulan lainnya adalah kontaktor
membran memiliki biaya investasi dan operasional yang lebih rendah, mudah
dikombinasikan dengan unit operasi lain, mudah di scale-up, operasi dapat berlangsung
kontinyu, tidak mencemari lingkungan karena tidak ada zat aditif yang digunakan dan tidak
memerlukan ruang yang besar. Sedangkan kelemahan yang paling sering ada dalam
teknologi membran adalah terjadinya channeling & fouling (tertutupnya permukaan
membran karena adanya polarisasi konsentrasi) yang menurunkan efisiensi kinerja
membran sehinga membran mempunyai batas umur operasi (2 – 3 tahun).
Pada proses kontak gas/cair melalui kontaktor membran serat berongga, serat
membran yang biasanya sering digunakan adalah membran mikropori yang berbahan
hidrofobik. Dengan membran ini air tidak akan membasahi membran dan pori-pori
membran akan terisi oleh gas sehingga memberikan difusivitas yang tinggi. Membran yang
akan digunakan dalam penelitian adalah membran polipropilen yang sifatnya hidrofobik
sehingga dapat mencegah air membasahi membran, dan hanya oksigen terlarut yang dapat
melewati membran. Secara umum untuk mengurangi kandungan oksigen terlarut dalam air
melalui kontaktor membran dapat dilakukan dengan 3 cara yaitu penggunan vakum,
penggunaan gas penyapu, dan kombinasi dari kedua cara tersebut. Penelitian ini akan
berfokus pada tingkat efektivitas dari modul kontaktor membran serat berongga yang
digunakan dalam usaha memindahkan oksigen terlarut dari air dengan metode gas
penyapu melalui uji perpindahan massa dan hidrodinamika air.
Penghilangan gas terlarut dalam air menggunakan membrane kontaktor berbentuk
hollow fiber mengikuti mekanisme sebagai berikut dari fasa terlarut kemudian menguap
menjadi gas dan masuk ke dalam microfiber dimana air tidak bisa masuk karena fiber
bersifat hidrofob. Perpindahan dapat terjadi karena adanya driving force sehingga apabila
tekanan total di gas lebih sedikit dibandingkan tekanan total gas di air maka perpindahan
akan dapat terjadi. Berikut spesifikasi membrane kontaktor dalam proses degasifikasi,
II.3 Perbandingan metode penghilangan gas terlarut dengan chemically treated dan degassed
Penghilangan gas terlarut dengan cara kimia atau dengan penambahan bahan kimia
(chemical added) akan menambah biaya tambahan lebih karena semakin banyak bahan
kimia yang ditambahkan semakin sering pula proses blowdown harus dilakukan karena
masih terdapat kontaminan dalam air.
Dengan menggunakan metode secara kimia-fisika yakni penggunaan degasifier dengan
membrane kontaktor dan dengan penambahan bahan kimia maka kandungan oksigen
terlarut dapat dihilangkan sampai batas yang diperbolehkan. Dengan perbandingan boiler
yang sama penggunaan system membrane kontaktor dapat menurunkan frekuensi
blowdown.
Dalam prakteknya, 10 ppm sodium sulfite diperlukan untuk menghilangkan 1 ppm
oksigen dalam air. Satu ppm sodium sulfite setara dengan 8,3 lbs perjuta gallon air. Jika 10
ppm oksigen dalam air akan dihilangkan, maka akan memerlukan 83 lbs perjuta gallon air
sodium sulfite.
Dari kedua tabel diatas treatment untuk menghilangkan gas terlarut dengan
menggunakan degassed lebih maksimal yakni dengan inlet dissolved 9 ppm untuk
chemically treated dan 5 ppm untuk degassed serta blowdown rate pun akan semakin
kecil yakni 10% untuk chemically treated dan 5% untuk degassed sehingga proses
degasifikasi lebih maksimal dengan biaya yang lebih rendah yakni dapat menghemat 8.565
dollar Amerika setiap tahunnya.
BAB III
PUNUTUP
Pengendalian gas-gas terlarut seperti oksigen dalam air umpan boiler dapat mencegah
resiko terjadinya korosi. Sistem pengendalian gas terlarut dengan membrane kontaktor
dapat digunakan untuk lebih memaksimalkan proses desorbsi dibandingkan dengan hanya
menggunakan penambahan bahan-bahan kimia seperti sodium sulfite. Dengan adanya
sistem membrane kontaktor dapat memaksimalkan terlepasnya oksigen yang terlarut dari
air sehingga proses menjadi lebih efisien. Selain itu mengurangi jumlah bahan kimia yang
ditambahkan pada proses degasifikasi sehingga mengurangi frekuensi dilakukannya
blowdown. Serta, dapat meminimalkan biaya operasi yang dikeluarkan yakni dapat
menghemat 8.565 dollar Amerika setiap tahunnya.
DAFTAR PUSTAKA
www.lenntech.com/boiler/boiler-feedwater.htm
http://proquest.umi.com/pqdweb
http://www.angelfire.com/ak5/process_control/utility.html
http://www.hamadaboiler.com/en/water/water.html
http://ms.wikipedia.org/wiki/ph