ANALISA WATER TREATMENT AIR UMPAN PADA BOILER PTPN IV UNIT USAHA SAWIT - LANGKAT LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan program pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh : Anggi Syaputra Nasution NIM.1105051005
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2014
i
INTISARI
Pengolahan air umpan boiler antara lain ditujukan untuk mengurangi kandungan kation dan anionseperti senyawa sadah dan alkalinitas. Teknologi yang biasanya digunakan diindustri adalah pertukaran ion dengan kolom resin penukar anion dan kation. Dalam penurunan kesadaan karbonat,pertukaran kation menghasilkan ion bikarbonat (HCO ) yang selanjutnya ditangkap resin penukar anion dan ditukar dengan ion OH-, sehingga keluar kolom resin penukar anion berupa
O. Penangkapan bikarbonat oleh resin penukar anion menyebabkan
beban resin menjadi berat karena resin juga harus menangkap ion-ion seperti SO42-,CL-,NO3- dalam air, ion bikarbonat berkeseimbangan dengan asam karbonat ( C
C
) dan gas C
. Penurunan bikarbonat melalui penghilangan gas
secara desorbsi dalam degasifer merupakan alternatif teknologi yang murah
dan mudah. Spesifikasi degasifer yang digunakan adalah tinggi kolom 210cm, diameter kolom 6,25cm, dengan isian berdiameter dalam 8mm, diameter luar 10mm, tinggi 15mm. uji kinerja dilakukan pada rentang temperatur 25℃ sampai dengan
36℃,
laju
alir
umpan
3,4
L/mnt,
dengan
laju
alir
udara
10;20;30;40;80;120;160 L/mnt pada tekanan atmosfer. Penelitian menyimpulkan operasi optimum dicapai pada laju alir udara 80 L/mnt dengan efisiensi penurunan kadar bikarbonat dalam air 56,8%. Kata kunci : Bikarbonat, Degasifer, Kesadaha, Penukar ion
v
ABSTRACT
There are many objectives of boiler feed water treatment, one of wich is to reduce cation and anion content, such as water hardness and alkalinity. The usual treatment process applied in industries is cation-anion exchange by resin. In case of carbonate hardness removal, the cation exchange resulting in bicarbonate ion (HCO ), which furthermore was caught by anion exchanger resin to be exchanged with OH- ion , and then leave the exchanger as
O. Bicarbonate
catching by anion exchange resin increases resin load, due to additional ion catching, sush as SO42-, CL-, and NO3-. Bicarbonate ion in water equilibrate with carbonate acid (
C
) and C
gas. Bicarbonate removal by C
gas
desorption in degasifer is an easy and cheap alternative technology. Sfecification of the degasifer was column height of 210mm, diameter of 6,25cm, filled with glass rasching ring packing with inside berdiameter of 8mm, outside diameter of 10mm, length of 15mm. The column performance test was conducted in temperature range of 25℃ to 36℃, feed flow rate 3,4 L/minute, air flow rate of 10;20;30;40;80;120;160 L/minute under atmosfer pressure. Result of research showed that optimum operation was achieved in air flow rate of 80 L/minute, with water bicarbonate removal efficiency of 56,8%. Keywords : Bicarbonate, Degasifier, Hardness, Exchnge ion
vi
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada ALLAH SWT atas limpahan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Adapun laporan Tugas Akhir yang penulis buat berjudul “Analisa Water Treatment Air Umpan Pada Boiler PTPN IV Unit Usaha Sawit Langkat”. Penulisan Tugas Akhir merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir pada semester VI jenjang diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini penulis banyak mengalami masalah, dan hambatan. Namun berkat bantuan dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini yang paling utama diucapkan terima kasih adalah orang yang sangat istimewa yaitu kedua orang tua penulis yang telah banyak memberikan dukungan moril maupun materil, semangat dan telah banyak berkorban untuk penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. M.Syahruddin, S.T,M.T, Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Idham kamil, S.T,M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Abdul Razak,M.T, Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Suprapto,M.T, Dosen wali kelas EN-6B yang telah memberikan motivasi, dukungan dan ilmu yang bermanfaat bagi penulis. 5. Faisal Fahmi Hasan,S.T,M.T, Dosen Pembimbing Penulis dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini, serta memberi nasihat kepada penulis. 6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan yang telah memberikan ilmu, nasihat serta didikan yang sangat bermanfaat bagi penulis. vii
7. Orang tua penulis yaitu ayahanda Sholat Nasution dan ibunda tersayang Rahma Batubara, yang telah memberikan dukungan baik moril, materi, dan semangat kepada penulis selama masa perkulihaan. 8. Suryani Nasution kakak Penulis, Zulkibar Nasution abang Penulis, Fatimah Nasution, dan Rina Rizky Nasution adik Penulis yang telah memberikan semangat kepada penulis selama kuliah. 9. Teman-teman seluruh Program Studi Teknik Konversi Energi mekanik angkatan 2011, khususnya EN-6B terima kasih untuk semua kenangan dimasa perkulihan kita dikampus.
Meskipun berusaha semaksimal mungkin, penulis menyadari bahwa dalam laporan ini mungkin masih terdapat kekurangan-kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan pembanding.
Medan, Agustus 2014 Hormat Penulis
Anggi Syaputra Nasution NIM.1105051005
viii
DAFTAR ISI Spesifikasi Tugas Akhi ....................................................................................... ii Lembar Persetujuan............................................................................................iii Lembar Pengesahan .......................................................................................... iv INTISARI ........................................................................................................... v ABSTRACT ....................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii DAFTAR TABEL ...........................................................................................xiii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1 A. Latar Belakang ................................................................................. 1 B. Batasan Masalah ............................................................................... 2 C. Tujuan Tugas Akhir ......................................................................... 2 D. Manfaat Tugas Akhir ....................................................................... 2 E. Metode pengumpulan data ............................................................... 3 BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 4 2.1 Air umpan boiler .............................................................................. 4 2.2 Prinsip kerja air umpan .................................................................... 5 2.3 Peralatan yang digunakan pada water treatment air umpan boiler5 1. Water Basin (bak penampung air sungai ) ................................. 5 2. Klarifikasi Air Tank ................................................................... 5 3. Bak Sidementasi ........................................................................ 6 4. Sand Filter .................................................................................. 6 5. Stroge Water Tank ..................................................................... 7 6. Demineralisasi ............................................................................ 7 7. Dearator ...................................................................................... 8
ix
2.4 Zat-zat Pemurnian pada Water Tretment Air Umpan Boiler 10 1. Dearator .................................................................................... 11 2. Volatile Treatment ................................................................... 11 3. Injeksi (P ) dan Alkali (NaOH) ................................................. 11 BAB III SPESIFIKASI 3.1 Persyaratan Air Umpan ............................................................ 12 3.2 Persyaratan Air Kondensat ....................................................... 13 3.3 Rekomendasi Batas Air Umpan ............................................... 13 3.4 Spesifikasi Air Umpan Pada Boiler ......................................... 14 3.5 Blowdown ................................................................................ 15 3.6 Perbandingan Bahan Kimia dan Air Pada Water Treatment ... 18 3.7 Stasiun Demineralisasi ............................................................. 18 3.8 Pemanasan Air Umpan ............................................................. 20 1. Pemanas Air Umpan Jenis Terbuka ................................... 21 2. Pemanas Air Umpan Jenis Tertutup ................................... 24 3. Pemanas air umpan jenis tertutup dengan kurasan dipompa maju ..................................................................................... 29 3.9 Pemanas Air Umpan ................................................................. 32 BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pengolahan Air Umpan Boiler ................................................. 33 1. Pengolahan eksternal ........................................................... 33 2. Pengolahan internal ............................................................. 36 4.2 Akibat Air Umpan Boiler tidak Memenuhi Baku Mutu .......... 37 1. Korosi .................................................................................. 37 2. Kerak .................................................................................... 37 3. Endapan ............................................................................... 38 BAB V PENUTUP 1. Simpulan .................................................................................. 39 2. Saran ......................................................................................... 39 DAFTAR PUSTAKA
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Klarifikasi Air Tank Gambar 2.2 BakSidimentasi Gambar 2.3 Sand Filter Gambar 2.4 Storage Water Tank Gambar 2.5 Demineralisasi Gambar 2.6 Dearator Gambar 3.1 Diagram air dan diagram T-s Gambar 3.2 Aliranskematisdan diagram T-s Gambar 3.3 Diagram suhuentalpipemanas air umpan Gambar 3.4 Diagram aliran dan diagram T-s
xi
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Persyaratan Air Umpan Tabel 3.2 Persyaratan Air Kondensat Tabel 3.3 Rekomendasi Batas Air Umpan Tabel 3.4 Spesifikasi Air UmpanPada Boiler Tabel 3.5 KonsentrasiMaksimum Air Blowdown
xii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Dalam suatu proses produksi dalam industri, air merupakan zat yang sangat dibutuhkan termasuk pemanfaatanya untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi dan panas di industri sebagian memanfaatkan steam (uap panas) yang dihasilkan oleh boiler. Air alam mengandung senyawa-senyawa kimia seperti garam-garam yang sifatnya dapat merusak bahan-bahan logam. Seperti kita ketahui bahwa air alam sangat jarang yang murni karena air dalam siklusnya telah terkontaminasi dengan bahan-bahan kimia yang ada di permukaan bumi yang sifatnya sebagai polutan. Polutan itu ada yang di tanah maupun diudara atau mungkin di kandung oleh air sendiri, sehingga sifat kimia air dapat berubah. Air yang digunakan untuk air umpan boiler dapat diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya, yang mana kualitas air tersebut tidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, ini karena dipengaruhi oleh kandungan asam mata air tersebut. Namun air dari sumber-sumber tersebut harus diolah terlebih dahulu. Air umpan boiler yang digunakan untuk menghasilkan steam ini harus bebas kandungan mineral-mineral atau garam-garam (biasanya berupa garam bikarbonat, klorida, sulfat, nitrat, kalsium sulfat, karbonat, dan silikat).Mineral dan garam tersebut menyebabkan pengendapan, korosi, carry over, dan terbentuknya kerak di dalam boiler. Pengendapan material dapat mengakibatkan menurunnya efektifitas perpindahan panas sehingga menyebabkan penggunaan bahan bakar menjadi boros, metal bersuhu tinggi bahkan bisa mengakibatkan kerusakan. Pengendapan juga merupakan masalah yang paling serius pada Boiler, bisa juga menyebabkan masalah-masalah pada sistem sebelum dan sesudah Boiler. Masalah-masalah pada sistem boiler yang dapat disebabkan oleh air umpan boiler dapat dihindari.Cara yang dilakukan untuk mengurangi masalah melalui “ Water Treatment“ sesuai dengan spesifikasi atau standar air umpan boiler.
1
B. Batasan Masalah Hal-hal yang akan dibahas dalam bidang air umpan ini sangatlah luas, dan untuk mendapatkan hasil yang maksimal dari tugas ini maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mempelajari peralatan yang digunakan pada Water Treatment air umpan pada boiler; 2. Mempelajari zat-zat untuk pemurnian pada Water Treatment air umpan pada boiler; 3. Mempelajari jenis-jenis pemanas air umpan pada boiler.
C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir Tujuan dari penulisan laporan tugas akhir ini adalah : 1. Memperdalam pemahaman dan pengetahuan tentang air umpan baik tentang jenis-jenis,prinsip kerja,dan fungsinya; 2. Memenuhi dan melengkapi persyaratan penyelesaian pendidikan program studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan.
D. Manfaat penulisan Laporan Tugas Akhir Manfaat dari penulisan laporan tugas akhir ini adaah sebagai berikut : 1. Bermanfaatbagi
penulis
dalam
hal
menambah
pengetahuan,pengalaman,wawasan baik secara teori maupun praktek yang nantinya akan sangat berguna sebagai bekal untuk memasuki bidang industri. 2. Dapat menjadi salah satu referensi untuk pengoperasian air umpan yang lebih efektif dan efesien bagi pihak industri. 3. Dapat menjadi referensi tambahan wawasan dan pengetahuan bagi orangorang yang sedang mempelajari air umpan khususnya mahasiswa Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Konversi Energi.
2
E. Metode Pengumpulan Data Metode pengumpulan data dalam proses penuyusunan Laporan Tugas Akhir ini dilakukan dengan beberapa metode yakni sebagai berikut : 1. Melakukan kunjungan studi pada industri yang memiliki air umpan dalam hal ini pada PTPN IV (Persero) PKS UNIT USAHA SAWIT LANGKAT. 2. Membaca dan memahami materi yang terdapat dalam Literatur bukubuku referensi yang berhubungan dengan air umpan, serta mengakses internet. 3. Melakukan diskusi dan tanya-jawab dengan dosen pembimbing dan pembimbing dari perusahaan tentang masalah-masalah yang timbul selama penulisan laporan tugas akhir. 4. Melakukan diskusi dengan orang atau kelempok yang mengerti tentang Teknik Konversi Energi khususnya tentang air umpan.
3
