Tugas Kimia Air rujito

TUGAS MATA KULIAH

KIMIA AIR

Disusun oleh

RUJITO SESARIO S061508004

PROGRAM STUDI ILMU KIMIA

FAKULTAS PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

I. PENDAHULUAN

Air hujan yang meresap ke bawah permukaan tanah dalam bentuk peresapan, dalam

perjalanannya membawa unsur-unsur kimia. Komposisi kimia air ini memberikan beberapa

pengaruh terhadap berbagai kegiatan pemanfaatannya seperti pertanian, industri maupun

domestik. Komposisi zat terlarut dalam air tanah dapat dikelompokkan menjadi empat

kelompok (Hadipurwo, 2006):

1. Unsur utama (major constituents), dengan kandungan 1,0-1000 mg/L, yakni: natrium

(Na), kalsium (Ca), magnesium (Mg), bikarbonat (HCO3), sulfat (S), klorida (Cl),

silika (Si).

2. Unsur sekunder (secondary constituents), dengan kandungan 0,01-10 mg/L, yakni besi

(Fe), strountium (Sr), kalium (K), karbornat (CO3), nitrat (NO3), florida (F), boron

(B).

3. Unsur minor (minor constituents), dengan kandungan 0,0001-0,1 mg/L, yakni atimon,

aluminium, arsen, barium, brom, cadmium, krom, kobalt, tembaga, germanium,

jodium, timbal, litium, mangan, molibdiunum, nikel, fosfat, rubidium, selenium,

titanium, uranium, vanadium, seng.

4. Unsur langka (trace constituents), dengan kandungan biasanya kurang dari 0,001

mg/L, yakni berilium, bismut, cerium, cesium, galium, emas, indium, lanthanum,

niobium, platina, radium, ruthenium, scandium, perak, thalium, tharium, timah,

tungsten, yttrium, zirkon.

II. ISI

A. Sifat kimia di dalam perairanSifat kimia sangat berguna untuk menentukan kualitas air. Sifat kimia ini antara lain

kesadahan total, Jangka waktu padatan terlarut (total dissolved solids), daya hantar listrik

(electric conductance). Kesadahan ada dua macam, yaitu kesadahan karbonat dan kesadahan

non karbonat. Air dengan kesadahan tinggi sukar melarutkan sabun, klasifikasi air

berdasarkan kesadahan disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Parameter air berdasarkan kesadahan karbonat

Kesadahan (mg/L CaCO3) Kelas Air0 – 75 Lunak

75 – 150 Menengah150 – 300 Keras

> 300 Sangat Keras

Daya Hantar Listrik adalah sifat menghantarkan listrik dari air. Air yang banyak

mengandung garam akan mempunyai DHL tinggi. Pengukurannya dengan alat Electric

Conductivity Meter (EC Meter), yang satuannya adalah mikromhos/cm atau μmhos/cm atau

μsiemens/cm sering ditulis μS/cm. Air tanah pada umumnya mempunyai harga 100 - 5000

μmhos. Besaran DHL dapat dikonversikan menjadi jumlah garam terlarut (mg/l), yaitu: 10

m3 μmhos/cm = 640 mg/l atau 1 mg/l = 1,56 mmhos/cm (1,56 μS/cm). Hubungan antara

harga DHL dengan jumlah garam yang terlarut secara tepat perlu banyak koreksi seperti

temperatur pengukuran, maupun tergantung juga dengan jenis garam yang terlarut, tetapi

secara umum angka tersebut di atas sedikit banyak dapat mewakili. Parameter air berdasarkan

daya hantar listrik disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Klasifikasi air berdasarkan harga Daya Hantar Listrik (DHL)

DHL (mmhos/cm pada 25°C) Macam Air

0,055 Air murni0,5 - 5,0 Air suling5 - 30 Air hujan

30 - 2000 Air tanah35.000 - 45.000 Air laut

Bates dan Jackson (1983) dalam Dictionary of Geological Terms mendefinisikan kimia air

sebagai “ilmu yang mempelajari sifat kimia perairan dan permukaan, terutama hubungan

antara sifat – sifat kimia dan kualitas air dengan kondisi geologi wilayah tempat air dan

permukaan tersebut berada”. Sifat kimia air merupakan salah satu utama yang mempengaruhi

kualitas perairan selain sifat fisik dan biologi. Sifat kimia sangat berguna untuk menentukan

kualitas air. Sifat kimia ini antara lain kesadahan total, Jangka waktu padatan terlarut (total

dissolve solid), daya hantar listrik (conductivity electric), keasaman dan kandungan ion.

Kandungan ion yang penting yaitu magnesium (Mg), kalsium (Ca), Kalium (K), Natrium

(Na), sulfat (SO4), nitrat (NO3), alkalinitas klorida (Cl) Dan (HCO3).

1. Magnesium (Mg2+)

Magnesium (Mg2+) sebagai kation dijadikan parameter besar kecilnya terhadap

pengaruh kelarutan perairan. Magnesium pada batuan berasal dari mineral-mineral

feromagnesium berwarna Gelap, yakni olivin, piroksen, amfibol. Dalam batuan alterasi Hadir

hearts klorit, montmorilonit. Magnesium juga terkandung dalam sedimen karbonat sebagai

magnesit dan hidromagnesit, Serta hidroksida. Jika Magnesium sulfat dilarutkan dalam air

secara kimiawi akan menjadi netral dan dikenal dengan kesadahan non alkali. Bahan tersebut

disebut bahan kimia sadah permanen dan membentuk kerak yang keras pada permukaan

boiler yang sulit dihilangkan. Bahan kimia sadah non-alkali terlepas dari larutannya karena

penurunan daya larut dengan meningkatnya suhu, dengan pemekatan karena penguapan yang

berlangsung dalam boiler, atau dengan perubahan bahan kimia menjadi senyawa yang sukar

larut.

2. Kalsium (Ca2+)

Nilai Kandungan kalsium (Ca2+) terlarut akan digunakan untuk menganalisis pengaruh

terhadap komposisi kimia perairan. Kalsium adalah salah satu unsur penting dalam mineral-

mineral batuan seperti pada rantai silika, piroksen, amfibol dan feldspar. Umumnya

mempunyai konsentrasi yang rendah karena laju dekomposisinya dambat. Kebanyakan

kalsium terdapat pada batuan sedimen karbonat. Kalsium dapat terkandung dalam bentuk

gipsum (CaSO4.2H2O), anhidrit (CaSO4), dan florit (CaF2) selain itu dalam batu pasir sebagai

semen. Kalsium larut dalam air membentuk larutan basa/kali dan garam-garam tersebut

dikenal dengan kesadahan alkali. Garam-garam tersebut terurai dengan pemanasan,

melepaskan karbondioksida dan membentuk lumpur lunak, yang kemudian mengendap.

3. Kalium (K+)

Kalium merupakan kation yang tidak dominan ditemukan di dalam perairan. Terdapat

dalam bentuk batuan sedimen, mika, leucite feldspathoid (KAlSi2O6). Dalam batuan sedimen

Kalium umumnya hadir sebagai feldspar, dan mineral lempung lainnya.

4. Sodium (Na+)

Sodium pada golongan logam alkali. Dalam batuan sedimen, Sodium hadir dan

Tersimpan waktu yang lama akan mempunyai konsentrasi Na+ yang tinggi.

5. Sulfat (SO42-)

Kandungan sulfat (SO42-) terlarut merupakan parameter utama yang digunakan untuk

menentukan ada tidaknya Proses oksidasi mineral sulfida Terhadap komposisi kimia air

tanah. Sumber sulfat berasal dari mineral gipsum (CaSO4.2H2O) dan anhidrit mineral

(CaSO4) Yang akan mudah terlarut menjadi Ca2+ Dan SO42-.

6. Nitrat (NO3)

Nitrat (NO3) merupakan anion yang vital. Nitrat dengan konsentrasi tinggi merupakan

dapat mengindikasikan adanya Sumber polutan pada perairan. Kandungan nitrat umumnya

kurang dari 10 mg/L untuk analisis airtanah dengan komposisi biasa. Tingginya konsentrasi

nitrat (NO3) perairan disebabkan karena adanya aktivitas mikroba nitrat.

Kadar nitrat Lebih dari 5 mg/L menggambarkan terjadinya pencemaran antropogenik

yang berasal dari aktivitas manusia dan kotoran hewan. Air hujan memiliki kadar nitrat

Sekitar 0,2 mg/L. Pada perairan yang menerima aliran air daerah adalah pertanian akan

cenderung lebih banyak mengandung kadar nitrat can be mencapai 1.000 mg/L.

7. klorida (Cl-)

Analisis klorida (Cl) dimaksudkan untuk menganalisa nilai ketidakseimbangan

kation-anion hasil temuan dengan perhitungan. Selain itu klorida dapat digunakan untuk

menganalisa dan mengetahui seberapa besar kadar Natrium Klorida (NaCl) yang terlarut di

udara. Pelapukan batuan dan tanah dapat juga melepaskan klorida ke perairan.

8. Alkalinitas (HCO3-)

Tingkat kebasaan suatu sampel pada perairan dinyatakan dengan nilai yang disebut

alkalinitas. Dengan kata alkalinitas dapat diartikan sebagai seberapa besar asam yang

digunakan pada perairan menetralkan pH. Tingginya alkalinitas udara disebabkan Oleh

ionisasi asam karbonat, terutama pada udara yang banyak mengandung karbondioksida

(kadar CO2 mengalami saturasi/penjenuhan). Karbondioksida bereaksi dengan basa yang

terdapat pada batuan dan tanah membentuk bikarbonat.

9. Silika (Si)

Silika juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium, membentuk silikat

kalsium dan magnesium dengan daya konduktivitas panas yang rendah. Silika dapat

meningkatkan endapan padasirip turbin, setelah terbawa dalam bentuk tetesan air dalam

steam, atau dalam bentuk yang mudah menguap dalam steam pada tekanan tinggi.

Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak silika yang

keras.

B. Boiler

B. 1. Pengertian BoilerBoiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai

terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian

digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan

murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam,

volumenya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk

mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan

dijaga dengan sangat baik.

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar.

Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan

steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam

mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem

pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan

kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan

yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan dalam sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan

bakar yang digunakan pada sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua

sumber air umpan adalah:

1. Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali ke proses.

2. Air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar

ruang boiler ke plant proses.

B. 2. Klasifikasi BoilerSetelah mengetahui proses singkat sistem boiler dan komponen pembentuk sitem

boiler, selanjutnya kita perlu mengetahui jenis-jenis boiler. Berbagai jenis boiler yang telah

berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk-produk boiler

sebelumnya. Berikut adalah klasifikasi boiler tipe Fire Tube disajikan pada Gambar 1.

Berdasarkan tipe pipa:

1. Fire Tube Boiler.

Gambar 1. Fire Tube Boiler.

Cara kerja:

Proses pengapian terjadi di dalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan

dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi boiler

mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut. Karakteristik:

- Biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil (12.000 kg/jam)

dengan tekanan rendah sampai sedang (18 kg/cm2).

- Dalam operasinya dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas atau bahan

bakar padat.

- Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler dikonstruksi sebagai

paket boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

2. Water Tube Boiler

Klasifikasi boiler tipe Water Tube Boiler disajikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Water Tube Boiler.

Cara kerja:

Proses pengapian terjadi di luar pipa. Panas yang dihasilkan digunakan untuk

memanaskan pipa yang berisi air. Air umpan itu sebelumnya dikondisikan terlebih

dahulu melalui economizer. Steam yang dihasilkan kemudian dikumpulkan terlebih

dahulu di dalam sebuah steam drum sampai sesuai. Setelah melalui tahap secondary

superheater dan primary superheater, baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi.

Karakteristik:

- Tingkat efisiensi panas yang dihasilkan cukup tinggi.

- Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

Sehingga air harus dikondisikan terhadap mineral dan kandungan-kandungan

lain yang larut dalam air.

- Kapasitas steam antara 4.500-12.000 kg/jam dengan tekanan sangat tinggi.

- Menggunakan bahan bakar minyak dan gas untuk water tube boiler yang

dirakit dari pabrik

- Menggunakan bahan bakar padat untuk water tube boiler yang tidak dirakit di

pabrik.

Tabel 3. Keuntungan Dan Kerugian Boiler Berdasarkan Tipe Pipa

Tipe boiler Keuntungan Kerugian

Fire tube boiler

Proses pemasangan mudah

dan cepat.

Tidak membutuhkan setting

khusus

Tekanan operasi steam terbatas

untuk tekanan rendah (18 bar)

Investasi awal boiler ini

murah

Kapasitas steam relatif kecil (13.5

TPH) jika dibanding dengan water

tube

Bentuknya lebih compact

dan portable

Tempat pembakarannya sulit

dijangkau untuk dibersihkan,

diperbaiki dan diperiksa

kondisinya.

Tidak membutuhkan area

yang besar untuk 1 HP

boiler

Nilai efisiensinya rendah, karena

banyak energi kalor yang terbuang

Water Tube

Boiler

Kapasitas steam besar

sampai 450 TPH

Proses konstruksi lebih detail

Tekanan operasi mencapai

100 bar

Investasi awal relatif lebih mahal

Nilai efisiensinya relatif

lebih tinggi dari fire tube

boiler

Penanganan air yang masuk ke

dalam boiler perlu dijaga, karena

lebih sensitif untuk sistem ini.

Perlu komponen pendukung untuk

hal ini.

Tungku mudah dijangkau

untuk melakukan

pemeriksaan, pembersihan,

dan perbaikan

Karena mampu menghasilkan

kapasitas dan steam yang lebih

besar, maka konstruksinya

membutuhan area yang lebih luas.

Klasifikasi boiler berdasarkan bahan bakar yang digunakan.

1. Solid fuel

Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar padat

(batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan

sumber panas.

Karakteristik:

- Harga bahan baku relatif lebih murah dari boiler yang menggunakan bahan

bakar cair dan listrik

- Nilai efisiensinya lebih baikdari boiler tipe listrik.

2. Oil fuel

Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar cari

(solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

Karakteristik:

- Harga bahan baku pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe

boiler.

- Nilai efisiensinya lebih baik dari boiler berbahan bakar padat dan listrik

3. Gaseous Fuel

Pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas (LNG) dengan

oksigen dan sumber panas.

Karakteristik:

- Harga bahan baku pembakaran paling murah dibandingkan semua tipe boiler

- Nilai efisiensi lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler

4. Elektrik

Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas.

Karakteristik:

- Harga bahan baku relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang

menggunakan bahan bakar cair

- Nilai efisiensinya paling rendah dari semua tipe boiler

Tabel 4. Keuntungan Dan Kerugian Boiler Berdasarkan Bahan Bakar

No. Tipe boiler Keuntungan Kerugian

1. Solid fuel

Bahan baku mudah

didapatkan

Sisa pembakaran sulit

dibersihkan

Murah konstruksinya Sulit mendapatkan bahan

baku yang baik

2. Oil fuel

Sisa pembakaran tidak

banyak dan lebih mudah

dibersihkan

Harga bahan baku paling

mahal

Bahan bakunya mudah

didapatkan

Biaya konstruksi mahal

3. Gaseous fuel

Harga bahan bakar paling

murah

Biaya konstruksi mahal

Paling banyak nilai

efisiensinya

Sulit didapatkan bahan

bakunya, harus ada jalur

distribusi

4. Electric

Paling mudah perawatannya Paling buruk nilai

efisiensinya

Mudah konstruksinya dan

mudah didapatkan

sumbernya

Temperatur pembakaran

paling rendah

Klasifikasi Boiler Berdasarkan Kegunaan Boiler:

1. Power Boiler

Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler, hasil steam

yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu

memutar steam turbin dan menghasilkan listrik dari generator.

Karakteristik:

- Kegunaan utamanya sebagai penghasil steam untuk pembangkit listrik.

- Sisa steam digunakan sebagai proses industri.

2. Industrial Boiler

Steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube boiler atau

fire tube boiler.

Karakteristik:

- Kegunaan steam utamanya untuk menjalankan proses industri dan sebagai

tambahan panas.

- Steam memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang sedang.

3. Komersial Boiler

Steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube boiler atau

fire tube boiler.

Karakteristik:

- Kegunaan steam utamanya untuk menjalankan proses operasi komersial.

- Steam memiliki kapasitas yang besar dan tekanan rendah.

4. Residential Boiler

Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe fire tube boiler.

Karakteristik:

- Memiliki tekanan dan kapasitas steam yang rendah.

- Kegunaan utamanya yaitu sebagai penghasil steam tekanan rendah yang

digunakan untuk perumahan.

5. Heat Recovery Boiler

Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler atau fire

tube boiler.

Karakteristik:

- Steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar.

- Kagunaan utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak

terpakai

- Hasil steam ini digunakan untuk menjalankan proses industri. Keuntungan

Dan Kerugian Boiler Berdasarkan Kegunaan disajikan pada Tabel 5.

Tabel 5. Keuntungan Dan Kerugian Boiler Berdasarkan Kegunaan.

No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian

1. Power Boiler

Dapat menghasilkan listrik

dan sisa steam dapat untuk

menjalankan proses

industri

Konstruksi awal relatif

mahal

Steam yang dihasilkan

memiliki tekanan tinggi

Perlu diperhatikan factor

safety

2. Industrial Boiler

Penanganan boiler lebih

mudah


memiliki tekanan rendah.


murah

3. Commercial Boiler


mudah


memiliki tekanan rendah


murah

4. Residential Boiler


mudah




murah

5.Heat Recovery

Boiler


mudah




murah

Klasifikasi Boiler Berdasarkan Konstruksi Boiler.

1. Package Boiler

Disebut package boiler karena sudah tersedia sebagai paket yang lengkap

pada saat dikirim ke pabrik. Hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan

bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya

merupakan tipe fire tube boiler dengan transfer panas yang tinggi baik radiasi

maupun konveksi.

Ciri-ciri package boiler:

- Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan

penguapan yang lebih cepat.

- Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki

perpindahan panas konvektif yang baik.

- Sistem forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang

baik.

- Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang

baik.

- Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler

lainnya.

Boiler tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah pass nya yaitu berapa

kali gas pembakaran melintasi boiler. Ruang pembakaran ditempatkan sebagai

lintasan pertama setelah itu kemudian satu, dua, atau tiga set pipa api. Boiler yang

paling umum dalam kelas ini adalah unit tiga pass dengan dua set fire tube dan

gas buangnya keluar dari belakang boiler. Jenis Boiler 3 pass, bahan bakar minyak

disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Jenis Boiler 3 pass, bahan bakar minyak.

2. Site Erected Boiler

Tipe site erected boiler perakitannya biasanya dilakukan ditempat akan

berdirinya boiler tersebut. Pengiriman dilakukan per komponen. Keuntungan Dan

Kerugian Boiler Berdasarkan Konstruksi disajikan pada Tabel 6.

Tabel 6. Keuntungan Dan Kerugian Boiler Berdasarkan Konstruksi


1. Package BoilerMudah pengirimannya Terbatas tekanan dan kapasitas

kerjanya

Dibutuhkan waktu yang

singkat untuk

pengoperasian setelah

pengiriman

Komponen-komponen boiler

tergantung pada produsen boiler

2.Site Erected

Boiler

Tekanan dan kapasitas

kerjanya dapat disesuaikan

keinginan.

Sulit pengirimannya, memakan

biaya yang mahal.

Komponen-komponen

boiler dapat dipadukan

dengan produsen lain.

Perlu waktu yang cukup lama

setelah boiler berdiri, setelah

proses pengiriman.

Klasifikasi Boiler Berdasarkan Tekanan Kerja Boiler.

1. Low Pressure Boilers

Tipe ini memiliki tekanan steam operasi kurang dari 15 psig, menghasilkan air

panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 0F.

2. High Pressure Boilers

Tipe ini memiliki tekanan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air

panas dengan tekanan diatas 160 psig dan temperatur diatas 250 0 F. Keuntungan

dan kerugian Boiler berdasarkan tekanan kerja disajikan pada Tabel 7.

Tabel 7. Keuntungan dan Kerugian Boiler berdasarkan tekanan kerja


1. Low Pressure

Tekanan rendah sehingga

penanganannya tidak

terlalu rumit

Tekanan yang dihasilkan

rendah, tidak dapat

membangkitkan listrik.

Area yang dibutuhkan

tidak terlalu besar, dan

biaya konstruksi tidak

lebih mahal dari high

pressure boiler

2. High Pressure

Tekanan yang dihasilkan

tinggi sehingga dapat

membangkitkan listrik

dan sisanya dapat didaur

ulang untuk

mengoperasikan proses

industri

Tekanan tinggi sehingga

penanganannya perlu

diperhatikan aspek

keselamatannya.

Area yang dibutuhkan besar

dan biaya konstruksi lebih

mahal dari low pressure boiler

Klasifikasi Boiler Berdasarkan cara pembakaran

1. Stoker Fired Boilers

Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh

jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah spreader stoker dan chain-gate atau traveling-

gate stoker.

1. a. Spreader stokers

Spreader stokers memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan

pembakaran grate. Batubara diumpankan secara kontinyu ke tungku diatas bed

pembakaran batubara. Batubara yang halus dibakar dalam suspensi, partikel yang

lebih besar akan jatuh ke grate, dimana batubara ini akan dibakar dalam bed batubara

yang tipis dan pembakaran cepat. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas

yang baik terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir terjadi secara

cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena kelebihan dalam metode pembakaran

ini, spreader stoker lebih banyak digunakan dalam penerapannya di industri. Spreader

Stoker Boiler disajikan pada Gambar 4.

Gambar 4. Spreader Stoker Boiler.

1. b. Chain-grate atau traveling-grate stoker

Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Ketika grate

bergerak sepanjang tungku, batubara terbakar sebelum jatuh pada ujung sebagai abu.

Diperlukan tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate, damper udara

dan baffles, untuk menjamin pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal

mungkin jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu. Hopper umpan batubara

memanjang di sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada tungku. Sebuah grate

batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara yang diumpankan ke

tungku dengan mengendalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara harus

seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan terbakar sempurna pada waktu

mencapai ujung grate. Traveling Grate Boiler disajikan pada Gambar 5.

Gambar 5. Traveling Grate Boiler.

2. Pulverized Fuel Boiler

Kebanyakan boiler stasiun pembangkit tenaga yang berbahan bakar batubara

menggunakan batubara halus, dan banyak boiler pipa air di industri yang lebih besar juga

menggunakan batubara yang halus. Teknologi ini berkembang dengan baik dan lebih dari 90

persen kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini.

Untuk batubara jenis bituminous, batubara digiling sampai menjadi bubuk halus, yang

berukuran +300 micrometer (μm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75

microns sebesar 70-75 persen. Hal yang harus diperhatikan dalam penggunaan batu bara

halus yaitu bubuk yang terlalu halus akan memboroskan energi penggilingan. Sebaliknya,

bubuk yang terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna pada ruang pembakaran dan

menyebabkan kerugian yang lebih besar karena bahan yang tidak terbakar. Batubara bubuk

dihembuskan dengan sebagian udara pembakaran masuk menuju plant boiler melalui

serangkaian nosel burner. Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan. Pembakaran

berlangsung pada suhu dari 1300 - 1700 °C, tergantung pada kualitas batubara. Waktu tinggal

partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel harus cukup kecil untuk

pembakaran yang sempurna. Kelebihan dari sistem pulverized fule boiler yaitu kemampuan

membakar berbagai kualitas batubara, respon yang cepat terhadap perubahan beban muatan,

penggunaan suhu udara pemanas awal yang tinggi dll. Salah satu sistem yang paling populer

untuk pembakaran batubara halus adalah pembakaran tangensial dengan menggunakan empat

buah burner dari keempat sudut untuk menciptakan bola api pada pusat tungku.

3. Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC)

Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) memiliki kelebihan dibandingkan dengan

sistem pembakaran kovensional dan memberikan banyak keuntungan antara lain rancangan

boiler yang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan

berkurangnya emisi polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat

dibakar dalam boiler ini adalah batubara, barang tolakan dari tempat pencucian pakaian,

sekam padi, bagas & limbah pertanian lainnya. Boiler fluidized bed memiliki kisaran

kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 Ton/jam sampai lebih dari 100 Ton/jam.

Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui bed

partikel padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu

pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah

suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara sehingga bed tersebut disebut

“terfluidisasikan”. Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan

gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan bed yang

rapat. Bed partikel padat menampilkan sifat cairan mendidih dan terlihat seperti fluida yang

disebut “bed gelembung fluida (bubbling fluidized bed)”. Jika partikel pasir dalam keadaan

terfluidisasikan dipanaskan hingga ke suhu nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara

terus menerus ke bed, batubara akan terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang

seragam. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840°C

hingga 950°C. Karena suhu ini jauh berada dibawah suhu fusi abu, maka pelelehan abu dan

permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Suhu pembakaran yang lebih rendah

tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai akibat pencampuran cepat

dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari bed melalui perpindahan panas pada

pipa dan dinding bed. Kecepatan gas dicapai diantara kecepatan fluidisasi minimum dan

kecepatan masuk partikel. Hal ini menjamin operasi bed yang stabil dan menghindari

terbawanya partikel dalam jalur gas.

4. Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah Atmospheric Fluidized Bed

Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini hanya berupa shell boiler konvensional biasa yang

ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistem seperti telah dipasang digabungkan

dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional. Prinsip kerja dari boiler ini yaitu

batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm tergantung pada tingkatan batubara dan

jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir yang bertindak sebagai udara

fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh

gas buang bahan bakar. Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai

evaporator. Produk gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu

mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke

atmosfir.

5. Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler

Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor

memasok udara Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju

panas yang dilepas dalam bed sebanding dengan tekanan bed sehingga bed yang dalam

digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar panas. Hal ini akan meningkatkan efisiensi

pembakaran dan peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan

pipa, satu di bed dan satunya lagi berada diatasnya. Gas panas dari cerobong menggerakan

turbin gas pembangkit tenaga. Sistem PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan kogenerasi

(steam dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan (combined cycle). Operasi

combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan

sebesar 5 hingga 8 persen.

6. Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)

Dalam sistem sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk padatan melayang

dari bed. Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam pengangkat padatan, dan

sebuah down-comer dengan sebuah siklon merupakan aliran sirkulasi padatan. Tidak terdapat

pipa pembangkit steam yang terletak dalam bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih

steam berlangsung di bagian konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser. Boiler

CFBC pada umumnya lebih ekonomis daripada boiler AFBC, untuk penerapannya di industri

memerlukan lebih dari 75 – 100 Ton/jam steam. Untuk unit yang besar, semakin tinggi

karakteristik tungku boiler CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik,

partikel bahan bakar lebih besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang

efisien dan penangkapan SO2 yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan teknik

pembakaran untuk pengendalian NOx daripada pembangkit steam AFBC. CFBC Boiler

disajikan pada Gambar 6.

Gambar 6. CFBC Boiler.

Tugas Kimia Air rujito

Documents

Transcript of Tugas Kimia Air rujito