Pengadukan dan Pencampuran

Pengadukan dan Pencampuran

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).

gambar 1. (Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk)

Tujuan Pengadukan :

1.  Mencampur dua cairan yang saling melarut
2.  Melarutkan padatan dalam cairan
3.  Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung

-          untuk mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan koil pemanas dan jacket pada dinding bejana.

Pencampuran adalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau lebih. Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuah tangki berpengaduk. Hal ini dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Faktor-faktor yang mempengaruhi  proses pengadukan dan pencampuran diantaranya adalah perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk, bentuk dan jumlah pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida yang diaduk yaitu densitas dan viskositas. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut.

Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :

1.  .  Mekanisme konvektif : pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan  (bulk flow).
2.   .  Eddy diffusion : pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran.
3.     Diffusion : pencampuran karena gerakan molekuler.

Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan adalah densitas dan viskositas.Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu :

Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase multikomponen.Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian dari sistem yang tidak seragam.Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi.

Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang yang luas, diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair, kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.Dimensi dan Geometri TangkiKapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu p ertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida dalam kapasitas tertentu ditempatkan pada sebuah wadah dengan besarnya diameter tangki sama dengan ketinggian fluida. Rancangan ini ditujukan untuk mengoptimalkan kemampuan pengaduk untuk  menggerakkan  dan membuat pola  aliran fluida yang melingkupi seluruh bagian fluida dalam tangki.

Persamaan (1) merupakan rumus dari volume sebuah tangki silinder. Sehingga salh satu pertimbangan awal untuk merancang alat ini adalah dengan mencari nilai dari diameter yang sama dengan tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam pengadukan dan pencampuran. Diameter tangki ditentukan  dengan persamaan (2). Tangki dengan diamter yang lebih kecil dibandingkan ketinggiannya memiliki kecendrungan menambah jumlah pengaduk yang digunakan.

dengan D = t

Rancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan perbandingan terhadap komponen-komponen yang menyusunnya ditunjukkan pada gambar 1.

Hubungan dari dimensi pada gamba 1 adalah :

Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinya dead zone yaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran pengaduk. Geometri dimana terjadinya dead zone biasanya berbentuk sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya.

Posisi Sumbu Pengaduk

Pada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki (Center). Posisi ini memiliki pola aliran yang khas. Pada tangki tidak bersekat dengan pengaduk yang berputar ditengah, energi sentrifugal yang bekerja pada fluida meningkatkan ketinggian fluidapada dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola  ini biasa disebut dengan pusaran (vortex) dengan pusat pada sumbu pengaduk. Pusaran ini akan menjadi semakin besar seiring dengan peningkatan kecepatan putaran yang juga meningkatkan turbulensi dari fluida yang diaduk.. Pada sebuah proses dispersi gas-cair, terbentuknya pusaran tidak diinginkan. Hal ini disebabkan pusaran tersebut bisa menghasilkan dispersi udara yang menghambat dispersi gas ke cairan dan sebaliknya.

Gambar 3. (Posisi Center dari sebuah Pengaduk  yang menghasilkan Vortex

Salah satu upaya untuk menghilangkan pusaran ini adalah dengan merubah posisi sumbu pengaduk. Posisi tersebut berupa posisi sumbu pengaduk tetap tegak lurus namun berjarak dekat dengan dinding tangki (off center) dan posisi sumbu berada pada arah diagonal (incline). Perubahan posisi ini menjadi salah satu variasi dalam penelitian yang dilakukan.

Sekat dalam Tangki

Sekat (Baffle) adalah lembaran vertikal datar yang ditempelkan pada dinding tangki. Tujuan utama menggunakan sekat dalam tangki adalah memecah terjadinya pusaran saat terjadinya pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbu pengaduk pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya pemakaian sekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada bertambahnya kebutuhan daya pengadukan. Sekat pada tangki juga membentuk distribusi konsentrasi yang lebih baik di dalam tangki, karena pola aliran yang terjadi terpecah menjadi empat bagian. Penggunaan ukuran sekat yang lebih besar mampu menghasilkan pencampuran yang lebih baik.

Gambar 4. (Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan kualitas pencampuran)

Pada saat menggunakan empat sekat vertikal seperti pada gambar 4 biasa menghasilkan pola putaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan sebaiknya berukuran 1/12 diameter tangki.

Pengaduk

Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran.

Jenis-jenis Pengaduk

Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secara umum, yaitu pengaduk baling – baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon.

Pengaduk jenis baling-baling (propeller)

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.

Gambar 5. Pengaduk jenis Baling-baling (a),Daun Dipertajam (b),Baling-baling kapal (c)

Baling-baling ini digunakan  pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

Pengaduk Dayung (Paddle)

Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kesepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya.

Gambar 6. Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua

Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil. Sebuah dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam pengadukan. Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik.

Pengaduk Turbin

Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diamter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk. Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas.

Gambar 7. Pengaduk Turbin pada bagian variasi.

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang terlihat pada gambar 8, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam suspensi padat. Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.

Gambar 8. Pengaduk Turbin Baling-baling.

Pengaduk Helical-Ribbon.

Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.

Gambar 9. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral

Kecepatan Pengaduk

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.

Kecepatan putaran rendah.

Kecepatan rendan yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.

Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakan batch yang empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.Kecepatan putaran sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis.

Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas yang rendah, mengurangi waktu pencampuan, mencampuran larutan dengan viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan.Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air.

Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat lama atau perbedaan viskositas sangat besar.

Jumlah Pengaduk Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya  untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dann diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antar pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki.

Pemilihan Pengaduk.

Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah :

Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP).Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp).Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan  untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP).Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

Gambar 10. Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller, 

(b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon

Kebutuhan Daya Pengaduk

Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

Bilangan Reynold

Bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan yang terjadi bisa diketahui bilangan Reynold-nya dengan menggunakan persamaan 

Bilangan Fraude

Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi.

Bilangan Fraude bukan merupakan  variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.

Laju dan Waktu Pencampuran

Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga diperoleh keadaan yang homogen untuk menghasilkan campuran atau produk dengan kualitas yang telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran (rate of mixing) adalah laju dimana proses pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir.

Pada operasi pencampuran dalam tangki berpengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal :

1.       Yang berkaitan dengan alat, seperti :

      ·    Ada tidaknya baffle atau cruciform vaffle

      ·    Bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propele, padel)

      ·    Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)

      ·    Laju putaran pengaduk

      ·    Ledudukan pengaduk pada tangki, seperti :

       a.    Jarak pengaduk terhadap dasar tangki

                      b.    Pola pemasangan :

                                   - Center, vertikal

                                   - Off center, vertical

                                   - Miring (inclined) dari atas

                                   - Horisontal

      ·     Jumlah daun pengaduk

      ·     Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk

      2.     Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk :

·         Perbandingan kerapatan atau densitas cairan yang diaduk

·         Perbandingan viskositas cairan yang diaduk

·         Jumlah kedua cairan yang diaduk

             .    Jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)

Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap waktu pencampuran.

Read More... »

water treatment (PENGOLAHAN &PENYEDIAAN AIR)

Air adalah zat yang sangat dibutuhkan oleh manusia maupun hewan dan tumbuh-tumbuhan. Planet bumi ini hampir 70% luas permukaannya diisi oleh air, dengan sumber utamanya adalah air laut. Laut dan sumber-sumber air lain di alam ini merupakan suatu mata rantai yang membentuk siklus yang dikenal sebagai daur hidrologi (hydrology cycle).

1.      SUMBER-SUMBER AIR

Sumber-sumber air yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan adalah sebagai berikut:

1)      Air laut :

Air laut memiliki kandungan garam-garam yang cukup banyak jenisnya dan salah satu diantaranya adalah garam NaCl (2,7%)

2)      Air tawar :

Air tawar dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu :

- Air hujan

Air hujan merupakan sumber air yang sangat penting terutama bagi daerah yang tidak memiliki atau memiliki sedikit sumber air tanah maupun air permukaan.

- Air Permukaan

Air permukaan merupakan air baku utama bagi produksi air minum di kota-kota besar. Sumber air permukaan dapat berupa sungai, danau, mata air, waduk, empang, dan air dari saluran irigasi.

- Air Tanah

Air tanah merupakan sumber air yang berbentuk mata air atau sumur.

2.      PENGGUNAAN AIR DI INDUSTRI

Air bagi suatu industri adalah bahan penunjang baik untuk kegiatan langsung atau tak langsung. Penggunaan air di industri biasanya untuk mendukung beberapa sistem, antara lain :

- Sistem pembangkit uap (boiler)

- Sistem pendingin

- Sistem pemroses (air proses)

- Sistem pemadam kebakaran

- Sistem air minum

Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut. Air yang berasal dari alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang diperlukan sehingga harus menjalani proses pengolahan lebih dahulu.

3.       KLASIFIKASI PENGOLAHAN AIR

3.1. Pengolahan Eksternal

Pengolahan eksternal dilakukan di luar titik penggunaan air yang bertujuan untuk mengurangi atau menghilangkan impurities. Jenis-jenis proses pengolahan :

- Sedimentasi

Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah dengan melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap tersebut.

- Filtrasi, Proses ini khusus untuk menghilangkan zat padat tersuspensi. Proses filtrasi bertujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi (suspended matter) dalam suatu fluida dengan cara melewatkan   tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori, misalnya : pasir, anthracite, karbon dan sebagainya.

- Pelunakan (softening)

- Deionisasi (Demineralization)

Pertukaran ion secara luas digunakan untuk pengolahan air dan limbah cair, terutama digunakan pada proses penghilangan kesadahan dan dalam proses demineralisasi air.

- Deaerasi

Aerasi adalah proses mekanis pencampuran air dengan udara. Tujuan aerasi adalah sebagai berikut :

1. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tak diinginkan seperti besi (Fe) dan mangan (Mn). 

2. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air terutama yang bersifat korosif.

3. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisme. Penurunan kualitas air tersebut disebabkan oleh bahan organik yang mengalami dekomposisi, sisa-sisa atau bahan-bahan hasil metabolisme mikroba.

3.2.Pengolahan Internal

Pengolahan internal adalah pengolahan yang dilakukan pada titik penggunaan air dan bertujuan untuk menyesuaikan (conditioning) air kepada kriteria kondisi sistem dimana air tersebut akan digunakan. Usaha untuk mencapai tujuan pengolahan internal dilakukan dengan penambahan berbagai bahan kimia ke dalam air yang diolah. Bahan bahan kimia tersebut, akan bereaksi dengan impurities sehingga tidak menimbulkan gangguan dalam penggunaan air tersebut. Oksigen, sebagai contoh, dapat diikat dengan menggunakan sodium sulfit atau hydrazine. Sifat lumpur yang dapat melekat pada logam peralatan proses dihilangkan dengan penambahan bahan-bahan organik yang termasuk dalam golongan tanin, lignin atau alginat.

Masalah-masalah umum yang membutuhkan pengolahan internal adalah :

(1) Masalah korosi

(2) Masalah pembentukan kerak

4.      KIMIA AIR

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur. Sebuah molekul terbentuk dari gabungan satu atau berbagai jenis atom. Sebagai contoh dua atom hidrogen digabung untuk membentuk molekul gas hidrogen.

H + H→H2

Penambahan satu atom oksigen pada satu molekul gas hidrogen tersebut menghasilkan molekul air.

H2 + O→H2O

Air adalah pelarut yang baik, oleh sebab itu di dalamnya air paling tidak terlarut sejumlah kecil zat-zat anorganik dan organik. Dengan kata lain, tidak ada air yang benar-benar murni dan ini menyebabkan dalam setiap analisis air ditemukan zat-zat lain.

5.      REAKSI HIDROLISA

Salah satu reaksi kimia air yang penting adalah reaksi hidrolisa dari garam-garam tertentu. Hidrolisa adalah reaksi kimia dimana suatu zat bereaksi dengan air membentuk asam dan ataupun basa. Reaksi-reaksi tersebut menyebabkan perubahan keasaman dan alkalinitas larutan dan sekaligus menyebabkan perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan masalah-masalah kimia yang lain. Zat yang dapat larut dalam air dan dapat menghasilkan ion hidroksi (OH-) atau karbonat (CO3 2-) disebut basa dan larutannya disebut larutan basa atau alkali. Basa dapat menetralkan asam. Asam adalah zat yang dapat menyebabkan ion hidrogen (H+) bertambah jika dilarutkan dalam air dan mempunyai kemampuan untuk menetralkan basa.  Basa dan asam bereaksi untuk membentuk garam sedemikian rupa sehingga larutan bersifat netral, alkali atau asam. Garam netral dibentuk oleh reaksi asam kuat dan basa kuat. Garam bersifat alkali didapat dari reaksi basa kuat dengan asam lemah, yang jika dilarutkan dalam air akan membentuk larutan dalam alkali. Contoh seperti NaHCO3 yang dibentuk dari NaOH (basa kuat) dengan H2CO3 (asam lemah). Garam bersifat asam terhidrolisa dalam air untuk membentuk kembali asam kuat dan basa lemah pembentuknya, seperti disajikan oleh reaksi berikut :

2 FeCl3 + 6 H2O 􀃆 2 Fe(OH)3 + 6 HCl

Besi Klorida (FeCl3) adalah garam bersifat asam dan Fe(OH)3 adalah basa lemah.

6.      ZAT-ZAT PENGOTOR DALAM AIR

Air menyerap zat-zat dalam perjalanan daur hidrologinya, sehingga menyebabkan air tersebut menjadi tidak murni lagi. Zat-zat itu disebut sebagai zat pengotor atau impurities. Zat pengotor dalam air pada dasarnya dapat dikelompokkan dalam tigagolongan, yaitu :Padatan tersuspensi, Padatan terlarut dan Gas terlarut.

6.1.padatan Tersuspensi dalam Air

Padatan tersuspensi merupakan istilah yang diterapkan pada zat heterogen yang terkandung dalam kebanyakan jenis air. Padatan tersuspensi terutama terdiri atas lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri. Padatan tersuspensi menyebabkan air menjadi keruh dan bila digunakan sebagai air umpan ketel akan menyebabkan terbentuknya deposit, kerak dan atau busa. Padatan tersuspensi dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan timbulnya korosi di bawah endapan tersebut.

6.2.Padatan Terlarut

Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan dan tanah yang terkontak dengannya. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut, antara lain : CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Air yang akan dipakai untuk pembangkit uap atau sistem pendingin mempunyai dua parameter penting yang merupakan akibat dari padatan terlarut, yaitu kesadahan (hardness) dan alkalinitas (alkalinity). Padatan terlarut lainnya, seperti garam terlarut, asam dan zat organik.

6.3.Kesadahan

Kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air merupakan indikasi kesadahan air. Kesadahan air terutama diakibatkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium. Sabun dalam air bereaksi lebih dulu dengan ion-ion ini sebelum dapat berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan air. Kerugian yang dapat timbul akibat adanya kesadahan dalam air industri diantaranya adalah pembentukan kerak dalam ketel dan sistem pendingin, selain itu pemakaian sabun akan meningkat bila kesadahan terdapat dalam air pencuci.

6.4.Alkalinitas (Alkalinity)

Alkalinitas air disebabkan oleh adanya senyawa alkalis dalam air. Alkalinitas didefinisikan sebagai ukuran dari kapasitas air untuk menetralkan asam. Alkalinitas dalam air ada tiga jenis yaitu: alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity), alkalinitas karbonat (CO3-alkalinity) dan alkalinitas bikarbonat (HCO3-alkalinity).  Alkalinitas yang cukup tinggi diperlukan pada air umpan ketel untuk mencegah korosi, akan tetapi kadar OH yang terlalu tinggi dapat menimbulkan "kerapuhan kaustik" (Caustic Embrittlement).

6.5.Gas Terlarut

Berbagai gas dapat larut dalam air, antara lain : CO2, O2, N2, NH3, NO2 dan H2S. Gas-gas yang terlarut tersebut pada umumnya tidak menimbulkan korosi kecuali CO2, O2 dan NH3. Karbon dioksida sesungguhnya adalah suatu asam jika bergabung dengan air, dan dengan demikian dapat menyerang logam. Oksigen terlarut dalam air merupakan penyebab utama terjadinya korosi pada ketel dan sistem pendingin. Penghilangan oksigen dari air umpan ketel dapat dilakukanndengan cara deaerasi secara fisik dan kimia

7.      PENGOLAHAN AIR UMPAN KETEL

Kebutuhan energi dan sistem pemanasan dalam industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang dibangkitkan dalam suatu ketel (boiler). Air yang berasal dari sungai, danau, dan sumur, tidak dapat langsung digunakan untuk air umpan ketel. Air yang digunakan harus diolah terlebih dahulu, karena jika tidak, maka masa pakai ketel akan berkurang. Penggunaan air umpan ketel yang tidak memenuhi persyaratan akan menimbulkan beberapa masalah, antara lain :

-Pembentukan Kerak Ketel

Kerak pada ketel dapat terjadi karena pengendapan (precipitation) langsung dari zat pengotor pada permukaan perpindahan panas, atau karena pengendapan zat tersuspensi dalam air yang kemudian, melekat pada logam dan menjadi keras. Kerak dapat mengakibatkan terjadinya pemanasan-lanjut setempat (local overheating) dan logam ketel gagal berfungsi (failure). Macam-macam kerak yang dapat terbentuk akibat senyawa-senyawa impurities pada air umpan ketel.

-Korosi pada Ketel

Pengertian korosi secara sederhana adalah perubahan kembali logam menjadi bentuk bijihnya. Proses korosi sebenarnya merupakan proses elektrokimia yang rumit dan kompleks. Korosi dapat menimbulkan kerusakan yang luas pada permukaan logam. Alkalinitas yang rendah dan adanya garam-garam dan padatan terlarut dalam air dapat membantu terjadinya korosi.

-Pembentukan busa

Pembentukan busa (foaming) adalah peristiwa pembentukan gelembunggelembung di atas permukaan air dalam drum boiler. Penyebab timbulnya busa adalah adanya kontaminasi oleh zat-zat organik atau zat-zat kimia yang ada dalam air ketel tidak terkontrol dengan baik. Busa dapat mempersempit ruang pelepasan uap-panas (steam-release space) dan dapat menyebabkan terbawanya air serta kotoran-kotoran bersama-sama uap air. Kerugian yang dapat ditimbulkan oleh hal ini adalah terjadinya endapan dan korosi pada logam-logam dalam sistem ketel. Untuk mengatasi permasalahan di atas perlu diterapkan persyaratan terhadap air umpan ketel.

8.      PERLAKUAN TERHADAP KONDENSAT (CONDENSATE TREATMENT)

Perlakuan 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 larut. Impurities tersebut dapat berupa mineral-mineral, kesadahan dan minyak. Condensate polishing dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah impurities tersebut agar dapat mencegah pembentukan kerak pada ketel dan turbin, dan meminimumkan pengaruh korosif. Tahap perbaikan kondensat merupakan kombinasi dari tahap filtrasi dan pertukaran ion. Sistem pertama yang dipakai adalah sistem filtrasi dan pertukaran ion secara terpisah. Filtrasi digunakan untuk menyaring pengotor tersuspensi dan minyak. Tahap 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 perbaikan. Alternatif lain yang dapat dipakai adalah penggunaan tahap filtrasi dan demineralisasi dalam satu alat.

9.      PENGOLAHAN AIR PENDINGIN

Air pendingin (cooling water) adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Sistem yang dilalui oleh aliran air pendingin disebut sebagai sistem air pendingin (cooling water system). Sistem air pendingin dibagi dalam dua jenis, yaitu jenis resirkulasi dan jenis sekalilewat (once-through). Pada jenis resirkulasi, air pendingin yang telah digunakan, digunakan kembali untuk keperluan yang sama, sedangkan pada sistem sekali-lewat air yang telah digunakan langsung dibuang. Jenis resirkulasi dibagi lagi dalam dua jenis, yaitu resirkulasi terbuka dan resirkulasi tertutup.

9.1.Persyaratan Air Pendingin

Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas (heat exchanger) dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Masalah yang sering timbul dalam sistem air pendingin adalah :

l. terjadinya korosi

2 pembentukan kerak dan deposit

3. terjadinya fouling akibat aktivitas mikroba

Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk yang diinginkan karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas. Pembentukan Kerak dan Deposit pada Sistem Air Pendingin Gangguan yang ditimbulkan oleh terbentuknya kerak antara lain : penurunan efisiensi perpindahan panas, naiknya kehilangan tekanan karena naiknya tahanan dalam pipa serta penyumbatan pada pipa-pipa berukuran kecil. Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisma yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas.

9.2.Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Terbuka

Sistem resirkulasi terbuka dibahas lebih dulu karena sistem ini memiliki masalah yang jauh lebih rumit, sehingga masalah dalam sistem ini telah mencakup pula masalah dalam sistem-sistem yang lain.

-Pengendalian Pembentukan Kerak

Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air. CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan terbentuk jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan ini yaitu dengan menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7 serta menggunakan inhibitor kerak berupa chemicals seperti polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat.

-Pengendalian Korosi

Pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan chemicals yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang umum dipakai adalah polifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif setelah kadarnya mencapai harga tertentu.

-Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan Tersuspensi

Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida).  Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang disirkulasi.

9.3.Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Tertutup dan Sistem Air Pendingin Sekali-Lewat

Sistem air pendingin dengan resirkulasi tertutup membutuhkan sejumlah kecil air make-up untuk mengurangi gangguan. Air demin atau kondensat uap, biasanya digunakan sebagai sebagai air make-up. Pada sistem air pendingin sekali-lewat, tidak ada proses pemekatan. Jika proses pemekatan tidak terjadi, maka kadar padatan terlarut relatif sama dengan air umpan. Kekurangan pada sistem ini adalah terjadi kenaikan temperatur, sehingga perlu usaha untuk menurunkan temperatur tersebut. Pengolahan seringkali dimaksudkan untuk mencegah atau meminimumkan kerak atau korosi dan juga berfungsi untuk mengurangi fouling yang disebabkan oleh padatan tersuspensi dan organisme laut. Chemicals yang digunakan untuk maksud tersebut identik dengan yang dipakai untuk resirkulasi terbuka, kecuali pada pengendalian korosi. Pemakaian inhibitor korosi pada sistem ini sama sekali tidak praktis, sehingga masalah korosi ditangani dengan cara melapisi permukaan peralatan dengan serat yang diperkuat dengan plastik, semen, atau menggunakan peralatan yang tahan terhadap korosi.

Read More... »