Teknologi Desalinasi Menggunakan Multi Stage Flash Distillation (MSF) IFFATUL IZZA SIFTIANIDA (37895)
Program Studi Teknik Nuklir FAKULTAS TEKNIK | UNIVERSITAS GADJAH MADA
Teknologi Desalinasi Menggunakan Multi Stage Flash Distillation (MSF) ABSTRAK Lebih dari 70 % permukaan Bumi ditutupi oleh air. Meskipun tampaknya air berlimpah, namun masalah yang sebenarnya yaitu jumlah air tawar yang tersedia. 97,5% dari air yang ada di seluruh bumi adalah air asin (air laut) dan hanya menyisakan 2,5 % sebagai air tawar. Peningkatan jumlah penduduk dan ragam aktifitas manusia serta tuntutan untuk hidup lebih baik, kebutuhan terhadap air bersih juga semakin meningkat. Pemenuhan kebutuhan air bersih dapat menggunakan teknologi desalinasi. Desalinasi adalah proses untuk menghilangkan kadar garam yang berlebih dalam air untuk mendapatkan air yang dapat dikonsumsi oleh makhluk hidup. Terdapat dua jenis utama tipe teknologi yang digunakan dalam desalinasi dapat diklasifikasi menjadi dua yaitu termal atau membran. Teknologi termal dibedakan menjadi tiga yaitu Multi Stage Flash Distillation (MSF), Multi Effect Distillation (MED) dan Vapor Compression Distillation (VCD). Pokok bahasan yang akan dibahas pada tugas ini yaitu teknologi desalinasi dengan metode multi stage flash distillation (MSF). Proses MSF menggunakan distilasi melalui beberapa (multi stage)
tahapan/kamar. Kata kunci : air bersih, desalinasi, multi stage distillation.
I.
PENDAHULUAN Lebih dari 70 % permukaan Bumi ditutupi oleh air. Meskipun tampaknya air
berlimpah, namun masalah yang sebenarnya yaitu jumlah air tawar yang tersedia. 97,5% dari air yang ada di seluruh bumi adalah air asin (air laut) dan hanya menyisakan 2,5 % sebagai air tawar. Sedangkan, kurang dari 1% air tawar di dunia dapat diakses untuk kebutuhan manusia secara langsung. Sumber air di daratan dalam bentuk danau, sungai, mata air, air tanah, danau bawah tanah dan sungai bawah tanah.
Akan tetapi pada masa sekarang sumber air tawar semakin tercemari oleh berbagai aktivitas manusia. Adanya pencemaran terhadap sumber air tawar menyebabkan berkurangnya kualitas dan kuantitas air tawar yang ada di daratan. Dengan semakin meningkatnya jumlah penduduk dan ragam aktifitas manusia serta tuntutan untuk hidup lebih baik, kebutuhan terhadap air bersih juga semakin meningkat. Peningkatan kebutuhan ini di satu sisi dan penurunan kualitas sistem tata air tawar di sisi lain akan menyebabkan terjadinya kelangkaan air bersih. Pada tahun 2025, diperkirakan dua per tiga penduduk dunia akan mengalami kekurangan air bersih, khususnya di Afrika, Amerika Latin dan Asia Selatan dan Asia Tenggara. Konservasi air yang lebih baik, manajemen air, kontrol polusi dan reklamasi air merupakan bagian dari solusi tentang air. Demikian juga sumber air tawar baru, termasuk desalinasi air laut. Teknologi desalinasi telah diaplikasikan sejak pertengahan abad 20 dan diterapkan secara luas di Timur Tengah dan Afrika Utara. Kapasitas yang dihasilkan dari teknologi desalinasi sebanyak 20 juta m3/hari di seluruh dunia pada tahun 1995 dan telah mengalami peningkatan setiap tahunnya dengan rerata 1 juta m3/hari. II.
TEKNOLOGI DESALINASI Desalination plant adalah metode perubahan fase, yaitu air
dipanaskan
untuk
menghasilkan
uap
air. Kemudian
laut
dikondensasi
yang untuk
menghasilkan air tawar. Ada beberapa metode desalination plant. Ditinjau dari media pemisah, desalination plant dibagi menjadi dua yaitu pemisah membran dan thermal. Pada pemisah membran ada dua metode yaitu Electro Dialysis (ED) dan Reverse Osmosis (RO). Electro Dialysis menggunakan potensial listrik untuk memisahkan garam yang melalui membran. Fresh water tertinggal di belakang sebagai hasil produk. Sedangkan Reverse Osmosis menggunakan metode tekanan, tekanan digunakan untuk memisahkan fresh water yang mengalir melalui membran dan garam tertinggal dibelakang.
Pada umumnya proses desalination dengan pemisah thermal meliputi MultiStage
Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED)
dan Thermal vapor
Compression (TVC). Ketiga proses tersebut dioperasikan menggunakan prinsip pengurangan tekanan uap dari air dan terjadi proses boiling pada temperatur rendah tanpa ada tambahan panas. Perbedaan utama diantara MSF dengan MED adalah metode evaporasi dan perpindahan panas. Pada proses MSF air laut langsung masuk ke bagian heat recovery section untuk pemanasan awal melalui tube. Dan akhirnya dipanaskan
di brine heater kemudian mengalir melalui flash chamber . Pada stage
bagian bawah, mengalir brine yang selanjutnya dikeluarkan. Proses evaporasi hanya terjadi secara konveksi pada tube dan evaporasi dari aliran brine ”flashing” pada setiap stage untuk memproduksi vapor. Pada MED plant, evaporasi berasal dari air laut yang menyentuh heat transfer surface. Air laut melewati condenser yang dipanasi oleh kondensasi uap panas kemudian mengalami kondensasi di sisi lain dari tube. Kemudian air laut melewati sejumlah preheater di setiap effect lalu mengalami pemanasan oleh steam yang berasal dari boiler sebagai sumber untuk meningkatkan temperatur menjadi saturation temperature. Sedangkan pada Thermal Vapor Compression, uap keluar dari chamber kemudian mengalami recompressed dengan media pressure steam ejector dan menghasilkan uap sebelum masuk kembali sebagai heating steam di evaporator. Steam jet ejector ini harus didesain dan dioperasikan pada kondisi kritis pada keadaan normal dan operasi yang steady.
Hal
in
dikarenakan adanya pengaruh tekanan yang masuk. Jika ejector didesain untuk beroperasi pada kondisi full stable range, maka mass flow rate pada entrainment vapor akan konstan untuk kondisi discharge pressure yang berbeda.
III.
MSF (MULTI STAGE FLASH) Proses kerja MSF, air umpan pertama kali dikirim ke sistem pengolahan awal
(pretreatment) dengan penambahan bahan kimia dan asam, untuk menekan pembentukan kerak dalam pipa penukar panas. Kemudian diaerasi untuk mengurangi
oksigen terlarut dan karbondioksida untuk meminimalkan korosi dan memperbaiki unjuk kerja penukar panas. Air laut kemudian dipanaskan (preheated) dalam modul penukar panas. Selanjutnya dipanaskan sampai temperatur brine maksimum dalam pemanas brine dan kemudian dilakukan proses flashing dalam flash evaporator. Evaporator MSF dibagi menjadi beberapa ruang yang disebut stage (biasanya kurang dari 40). Pada proses ini, air laut menyembur begitu masuk bagian bawah tiap stage dan butiran-butiran halus segera mendidih dan menguap. Uap yang terjadi mengandung air tawar, yang tidak menguap disebut brine. Uap setelah menembus mist separator (penyaring butiran halus air yang terbawa uap) menuju pipa yang ada dibagian atas tiap stage. Karena di dalam pipa mengalir air laut yang lebih dingin, maka uap akan terkondensasi dan terkumpul di bagian bawah sebagai air kondensat. Pada waktu berkondensasi, uap melepaskan panas laten ke air laut yang mengalir di dalam pipa. Kondisi vacum (hampa) di dalam stage dipertahankan oleh steam jet ejector (ejector uap). Air laut yang mengalir di dalam pipa makin bertambah panas sejak stage terakhir (paling kanan) sampai stage pertama. Setelah meninggalkan stage pertama, air laut mengalir ke pemanas brine untuk dipanaskan sampai temperatur 90980C dengan uap tekanan rendah yang keluar dari katup pengurang tekanan. Temperatur dalam pemanas brine dipertahankan dengan mengatur katup pengurang tekanan secara otomatis. Uap pemanas brine yang telah menjadi kondensat dialirkan kembali ke pembangkit uap. Proses penguapan air laut dan kondensasi uap dihasilkan pada stage berikutnya sama seperti stage pertama. Brine dibuang secara teratur dan otomatis oleh pompa brine agar tinggi permukaan brine tetap konstan, kurang lebih 50 cm. MSF ini menghasilkan air dengan TDS 5-25 ppm dari air laut 35.000-45.000 ppm. Untuk laju desalinasi lebih dari 4000 m3/hari per unit, teknologi MSF lebih lazim digunakan dibanding proses lain. Skema proses desalinasi MSF dapat dilihat Gambar 1.
Gambar 1. Proses Desalinasi MSF
Gambar 2 menunjukkan diagram yang disederhanakan dari suatu proses desalinasi MSF standar once through. Pada Gambar ini, Sebuah evaporator terdiri dari beberapa tahapan berturut-turut (penguapan ruang) dipertahankan pada penurunan tekanan dari tahap pertama (panas) ke tahap terakhir (dingin) . Air laut mengalir melalui tabung penukar panas atau heat exchanger di mana dihangatkan dengan kondensasi dari uap yang dihasilkan dalam setiap tahap . Suhunya meningkat dari suhu laut menjadi suhu masuk pemanasan brine. Air laut kemudian mengalir melalui pemanas brine di mana ia menerima panas yang diperlukan untuk proses (umumnya dengan kondensasi uap). Pada saluran keluar pemanas brine, ketika memasuki sel pertama, air laut terlalu panas dibandingkan dengan suhu dan tekanan pada tahap 1 . Oleh karena itu akan segera flash yaitu pelepasan panas, sehingga menguap, untuk mencapai kesetimbangan. Uap yang dihasilkan dikondensasikan menjadi air tawar pada tubular exchanger di bagian atas stage . Proses ini berlangsung lagi ketika air dimasukkan ke tahap berikutnya, dan sampai tahapan terakhir dan terdingin. Air tawar yang terakumulasi membangun produksi distilat yang diekstrak dari tahap paling dingin . Air laut sedikit konsentrat dari tahapan ke tahapan dan membangun aliran brine yang diekstrak dari tahap terakhir dimana medium pemanas berupa uap yang terkodensasi.
Gambar 2.. Desalinasi tipe Multi stage flash distillation once through
Pada MSF once through, evaporator menggunakan aliran air laut dengan alasan untuk mendinginkan dan produksi distilat. Hal ini memiliki 2 konsekuensi dalam desain pabrik yaitu :
Seluruh aliran air laut dipanaskan pada suhu tinggi, dan dapat menyebabkan kenaikan harga operasi.
Aliran air laut tidak dapat diturunkan dibawah nilai yang diperbolehkan dalam kondisi keamanan kerja, tahapan harus di desain untuk operasi saat musim dingin, menyebabkan peningkatan volume evaporator dan kenaikan harga investasi.
Kedua poin tersebut menyebabkan pemisahan dua fungsi (pendingin dan produksi). Pendingin dengan aliran air laut melewati condenser dari kedua tahapan terakhir, dinamakan heat reject section. Setelah meninggalkan evaporator, bagian air yang dihangatkan ditolak ke laut. Hanya pada bagian ini air dibandingkan keseluruhan air pendingin. Untuk semakin meningkatkan penggunaan energi, sebagian brine dicampur dengan umpan air laut dan diresirkulasikan. Sistem MSF semacam ini disebut sebagai sistem MSF dengan resirkulasi brine. Diagram sistem desalinasi MSF dengan resirkulasi brine dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 3. Multi Stage Flash proses dengan daur ulang brine
Pabrik MSF dengan brine daur ulang secara luas digunakan di seluruh dunia . Pabrik desalinasi once through seharusnya hanya digunakan untuk pabrik kecil (ketika biaya bahan kimia tidak penting) dan di daerah di mana suhu air laut tetap mendekati konstan sepanjang tahun.
Referensi Human Appropriation of the World's Fresh Water Supply. (n.d.). Retrieved maret 13, 2014, from Global Change Program: http://www.globalchange.umich.edu/globalchange2/lectures/freshwater_suppy/fre shwater.html Krishna, H. (1989). World Wide Web. Retrieved maret 10, 2014, from Introduction to Desalination Technologies : http://www.twdb.state.tx.us/publications/reports/numbered_reports/doc/R363/C1 .pdf Nuclear Desalination. (n.d.). Retrieved maret 11, 2014, from International Atomic Energy Agency: http://www.freepublic.com/focus/news/660315/posts SASAKURA ENGINEERING CO.LTD., ”Desalination Plant”. (n.d.). PT. Sasakura Indonesia. Sidem desalination. (n.d.). Retrieved maret 13, 2014, from MSF: http://www.sidemdesalination.com/en/Process/MSF/ TECHNICAL REPORTS SERIES, NO.400 "Introduction of Nuclear Desalination". (2000). Vienna: IAEA.
