AIR UMPAN BOILERION EXCHANGER

Boiler : 1. Tekanan rendah 2. Tekanan sedang 3. Tekanan tinggi : < 20 atm : 20 75 atm : > 75 atm

Boiler tekanan rendah :- umumnya menggunakan air tanpa olahan / air bebas sadah sebagai air umpannya Produk kerak terutama oleh komponen kesadahan (Ca dan Mg)

Analisa kerak boiler tekanan rendah , a.l :CaO MgO Fe2O3 CuO Zat tidak terlarut (a.l SiO2) As. Sulfat anhhidrat (SO3) : 32,9 % (berat) : 1.7 % : 3.9 % : seangin : 40.3 % : 7.3 % : seangin : 4.7 % : seangin : seangin : 1.0

As. Karbonat anhidrat (CO2) As. Phosfat anhidrat Zinc oksida (ZnO) Al. oksida (Al2O3) Sodiumk oksida (Na2O3) (P2O5)

Sumber : Kursus Pengolahan Air Industri , Jur. T.Kimia FTI-ITS

Boiler tekanan sedang / tinggi- Umumnya menggunakan air bebas mineral - problema kerak terutama berasal dari produk-produk korosi yang terkandung dalam air umpan konsensat - komponen utama pada kerak umumnya oksida besi dan

Analisa kerak boiler tekanan sedang/tinggi, a.l :Tekanan (kgf/cm2) 113 103 92 Kalsium oksida CaO Mag. Oksida MgO Besi oksida Fe2O3 Kupri oksida, CuO Zat tidak terlarut di asam Asam sulfat anhidrat, SO3 As. Karbonat anhidrat, CO2 As. Phosfat anhidrat, P2O5 Zin oksida, ZnO Al. oksida, Al2O3 Tr Tr 99,7 Tr 0.2 Tr Tr Tr Tr Tr Tr 90,1 0,1 2,6 Tr Tr Tr Tr Tr Tr 89,9 Tr 4,9 Tr Tr Tr Tr

69 Tr Tr 91,2 0,1 0,5 Tr Tr Tr Tr

Air umpan yg sudah dipakai sekitar 1 tahun (sekitar 8000 jam), pembentukan kerak dapat mencapai 8 - 10 mg/cm2 luas permukaan Rapat massa kerak sekitar 3 gr/cm3

Perlu cleaning boiler

Pengolahan dengan penukar ion (Ion Exchanger)Pengolahan dengan menggunakan resin penukar ion dengan maksud agar ion-ion garam yang terlarut dalam air dapat diganti hingga diperoleh air yang sesuai untuk boiler.

Pelunakan air :- pelunakan sederhana - pelunakan dengan de-alkilasi

Pengolahan bebas mineral (demineralisasi) - Berdasarkan tipe bed (unggun) dari resin * Tipe bed campuran * Tipe dua bed satu degasifikasi * tipe empat bed satu degasifikasi - Berdasarkian cara regenerasi dari resin * Regenerasi aliran searah * Regenerasi aliran berlawanan arah * Regenerasi berkesinambungan

Sistem ion exchanger

Resin Penukar IonResin yang digunakan mempunyai struktur dimana radikal penukar ionnya terikat pada struktur polimer

O O

Resin penukar ion :Resin penukar kation Resin penukar anion

Resin penukar kation adalah resin yang berkombinasi dengan : - gugus Sulfo ( - SO3H), disebut : Penukar Kation Asam Kuat - gugus Carboxyl ( - COOH ), disebut : Penukar Kation Asam Lemah Resin penukar anion adalah resin yang berkombinasi dengan : -gugus quartenary ammonium : resin penukar anion basa kuat - gugus amina tersier, sekunder, primer ( - NH2; - NHR ; NR2 ) disebut : resin penukar anion basa lemah

Corresponding cation Na+, etc Fixed anion exchanger radical SO3, etc Divinylbenzene cross-link Water of hydration

Penukar kation asam kuat

b. Pengolahan Pelunakan KationMg2+ Ca2+ HCO3Cl SO42SiO2

Regenerant, NaCl

HCO3Na+ ClSO42SiO2

Sodium Zeolite Softener

Proses pelunakanR ( - SO3Na)2 + Ca(HCO3)2 R ( - SO3Na)2 + MgSO4 R ( - SO3 )2 Ca + 2 NaHCO3 R ( - SO3 )2 Mg + 2 Na2SO4

Proses regenerasi ( dengan NaCl 10%)R ( - SO3 )2 Ca + 2 NaCl R 9 SO3)2 Mg + 2 NaCl R ( - SO3 Na )2 + CaCl2 R ( - SO3 Na )2 + MgCl2

Recommended Flows :Service - - - 6 8 gpm/ft2 normal 15 gpm/ft2 maksimum 3 gpm/ft2 minimum

Backwash

4 8 gpm /ft2 average or flow required to produced minimum of 50% bed expansion 10 minutes minimum or until effluent clear

RegenerasiRegeneration (brining) : 0.5 1.0 gpm/ft3 flow of dilute regenerant (e.g. 1012 % NaCl) Slow rinse : 0.5 1.0 gpm / ft3 flow of dilution water : 1,5 2,0 gpm / ft3 flow of

Fast rinse

Hydrogen zeolite softening and dealkalization (cationic exchange)>>dimana pada metoda ini komponen-komponen (HCO3-) sebagai

kesadahan

dan

bicarbonat

komponen M-alkalinity dihilangkan. Ada dua metoda : >> Pelunakan dengan resin tipe H dicampur air baku >> pemisahan pelunakan dengen resin bentuk Na dan H ( * banyak digunakan)

Proses pengolahan : Air baku dilewatkan secara paralel ke dalam be-H dan bed-Na dari resin asam kuat Air proses akan mengandung asam-asam karbonat, chloride dan sulfat yang terbentuk di bed-H dan air lunak yang normal dari bedNa Kedua hasil olahan dicampur dan bikarbonat dihilangkan sebagai gas CO2 dalam alat penyerap CO2 (decarbonator) Hingga diperoleh air lunak dengan kadar alkalinitas rendah ( 5 10 mg/l)

HCl (regenerant) 4 10% Ca2+ HCOMg2+ ClNa+ SO42H+ NaCl Regenerant 10% Bed-Na Bed-H HCO3ClSO42+ SiO2 HCO3Na+ ClSO SiO22+ 4

SiO2

CO2

ClNa+ SO42+ SiO2

Reaksi pelunakan di bed-HR (-SO3H)2 + Ca(HCO3)2 R(-SO3H)2 + MgSO4 R SO3H + NaCl R ( - SO3)2Ca + 2H2O R ( - SO3)2Mg + H2SO4 R SO3Na + HCl

Reaksi di bed - NaR ( - SO3Na)2 + Ca(HCO3)2 R ( - SO3Na)2 + MgSO4 R ( - SO3 )2 Ca + 2 NaHCO3 R ( - SO3 )2 Mg + 2 Na2SO4

CampuranHCl + NaHCO3 H2SO4 + 2NaHCO3 NaCl + CO2 + H2O NaSO4 + 2CO2 + 2H2O

Resin yang telah dipakai, diregenerasi denmgan larutan garam (NaCl) 10% untuk bed Na dan larutan HCl 4 10% untuk bed-H Bed-H :R ( - SO3)2Ca + 2HCl R ( - SO3)2Mg + 2HCl R SO3Na + HCl R ( - SO3H)2 + CaCl2 R ( - SO3H)2 + MgCl2 R ( - SO3H)2 + NaCl

Bed-NaR ( - SO3 )2 Ca + 2 NaCl R 9 SO3)2 Mg + 2 NaCl R ( - SO3 Na )2 + CaCl2 R ( - SO3 Na )2 + MgCl2

Beberapa metode pelunakan

Pelunakan dengan bed campuran resinDilakukan dengan melewatkan air baku kedalam tabung yang berisikan resin penukar kation asam kuat bentyuk H dan resin penukar anion basa kuat bentuk OH yang dicampur secara homogen

Diperoleh air olahan dengan kemurnian tinggi tetapi sulit dan rumit saat regenerasi

Dilakukan bila benar-benar dibutuhkan air lunak dengan kemurnian tinggi dan relatif sedikit jumlahnya

Reaksi pelunakan :R (- SO3H)2 + Ca(HCO3)2 R ( - SO3H)2 + MgSO4 R SO3H + NaCl R NOH + H2CO3 R ( NOH)2 + H2SO4 R NOH + HCl R NOH + H2SiO3 R (- SO3)2Ca + H2CO3 R ( - SO3 )2Mg + H2SO4 R SO3Na + HCl R NHCO3 + H2O R ( N )2SO4 + 2H2O R NCl + H2O R NHSiO3 + H2O

Regenerasi :Untuk lapisan pertama diregenerasi dengan HCl 4 10% R ( - SO3)2Ca + 2HCl R ( - SO3)2Mg + 2HCl R SO3Na + HCl R ( - SO3H)2 + CaCl2 R ( - SO3H)2 + MgCl2 R ( - SO3H)2 + NaCl R NOH + NaHCO3 R ( NOH )2 + Na2SO4 R NOH + NaCl R NOH + NaSiO3 + H2O

Untuk lapisan kedua dengan larutan NaOH 2 5 % R NHCO3 + NaOH R ( N )2SO4 + 2NaOH R NCl + NaOH R MHSiO3 + 2 NaOH

1. In service

2. Backwash

3.Cation reg.

4.Anion reg.

5. Rinse

6. Drain

7. Air mix

8. Refill

9. Rinse

Beberapa metode pelunakan

Pembebasan mineral dengan 2 Bed & 1 DegasifikasiSistem terdiri : - tabung kation yang berisi bed-OH asam kuat - alat degasifikasi - tabung anion yang berisi bed-OH basa kuat kation-kation diganti dengan ion-ion H+ dalam bed-H, CO2 dihilangkan dalam unit degasifier dan anion-anion diganti dengan ion-ion hidroksil dalam bed-OH sehingga diperoleh air bebas ion.

HCl (regenerant) 4 10% CO2 Bed-H

NaOH Regenerant

Ca2+ HCOMg2+ ClNa+ SO42-

Bed-OH

SiO2 HCO3H+

ClNa+

Cl

2+ 4

SO42+ SiO2

Konduktivitas listrik 5 10 m

SO SiO2

Perubahan decarbonator menjadi sistem deaerator, memungkinkan penghilangan oksigen terlarut dan CO2 secara serentak

Bed-H :R ( - SO3)2Ca + 2HCl R ( - SO3)2Mg + 2HCl R SO3Na + HCl R ( - SO3H)2 + CaCl2 R ( - SO3H)2 + MgCl2 R ( - SO3H)2 + NaCl

Bed-OHR NOH + H2CO3 R ( NOH)2 + H2SO4 R NOH + HCl R NOH + H2SiO3 R NHCO3 + H2O R ( N )2SO4 + 2H2O R NCl + H2O R NHSiO3 + H2O

Reaksi RegenerasiUntuk bed-H diregenerasi dengan HCl 4 10% R ( - SO3)2Ca + 2HCl R ( - SO3)2Mg + 2HCl R ( - SO3H)2 + CaCl2 R ( - SO3H)2 + MgCl2

R SO3Na + HCl R ( - SO3H)2 + NaCl Untuk bed-OH dengan larutan NaOH 2 5 % R NHCO3 + NaOH R NOH + NaHCO3 R ( NOH )2 + Na2SO4 R NOH + NaCl R NOH + NaSiO3 + H2O

R ( N )2SO4 + 2NaOH R NCl + NaOH R MHSiO3 + 2 NaOH

Pembebasan Mineral dengan 4 Bed & 1 DegasifikasiCation Exch + Degasifier + Anion Exch +

Cation Exch + Anion Exch Dengan sistem ini dapat dikurangi jumlah regenerant, waktu regenerasi digunakan dan jumlah air regenerasi yang

yaitu dengan mengalirkan regeneran dari

kolum ke 2 ke kolum pertama.

Pembebsan mineral dengan regenerasi aliran berlawananKonvensional : regenerasi aliran searah Regenerasi arah berlawanan : Keuntungan : dapat diperoleh air dengan mutu tinggi Perbedaan dari susunan ion-ion yang diserap terhadap ion-ion penukar dari resin meningkatkan efisiensi regenerant Resin dapat dipakai seluruhnya

HCl

NaOH

Demeneralized water

Cation Exch

Anion Exchanger Water Collector

Water Collector

Raw Water

Acid Waste

Alkali waste

Pembebasan Mineral dengan dua lapisanTabung penukar kation berisi : - lapisan penukar kation asam kuat - lapisan penukar kation asam lemah

Demeneralized waterWater collector

Tabung penukar anion berisi - penukar anion basa kuat - penukar anion basa lemahRaw water

Keuntungan : a. Regenerant resin asam yang dipakai dan mempunyai resin basa tingkat lemah

effisiensi pemakaian sekitar 80 100 %, karena lemah diregenerasi dengan regeneran yang sama dengan regeneran untuk resin asam dan basa kuat b. Pengolahan limbah cair regenerasi cukup mudah karena kandungan asam dan basa didalamnya cukup rendah c. Jumlah air pencuci dan waktu regenerasi dapat dikurangi.

DEAERASIDigunakan untuk menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air (oksigen dan CO2) dimana gas-gas tersebut merupakan penyebabg korosi Prinsip : membuat kelarutan gas-gas di dalam air menjadi nol - dengan cara pemanasan - dengan cara hampa

Deaerasi Cara Pemanasan - memanaskan air umpan hingga suhu jenuhnya (100 120oC) - banyak digunakan untuk boiler bertekanan medium & tinggi - Tipe spray Tray - Internal dearerator

Water in Hot condensat Hot condensat Primary deaerator

Steam inlet

Secondary deaerator Controlled zone and scrubber water level

Variable water level Drain Deaerated Emergency Water overflow

Deaerator water storage

Tipe Spray Steam deaerator : break up water into a spray or film, then sweep the steam across and through it to force out dissolved gases. Oxygen content can be reduced below 0.005 cc/liter, near the limit of chemical deatability

Vent Level control Water inlet

Internal vent condensor

Manhole

Tray / Spray combination UnitHeating and deaerating trays

Deaerated water storage

To boiler feedpump

Deaerator Hampa Dengan cara mengurangi tekanan dalam alat hingga sama dengan tekanan uap air pada suhu bersangkutan. Oksigen terlarut dalam air yang telah diolah denga cara ini < 0.1 0.3 mg/lt Biasanya digunakan untuk boiler bertekanan rendah dan cara dekarbonasi pada pembebasan mineral

Air and vapor takeoff Inlet distributor

Steam inlet Cooling water

Steam jet

Drains

Vacuum deaerators use steam ejector or mechanical vacuum pump to pull the required vacuum. Degree of vacuum depends on water temperature, but is usually in range 29 in Hg Eff : < 0.2 ppm O2

Air and steam discharge

Hot well Inlet-level control To pump Cooling water outlet

CO2 : 2 10 ppm

PENGOLAHAN KONDENSAT Kondensat yang ditampung unhtuk digunakan kembali banyak mengandung padatan terutama produk korosi dan padatan terlarut. Boiler bertekanan rendah, pengolahan air kondensat dengan cara kimiawi Boiloer bertekanan sedang & tinggi dengan menggabungkan cara kimiawi dengan mekanis karena diperlukan kemurnian yang tinggi

Air and vapor takeoff Inlet distributor

Steam inlet Cooling water

Steam jet

Drains

Vacuum deaerators use steam ejector or mechanical vacuum pump to pull the required vacuum. Degree of vacuum depends on water temperature, but is usually in range 29 in Hg Eff : < 0.2 ppm O2

Air and steam discharge

Hot well Inlet-level control To pump Cooling water outlet

CO2 : 2 10 ppm

Kebutuhan pengolahan kondensat untuk berbagai boiler

Boiler tekanan rendah Penyaring tipe cartrige Penyaring tipe precoat Demineralisasi untuk kondensat Penyaring kation

Boiler tekanan sedang

Boiler tekanan tinggi

Penyaring magnetik

PENGOLAHAN AIR DIDALAM BOILERPenambahan bahan kimia atau pengolahan kimiawi didalam boiler dengan tujuan untuk mengatasi problem korosi yang tidak teratasi pada sistem eksternal. Tujuan utama : komponen yang berpotensi memebntuk kerak diubah menjadi lumpur halus yang terdispersi dan gampang dikeluarkan pada saat pengurasan. pH air dapat dijaga sehingga alkalinitas cukup mencegah terbentuknya endapan kerak silika dan juga menghindari korosi

Korosi karena oksigen terlarut dapat dicegah dengan menghilangkan oksigen dari air Korosi pada pipa kondensat dalsm uap karena CO2 dan O2 dapat dicegah Perpindahan padatan dari air boiler dapat dicegah Bahan kimia pencegah kerak berfungsi ganda antara lain : - mencegah terbentuknya kerak - mengatur pH air boiler untuk mencegah korosi

Boiler bertekanan rendahControl pH and alkalinityNaOH, Na2CO3, NA3PO4, NaH2PO4 H3PO4, Na3P2O10, H2SO4

Softening

NaOH , Na2PO4, K3PO4, Na2HPO4

Sludge dispersion

Tannin, Lignin, Starch (C6H16O5)n

Oxygen scavenging Prevent foaming

Na2SO3, NaHSO3, N2H4 (hydrazine)

Surfactant

Neutralization and film formation NH3, Morpholine (C4H8ONH), RNH2

Boiler bertekanan sedang / tinggiUmumnya menggunakan : - phosfat atau kaustik - phosfat untuk mencegah terjadinya korosi alkali yang disebabkan oleh adanya konsnetrasi alkali bebas yang tinggi dipermukaan pipa / pemanas. - bahan kimia bukan phosfat : - polimer seperti polyacrylic acid - chelating agent seperti EDTA