Slide 1

Ion ExchangeUntuk menghilangkan kesadahan pada air

Prinsipnya menukar ion magnesium dan calcium yg terkandung pada air dengan ion natrium pada resin

49Reverse OsmosisAir yang mengandung garam terlarut akan diberi tekanan dan melewati membran

Garam-garam akan tertahan pada membran

51

Contaminant Removal Unit Processes

Dissolved Solids ?Solids, dimana TERLARUT di dalam air, dan menjadi larutan YANG HOMOGEN, sehingga TIDAK BISA DILIHAT dengan mata telanjang

Ukuran Partikel Solid : VARIATIVE Lebih kecil dari 0.45 micron (1 micron : 0.001 mm)

Contoh : Minerals, seperti sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), chloride (Cl), sulfate (SO4), silicate (SiO2), phosphate (PO4), nitrate (NO3) etc

Setiap MINERALS mempunyai harga BATAS KELARUTAN di dalam air

Pengaruh : Air menjadi tidak 100% PURE (as H2O), dan mineral dapat menyebabkan terjadinya problem KERAK

Dissolved Gases ?Setiap gas mempunyai harga KELARUTAN Membuat kesetimbangan antara fasa Liquid dan gas (di dlm Udara)CO2(g)CO2(aq)UDARAAIRKESETIMBANGAN tergantung pada TEKANAN DAN SUHU System

Contoh dari Dissolved Gases : O2, CO2, H2S etc

PENGARUH : Air mempunyai tendensi untuk bersifat CORROSIVESIFAT / PARAMETER AIRpH : Derajat ke-ASAM-an air (Skala : 0 14)pH = 7 (netral), pH < 7 (asam => korosif)pH > 7 (basa => scale/kerak)

Conductivity : Jumlah DS (mineral yg larut di dalam air), tidak tergantung jenis DS tsb. Semakin banyak DS, maka conductivity semakin besar.Conductivity >>, maka air semakin KOROSIFSatuan : mS/cm, atau mmhos/cm => Berdasarkan kemampuan daya hantar listrik

Calcium Hardness (CaH) : Konsentrasi >>, maka kecenderungan terbentuk SCALE yaitu CaCO3. HARDNESS = KESADAHAN

Total Hardness (TH), terdiri dari Ca + Magnesium (Mg). Bila TH >>, maka kecenderungan terbentuk SCALE CaCO3, Mg(OH)2 & MgSiO3

SIFAT / PARAMETER AIRAlkalinity : CO2, HCO3-, CO32- & OH- (P, M, O Alkalinity) KESETIMBANGAN Tergantung pH aira. pH < 4.3 => CO2b. pH : 4.3 8.3 => HCO3- & sedikit CO32-c. pH : 8.3 10.3 => CO32- & sedikit OH-d. pH > 10.3 => OH-pH >>, maka ALKALINITY juga >> & cenderung membentuk SCALE, spt CaCO3, Mg(OH)2 Chloride : Semakin >>, maka air cenderung semakin KOROSIF Silica : Semakin >>, maka cenderung membentuk SCALE (MgSiO3) Iron : Sebagai bentuk produk korosi, bila trend naik terus maka menunjukkan kecenderungan korosi di dalam sistem.Boiler

9Tujuan Pengolahan Air Boiler Mencegah kehilangan energi Menjaga kestabilan konsumsi bahan bakar boiler Mencegah kerusakan boiler Menjaga kemurnian steam Mendapatkan heat transfer optimum Menghemat biaya pemeliharaan boiler

10Persyaratan air boilerBebas dari zat-zat penyebab kerak. Terutama kesadahannya dan silika serta suhu tinggi.Bebas dari zat-zat penyebab korosi. Terutama air umpan yang mengandung asam dan gas-gas terlarut.Bebas dari zat penyebab busa dan zat padat ikutan. Selain itu juga bebas dari minyak dan lemak.

11Masalah Utama Boiler12Profil Suhu Akibat Scale

14Akibat ScaleThickness of scaleIncreases in fuel consumption due to this scale 1/2 mm2 %1 mm4 %2 mm6 %4 mm (1/8 ")10 %8 mm (1/4")20 %16 mm (1/2 ")40 %30 mm (1")80 %Sumber : www.hacschem.com15Akibat ScaleEfisiensi boiler menurun

Kenaikan konsumsi bahan bakar

Terjadi failure tube

16SOLUSI :1. Kontrol kualitas SOFTENED WATER yang BAGUS2. Chemical untuk ANTI-SCALE :a. Phosphate ( membentuk lumpur lunak )b. Phosphate polymerc. Polymer (membentuk senyawa kompleks dengan Ca & Mg, sehingga tetap larut di air )Akibat CorrosionOksigen terlarut menyebabkan timbulnya hematite (red rust)

Chloride stress corrosion dan Transgraular cracking akan terjadi pada bahan stainless steel

Jika dalam air terdapat deposit yang dapat menghasilkan ion hidroksil, dapat menyebabkan caustic stress corrosion

Apabila air mengandung ion hidrogen berlebih, dapat menghasilkan gas methane yang dapat merusak tube

19SOLUSI KOROSI karena O21. MECHANICAL - DEAERATOR2. Chemical => Oxygen scavengers & metal passivator a. Bahan kimia tersebut bereaksi dengan O2, sehingga konsentrasi O2 di dalam air akan jauh BERKURANG. b. Bahan kimia tersebut juga merupakan KATALISATOR untuk mem-PASSIVASI logam ( lapisan hitam / abu - abu tipis di permukaan logam ), khususnya di BFW section. Keuntungan : Meminimasi konsentrasi logam ( besi, tembaga ) di BFW, se- hingga akan mengurangi potensi terjadinya problem DEPOSIT.SOLUSI KOROSI karena CO2 1. MECHANICALa. Eliminasi kebocoran udara & prosesb. Demin water => Alkalinity ( CO3-- & HCO3- ) minimum ( bila dibandingkan dengan SOFTENED WATER )

2. CHEMICAL Neutralizing Amine => Bereaksi dengan CO2 & H2CO3 sehingga pH steam & condensate tetap terjaga TINGGI ( 8.5 9.2 )

KOROSI karena AmmoniaTerjadi pada BFW section & condensate sistem - Material : Copper or copper alloys ( Tembaga )

SUMBER : Ammonia

AMMONIA + OXYGEN dlm jumlah kecil => Aggressive

PENCEGAHAN : 1. Tidak memakai bahan kimia ammonia 2. Eliminasi kebocoran udara ( khususnya di condenser - krn vacuum ) 3. Menjaga pH BFW, steam & condensate : 8.5 - 9.2Untuk semua JENIS KOROSI, bila temp. sistem semakin tinggi - maka laju korosi semakin CEPAT.Mechanical Carry OverDisebabkan oleh rancangan yang buruk, kerusakan, atau pemasangan drum moisture separator yang salah

Pengendalian level air dalam drum yang jelek, perubahan tekanan (atau beban) yang sangat cepat

24

Vaporous Carry OverLimit impurities pada air boiler untuk meminimalisasi Vaporous Carry Over menurut ASME

Drum Pressure(psig)Boiler WaterTotal Silica (ppm SiO2)Specific Alkalinity (ppm CaCO3)Conductances (micromhos/cm)0 - 3001507007000301 - 450906006000451 - 600405005000601 - 750304004000750 - 900203003000901 - 1000820020001001 - 1500201501501 - 20001010025DEPOSIT

SOLUSI :

1. MECHANICAL : Condensate Polisher

2. CHEMICAL Kontrol korosi ( pH ) di condensate & BFW sistem dengan memakai amines dan O2 scavenger chemicals & metal passivatorStructure : NH2NH CO NH NH2Carbohydrazide dalam temperature rendah < 1350C berfungsi sbg oxygen scavenger dan passivatorDi atas temperature > 1350C pecah menjadi hydrazine HydrazineTidak menambahkan dissolved solids ke boiler & steam / condensateProduk reaksi adalah nitrogen dan airPassivator khususnya di BFW section (meminimasi korosi & deposit problem)Tidak terbatas oleh tekanan boiler

Batas Maksimum TDSBoiler Pressure (Psig)Total Dissolved Solid (TDS)Alkalinity (ppm)Silica (ppm)Suspended Solid (ppm)0 3003500700125300301 450300060090250451 600250050050150601 750200040035100751 90015003002060901 100012502508401001 150010002002.5201501 20007501501.010Di atas 20005001000.55Sumber : www.hacschem.com28Boiler feed water

29Cara pengendalian dan pengolahan air boiler30External Water Boiler Treatment31Pengendapan pendahuluan Pengendapan secara sederhana, hanya mengandalkan gravitasi; digunakan untuk mengurangi kadar padatan tersuspensiMerupakan proses pengolahan air yang termurahMeskipun efisiensi pemisahan tidak setinggi klarifikasi, pengendapan gravitasi efektif sebagai unit pra-perlakuan air bakuLaju pengendapan padatan bergantung pada:densitas partikelbentuk partikelukuran partikelviskositas air bakupola aliran dalam bak pengendapKlarifikasiMerupakan tahap utama penghilangan padatan tersuspensiPadatan tersuspensi terbagi menjadi dua golongan:dapat diendapkan oleh gravitasi saja tidak dapat diendapkan / koloidalPadatan tersuspensi yang tidak dapat diendapkan begitu saja berinteraksi dengan ion-ion terlarut dalam air, membentuk suatu sistem yang stabilProses klarifikasi diselenggarakan di hulu proses pengolahan air, karena padatan tersuspensi dapat mengganggu tahap-tahap pemrosesan selanjutnyaTahapan proses klarifikasiKoagulasi:

1. Ditambahkan koagulan yang mengganggu adsorpsi ion-ion padapermukaan partikel padatan,2. potensial zeta suspensi berkurang, gaya tarik-menarik Van der Waalslebih dominan3. partikel-partikel dapat bergabung atau teraglomerasi.4. dilaksanakan dengan pengadukan cepat untuk menjamin distribusikoagulan yang baik dan untuk meningkatkan kontak antar partikelpadatan.koagulan anorganik:Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, AlCl3, FeCl3, Na2Al2O4sering menyebabkan penurunan pH, sehingga perlu penambahan basa rentang kerja pH: Al2(SO4)3 6.0-7.0, Fe2(SO4)3 5.0-11.0

koagulan organik:poliakrilamida, poly(DADMAC), poliamina kuaterner, poliaminamenghasilkan volume lumpur < koagulan anorganiktidak mengubah pHlumpur mengandung lebih sedikit air kimiawikurang efektif untuk turbiditas rendahFlokulasi: Bertujuan menumbuhkan aglomerat menjadi flok (aglomerat lebih besar) yang padat & berat Dilakukan pengadukan lambat untuk menghasilkan kontak antar aglomerat tanpa geseran (shear) berlebihan yang justru merusak aglomerat dapat dibantu dengan menambahkan bahan-bahan flokulan.

Sedimentasi: Flok-flok yang telah cukup besar dan berat dipisahkan dari fasa curah airmelalui pengendapan gravitasi. memerlukan kondisi aliran yang relatif tenang, dengan waktu tinggal yangcukup untuk mengendapkan flok.

Rancangan unit clarifier mengakomodasi 3 proses di atas:1. pengadukan dengan gaya geser tinggi untuk koagulasi2. pengadukan dengan gaya geser rendah & waktu tinggal panjang untuk flokulasi3. pemisahan padatan & cairan

FiltrasiMenghilangkan suspended solid seperti pasir halus, tanah liat dan beberapa bahan organik

41FiltrasiTujuan umum: memisahkan padatan tersuspensi dari suatu fluida (cair, gas) dengan cara melewatkan campuran fluida padat melalui lapisan berpori (media filtrasi)Pemisahan cair-padat:

Filtrasi digunakan untuk mengolah keluaran unit klarifikasi atau pelunakan pada kondisi tertentu dapat digunakan secara langsung untuk proses penjernihan airPengoperasian filter berlangsung menurut siklus:mulai dg media bersihselama proses filtrasi, timbunan padatan pada media menyebabkan:berkurangnya laju filtrasi (constant pressure filtration) atau meningkatnya hilang tekan (constant rate filtration)setelah laju / P mencapai harga tertentu, filtrasi dihentikan (atau dialihkan ke unit cadangan)media dibersihkan melalui cuci-balik (backwashing) menggunakan air /air+udara yang dialirkan berlawanan arah dg operasi normalsetelah cuci-balik, unit dioperasikan kembaliPertimbangan dalam pemilihan jenis filter:kuantitas slurry yang diolahsifat2 slurry: viskositas, densitas, korosivitas, toksisitas dll.konsentrasi padatan slurryukuran, distribusi, bentuk & kecenderungan berflokulasi dari partikel padatantingkat pemisahan yg diinginkankuantitas & bentuk produk yg diinginkanbiaya

Jenis2 filter dibedakan menurut:bentuk media: bed, plate & frame, leaf, rotarysiklus operasi: batch atau kontinuproduk yg diinginkan: filtrat atau filter cakegaya pendorong: gravitasi, vakum atau tekananUntuk pengolahan air, jenis filter yang banyak digunakan adalah bed filterMedia filtrasi berbentuk unggun material granularGaya pendorong: gravitasi (gravity filter) atau tekanan (pressure filter)

Pressure filter digunakan jika:konsentrasi padatan slurry tinggifilter cake tidak didaurulang

Filter press

Gravity Filter

Water Softener and DemineralizarAdalah proses penghilangan impurities seperti Calcium, Magnesium, Besi, dan Silica yg dapat menyebabkan SCALING

Beberapa treatment yg bisa digunakan Lime softening sodium cycle cation exchange (often called sodium zeolite softening) reverse osmosis electrodialysis Ion exchange demineralization

Pemilihan proses tergantung pada : water supply quality the purity requirements of the boiler the budget.

Kesadahan total : TH = Ca2+ + Mg2+ TH = HCO3 + SO4First, water is passed through the cation exchange bed, where the cations (calcium, magnesium and sodium) are exchanged for hydrogen ions. In the second step the water passes through the anion exchange bed where the anions (sulfate, chloride, carbonate and silica) are ex-changed for hydroxide ions. The hydrogen and hydroxide ions react to form water, now suitable for use in the boiler. A third ion exchange could be used to control alkalinity.

DeaeratorDeaerator feedwater tank mempunyai tiga fungsi utama, yaitu:Menghilangkan dissolved oksigen dan non-condensable gas dari condensateMenaikkan temperatur feedwater sampai saturated temperature.Sebagai reservoir untuk menjaga supply feedwater dan condensate yang stabil pada demand yang fluktuatif.

52

53Deaerasi mekanis :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, low pressure steam juga digunakan untuk meningkatkan temperature feedwater sampai 115-130C. Gas dan oksigen kemudian dibuang ke udara melalui deaerator venting, sebaliknya air yang sudah berkurang kadar oksigen terlarutnya masuk ke feedwater tank.

Deaerasi kimiawi :Untuk mengurangi kadar oksigen dalam feedwater ditambahkan chemical seperti - hydrazine (N2H4)- sodium sulfite (Na2SO3). - PO4 (phosphate base), menangkap lolosnya ion2 penyebab deposite (deposite inhibitor) atau bisa dengan (deposite dispersant) untuk boiler yang sudah mulai berkerakchemical ini sangat penting juga untuk mengikat silika yang dapat ikut ke jalur steam agar tidak terjadi Carry Over dan terjadi deposite after boiler equipment (spt Turbin) 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 dicontrol 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.

Condensate treatmentPerlakuan terhadap kondensat mencakup pengendalian korosi di sistem kondensat dan perbaikan mutu kondensat (condensate polishing)Sekalipun kondensat yang diumpankan kembali relatif murni, tetapi mungkin masih mengandung impurities dari hasil proses korosi, dan erosi, baik yang larut maupun yang tidak larutImpurities tersebut dapat berupa mineral-mineral, kesadahan dan minyakCondensate polishing dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah impurities tersebut agar dapat mencegah pembentukan kerak pada ketel dan turbin, dan meminimumkan pengaruh korosifTahap perbaikan kondensat merupakan kombinasi dari tahap filtrasi dan pertukaran ionFiltrasi digunakan untuk menyaring pengotor tersuspensi dan minyakTahap filtrasi saja sudah cukup memadai jika dipakai untuk menyaring impurities pada saat start-up dan operasi normal, tetapi jika terjadi kebocoran pada pipa kondensat sehingga padatan terlarut banyak memasuki kondensat, tahap filtrasi saja tidak cukup dan dibutuhkan sistem demineralisasi (mix-bed demineralizer) untuk operasi perbaikanContoh Soal :Select a water softener that will treat 100 gal/min (22.7 m3/h) of water at 60F (289 K) that has the following dissolved components (with concentrations in parts per million as CaCO3): calcium, 300; sodium, 100; magnesium, 100; and total cations, 500. The unit must produce water with no more than 2 ppm hardness and must operate for 8 h between regenerations. Manufacturers data on the watersoftening resin to be used include the following:a regeneration level of 4 lb NaCl per cubic foot (64 kg/m3) will result in 2 ppm hardness leakage and a capacity of 16 kgr/ft3 (36 kg/m3), assuming standard cocurrent operation; pressure drop per linear foot of bed (per 0.305 m of bed) for 60F water at a linear velocity equivalent to 7.1 gal/(min)(ft2) [17.3 m3/(h)(m2)] is 0.6 lb/in2 (4.14 kPa); a flow rate of 6.4 gal/(min)(ft2) [15.6 m3/(h)(m2)] will bring about a bed expansion of 60 percent; and rinse requirements are 25 to 50 gal/ft3 (3.34 to 6.68 m3/m3). Determine the resin volume needed, the pressure drop, the backwash requirement, the regenerant requirement, and the required volume of rinse water.