Tugas 8 Paal (Shinta Lieviana Handoko)

Shinta Lieviana Handoko 11/312940/TK/37717 Tugas 8 PAAL

1

PERANCANGAN DIMENSI ALAT PENGOLAHAN AIR UNTUK UMPAN BOILER

Air bahan baku yang digunakan adalah air sungai dengan TSS sebesar 5000, COD

sebesar 500, BOD = 300 digunakan untuk memenuhi kapasitas air umpan boiler (boiler

feed water) sebesar 220 m3/jam atau 220000 kg/jam.

PROSES PENGOLAHAN AIR

Bagan alir/flow chart

1. Screening

Screening bertujuan untuk memisahkan potongan-potongan kayu, plastik, dan

sebagainya. “Screen” terdiri dari atas batangan-batangan besi yang berbentuk

lurus atau melengkung dan biasanya dipasang dengan tingkat kemiringan 75o–

90o terhadap horizontal. Efektifitas proses tergantung pada jarak antarbar. Pada

screen halus jarak antarbar berkisar antara 5 mm – 15 mm, medium screen 15

mm – 50 mm, dan screen kasar lebih dari 50 mm.

Pembersihan screen dapat dilakukan secara manual (menggunakan garpu

tangan) atau dengan menggunakan alat pembersih mekanis yang dilengkapi

dengan motor elektrik. Bar screen mekanik otomatis sering kali dilindungi

dengan pre-screening, yang dipasang pada jarak 100 mm dari sistem by pass

untuk mengatasi kemungkinan tidak beroperasinya screen utama.

Air sungai Screening Bak Pengendap

Bak Penggumpal

ClarifierSand filterTangki

penampung air

anion-cation exchanger

deaerator Boiler feed water


2

2. Bak pengendap

Pengendapan dilakukan secara gravitasi dalam bak pengendap untuk

mengendapkan partikel-partikel tersuspensi dalam air, seperti lumpur. Pada

tahap ini, partikel dengan kerapatan massa yang lebih besar dari zat cair di

sekelilingnya akan mengendap.

3. Bak penggumpal

Dalam tahap ini, ditambahkan Al2(SO4)3 dan Na2CO3 yang berfungsi sebagai

koagulan. Pada tahap ini, disertai dengan pengadukan sehingga terbentuk flok-

flok dengan ukuran yang lebih besar. Tujuan dari tahap ini adalah untuk

membersihkan air dari partikel-partikel pengotor yang berukuran kecil seperti

koloid (penyebab kekeruhan air), dengan cara pembentukan flok-flok atau

partikel yang lebih besar sehingga mudal dan lebih cepat diendapkan.

4. Clarifier

Clarifier berfungsi sebagai tempat pembentukan flok dengan penambahan

larutan Alum (Al2(SO4)3) sebagai bahan. Pada clarifier terdapat mesin agitator

yang berfungsi sebagai alat untuk mempercepat pembentukan flok. Pada clarifier

terjadi pemisahan antara air bersih dan air kotor. Air bersih ini kemudian

disalurkan dengan menggunakan pipa yang besar untuk kemudian dipompakan

ke filter. Clarifier terbuat dari beton yang berbentuk bulat yang dilengkapi

dengan penyaring dan sekat.

5. Sand filter

Unit ini digunakan untuk menyaring sisa-sisa kotoran atau partikel padat

tersuspensi dengan ukuran relatif kecil yang belum mengendap pada tahap

sebelumnya. Alat yang digunakan adalah saringan pasir (sand filter) dengan media

penyaring berupa kerikil dan pasir. Air yang keluar dari tangki ini akan ditampung ke

dalam tangki penampung air bersih.

6. Tangki penampung air

Air yang telah mengalami proses di filtrasi kemudian ditampung dalam tangki

penampung air ini.

7. Anion-cation exchanger

Pada proses pertukaran ion, kesadahan dihilangkan dengan melewatkan air pada

bed zeolit alam atau resin sintetik dan tanpa pembentukan endapan. Jenis paling


3

sederhana adalah ‘pertukaran basa’ dimana ion kalsium dan magnesium ditukar

dengan ion sodium. Setelah jenuh, dilakukan regenerasi dengan sodium klorida.

Garam sodium mudah larut, tidak membentuk kerak dalam boiler. Dikarenakan

penukar basa hanya menggantikan kalsium dan magnesium dengan sodium,

maka tidak mengurangi kandungan TDS, dan besarnya blowdown. Penukar basa

ini juga tidak menurunkan alkalinitasnya. Demineralisasi merupakan

penghilangan lengkap seluruh garam. Hal ini dicapai dengan menggunakan resin

“kation”, yang menukar kation dalam air baku dengan ion hydrogen

menghasilkan asam hidroklorida, asam sulfat dan asam karbonat. Asam karbonat

dihilangkan dalam menara degassing dimana udara dihembuskan melalui air

asam. Berikutnya, air melewati resin “anion”, yang menukar anion dengan asam

mineral (misalnya asam sulfat) dan membentuk air. Regenerasi kation dan

anion perlu dilakuakan pada jangka waktu tertentu dengan menggunakan asam

mineral dan soda kaustik. Penghilangan lengkap silika dapat dicapai dengan

pemilihan resin anion yang benar. Proses pertukaran ion, jika diperlukan, dapat

digunakan untuk demineralisasi yang hampir total, seperti untuk boiler

pembangkit tenaga listrik.

8. Deaerator

Pada unit deaerator, terjadi proses deaerasi. Dalam proses de-aerasi, gas terlarut,

seperti oksigen dan karbon dioksida, dibuang dengan pemanasan awal air

umpan sebelum masuk ke boiler. Seluruh air alam mengandung gasterlarut

dalam larutannya. Gas-gas tertentu seperti karbon dioksida dan oksigen, sangat

meningkatkan korosi. Bila dipanaskan dalam sistem boiler, karbon dioksida

(CO2) dan oksigen (O2) dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O)

membentuk asam karbonat (H2CO3). Penghilangan oksigen, karbon dioksida dan

gas lain yang tidak dapat terembunkan dari air umpan boiler sangat penting bagi

umur peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi

logam menurunkan umur peralatan dan pemipaan. Asam ini juga melarutkan

besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan mengalami pengendapan dan

meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak

hanya berperan dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan


4

jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas. De-aerasi

dapat dilakukan dengan de-aerasi mekanis, de-aerasi kimiawi, atau dua-duanya.

DIMENSI ALAT PENGOLAHAN AIR UNTUK UMPAN BOILER

Jumlah kebutuhan air untuk boiler feed water = 220 m3/jam atau 220000 kg/jam

Diberikan over design sebesar 20%, sehingga kebutuhan air yang digunakan untuk

boiler feed water = 120% x 220000 kg/jam = 264000 kg/jam

1. Bak Pengendap

Digunakan untuk mengendapkan lumpur dan kotoran air sungai sebanyak 5000

kg/jam

Perancangan dilakukan dengan over design sebesar 10%.

Waktu tinggal dalam bak = 2-4 jam (Powell,1954), diambil 3 jam.

Volumebak =110% × 5000 푘푔

푗푎푚 × 3푗푎푚

1000 푘푔푚

= 16.5푚

Dimensi bak: panjang = p = × 푙 = × 푡, sehingga

V =14 × 푝 = 16.5푚

Jadi, dimensibakpengendap:

panjang(p) = 4.04m

lebar(l) = 2.02m

tinggi(t) = 2.02m

2. Bak Penggumpal

Digunakan untuk menggumpalkan kotoran yang tidak mengendap di bak

pengendap.

Reaksi yang terjadi pada unit ini adalah:

Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2


5

Digunakan bak pengaduk dengan motor yang digunakan berkekuatan 2 HP

Waktu tinggal dalam bak = 20-60 menit (Powell,1954), diambil 60 menit.

Perancangan dilakukan dengan over design sebesar 10%.

Volumebak =110% × 5000 푘푔


1000 푘푔푚

= 5.5푚

Bak berbentuk silinder tegak dengan diameter(D) sama dengan tinggi (H)

V =14 × 휋 × 퐷 = 5.5푚

Jadi, dimensibakpenggumpal:

Diameter(D) = 1.91m

Tinggi(H) = 1.91m

3. Clarifier

Digunakan untuk mengendapkan gumpalan-gumpalan kotoran yang berasal dari

bak penggumpal.

Bak berbentuk kerucut terpancung dengan waktu tinggal 60 menit.

Perancangan menggunakan over design sebesar 10%.

Volumeclarifier =110% × 5000 푘푔


1000 푘푔푚

= 5.5푚

h=10 ft = 3.048 m (Powell, 1954)

Diambil D2=0.61 x D1 퐷2퐷1 =

푦푦 + ℎ

0.61퐷1퐷1 =

푦푦 + 3.048

y=4.57 m

D1

D2

h

y


6

V =13 ×

14 × 휋 × 퐷1 × (h + y) −

13 ×

14 × 휋 × 퐷2 × y = 5.5푚

V =13 ×

14 × 휋 × 퐷1 × (h + y) −

13 ×

14 × 휋 × (0.61퐷1) × y = 5.5푚

D1 = 1.70m

D2 = 1.04m

Jadi, dimensiclarifier:

Tinggi = 3.048m

Diameteratas = 1.70m

Diameterbawah = 1.04m

4. Sand filter

Digunakan untuk menyaring partikel - partikel halus yang belum terendapkan

dan masih terdapat dalam air sebanyak 5000 kg/jam

Kecepatan penyaringan= 15-25 gpm/ft2 (Powell, 1954), diambil 25 gpm/ft2

Airdariclarifier =5000 푘푔

푗푎푚

1000 푘푔푚

= 5푚jam = 22.0167gpm

Luaspenampangcairan =22.0167gpm

25푔푝푚푓푡= 0.8807푓푡

A =14 × 휋 × 퐷 = 0.8807푓푡

D = 1.06ft = 0.32m

Tinggi tumpukan pasir =12 - 20 in ( Powell, 1954), diambil: 20 in=0.508 m

Tinggi tumpukan kerikil =20 - 40 in ( Powell, 1954), diambil: 40 in=1.02 m

Jadi, diameter sand filter adalah sebesar 0.32 m, dengan tinggi tumpukan pasir

0.508 m dan tinggi tumpukan kerikil 1.02 m.

5. Tangki penampung air

Digunakan untuk menampung air sebanyak 220000 kg/jam yang keluar dari

sand filter untuk kemudian masuk ke anion-cation exchanger dan keperluan

umum.


7

Perancangan dilakukan dengan over design 10% dan waktu tinggal dalam tangki

selama 1 jam.

Volumetangki =110% × 220000 푘푔


1000 푘푔푚

= 242푚

Tangki berbentuk silinder tegak dengan diameter(D) sama dengan tinggi (H)

V =14 × 휋 × 퐷 = 242푚

Jadi, dimensitangkipenampungair:

Diameter(D) = 6.76m

Tinggi(H) = 6.76m

6. Anion-cation exchanger

a. Anion exchanger

Digunakan untuk menghilangkan kesadahan air akibat anion

Resin yang digunakan: strongly basic resins dengan kemampuan penukaran

10000-20000 grain/ft3 (Ryan, 1946).

Dirancang untuk bekerja dengan siklus 12 jam, terdiri dari 11 jam operasi, ½

jam pencucian dan ½ jam regenerasi.

Jumlah air = 220000 kg/jam

Perancangan dengan over design 20%, sehingga, jumlah air= 120% x 220000

kg/jam = 264000 kg/jam=1162.4835 gpm

Kecepatan aliran air = 3 – 8 gpm/ft2, diambil kecepatan aliran = 4 gpm/ft2

Luaspenampangtangki = 1162.4835gpm

4gpm/푓푡 =290.6209ft2

A =14 × 휋 × 퐷 = 290.6209푓푡

Diametertangki(D) = 19.2410ft = 5.8647m

Kemampuan strongly basic resins = 10000 grain kesadahan/ft3

Konsentrasi anion = 200 ppm

Waktu operasi 1 siklus = 11 jam


8

Kesadahan1siklus

= 200×264000×11

1000000 =580.8kg=8963113.731grain

Volumezeolitdibutuhkan = 8963113.731

10000 =896.3114ft3=25.3807m3

Tinggibed = 25.3807

0.25×3.14×(5.8647)2 =0.9400m

b. Cation exchanger

Digunakan untuk menghilangkan kesadahan air akibat kation

Resin yang digunakan: zeolit jenis wet process synthetic dengan kemampuan

penukaran 8000-12000 grain kesadahan (sebagai CaCO3) per ft3 (Ryan, 1946).

Dirancang untuk bekerja dengan siklus 12 jam, terdiri dari 11 jam operasi, ½

jam pencucian dan ½ jam regenerasi.

Jumlah air = 220000 kg/jam

Perancangan dengan over design 20%, sehingga, jumlah air= 120% x 220000

kg/jam = 264000 kg/jam=1162.4835 gpm

Kecepatan aliran air = 3 – 8 gpm/ft2, diambil kecepatan aliran = 3.5 gpm/ft2

Luaspenampangtangki = 1162.4835gpm3.5gpm/푓푡 =332.1381ft2

A =14 × 휋 × 퐷 = 332.1381푓푡

Diametertangki(D) = 20.5695ft = 6.2696m

Kemampuan zeolit= 8000 grain kesadahan/ft3

Konsentrasi anion = 200 ppm

Waktu operasi 1 siklus = 11 jam

Kesadahan1siklus

= 200×264000×11

1000000 =580.8kg=8963113.731grain

Volumezeolitdibutuhkan = 8963113.731

8000 =1120.3892ft3=31.7259m3

Tinggibed = 31.7259

0.25×3.14×(6.2696)2 =1.0282m


9

7. Deaerator

Digunakan untuk menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan boiler

untuk meminimalisasi kemungkinan terjadi korosi.

Jenis: silinder tegak dengan packing dan steam dialirkan dari bawah.

Bahan kimia yang digunakan adalah Na2SO3.

Jumlah air umpan boiler(termasuk over design) = 264000 kg/jam

Kecepatan volumetrik air= 264 m3/jam

Perancangan diambil over design sebesar 20% dengan waktu tinggal 12 jam

Volumetangki = 120% × 264푚푗푎푚 × 12푗푎푚 = 3801.60푚

Dirancang dengan bentuk silinder tegak dengan diameter(D) sama dengan tinggi

(H)

V =14 × 휋 × 퐷 = 3801.60푚

Jadi, dimensitangkipenampungair:

Diameter(D) = 16.92m

Tinggi(H) = 16.92m

Tugas 8 Paal (Shinta Lieviana Handoko)

Documents

Transcript of Tugas 8 Paal (Shinta Lieviana Handoko)