Optimasi Penggunaan Garam untuk Regenerasi Resin pada Unit Water Softener Central Gathering Station 1 Duri Field PT Caltex Pasific Indonesia

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891

Optimasi Penggunaan Garam untuk Regenerasi Resin pada Unit Water Softener Central Gathering Station 1 Duri Field PT Caltex Pasific Indonesia Asep Handaya Saputra, Nengsi Rova, Adrianto dan Yessi Vadila Departemen Teknik Gas dan Petrokimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus UI Depok, Depok 16424 Tel. 7863515, 7863516 Abstrak Untuk mengetahui penggunaan garam yang optimal untuk regenerasi resin di unit water softener dilakukan penelitian optimasi jumlah penggunaan garam dan laju alir larutan garam dengan memperhatikan waktu dan biaya yang dibutuhkan. Penelitian dilakukan dengan cara meneliti performance sistem penggaraman yang dilakukan saat ini di lapangan. Sampel diambil saat tahap Brine introduction saat regenerasi setiap 2 menit sekali selama 55 menit. Sampel kemudian dianalisa kesadahannya dengan metode AAS. Selain itu dilakukan simulasi regenerasi di laboratorium dengan variasi konsentrasi % NaCl dalam larutan garam, yaitu 6-12% serta variasi laju alir 5-20ml/menit. Penggaraman optimal didapatkan dengan menggunakan larutan 12% NaCl dengan laju alir sebesar 10 ml/menit ( 180 gpm) selama 35 menit. Abstract To know the optimum consumption of brine solution for regeneration of resin in water softener unit, experimental optimation of consumption of brine and rate of brine solution were done. The experimental was done by evaluating performance of rine introduction system which is used in Duri field today. Samples were taken when brine introduction step of regeneration was being held every 2 minutes for 55 minutes . Then samples were analised for their hardness using AAS method. Besides, simulation of regeneration was being held in laboratory with variation of consentration %NaCl in brine solution, 6-12%, and variation of rate of brine solution for 5-20 ml/minutes. The optimum brine introduction was reached by using brine solution of 12% NaCl and rate 10 ml/minutes (180 gpm) for 35 minutes.

1. Pendahuluan Minyak mentah dari Duri (Duri Crude oil) dikenal sebagai minyak berat di pasaran dunia. Proses pengambilan minyak di Duri tidak dapat dilakukan hanya dengan memanfaatkan energi alamiah (tekanan perut bumi) maupun dengan pompa biasa dengan sistem injeksi air dikarenakan minyak Duri memiliki viskositas yang tinggi. Karena itu PT Caltex Pacific Indonesia menerapkan teknologi injeksi uap yang lebih dikenal dengan Duri Steam Flood. Injeksi uap dilakukan untuk mengencerkan minyak dan mempercepat gerak fluida serta mendorong minyak keluar dari ronggarongga reservoir, sehingga hasil produksi akan semakin tinggi. Hingga saat ini Duri Field merupakan ladang minyak terbesar yang menggunakan metode injeksi uap di dunia. Uap yang digunakan untuk injeksi berasal dari Steam Generator. Steam Generator adalah unit pembangkit uap yang berfungsi memanaskan air bersih dari Water Treatment Plant (WTP) sehingga menjadi uap (steam). Uap inilah yang kemudian

diinjeksikan ke perut bumi melalui sumur-sumur injeksi supaya minyak di dalamnya dapat dipompa ke atas. Untuk menjaga kualitas dari uap yang akan digunakan sebagai media injeksi tersebut, air umpan pembangkit uap harus memiliki karakteristik tertentu sesuai dengan parameter operasi. Air umpan yang digunakan di PT Caltex pacific Indonesia, Duri operation menggunakan air yang berasal dari air yang terkandung dalam minyak bumi, yaitu air yang telah dipisahkan dari minyak mentah. Proses pemisahan ini dilakukan dalam sebuah stasiun yang dikenal dengan nama Central Gathering Station (Stasiun Pengumpul Pusat). Salah satu proses pengolahan air di CGS adalah water softening (pelunakan air) yang bertujuan menurunkan kesadahan air untuk mencegah terbentuknya scale (kerak) dalam unit pembangkit uap. Kesadahan dapat diartikan sebagai karakteristik total dari air yang menunjukkan konsentrasi total dari Ca dan Mg yang dinyatakan

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

1

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891 sebagai eqivalen/kesetaraan CaCO3, atau sama dengan kemampuan untuk mengendapkan sabun[5]. Kesadahan air diturunkan dengan menggunakan resin penukar kation. Di PT Caltex Pacific Indonesia, kesadahan air baku umpan tidak diijinkan melebihi 1 ppm. Pelunakan air di PT CPI dilakukan dalam beberapa unit water softener di tiga CGS. Setiap unit water softener mempunyai dua vessel, yaitu Primary Softener dan Secondary Softener. Setiap vessel berisi sejumlah tertentu resin penukar kation , Duolite C-20 yang bisa digolongkan pada Strongly Acidic Kation Resin (asam kuat). Resin penukar kation ini merupakan molekul yang memiliki porositas yang besar, dengan Negatively Charge Site (bermuatan negatif). Di dalam softener akan terjadi pergantian ion (ion exchange) dimana ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan teradsorp oleh resin, menggantikan ion sodium. Proses pelunakan ini berlanjut sampai resin menjadi jenuh sehingga tidak lagi mampu mengikat Ca dan Mg sehingga perlu dilakukan regenerasi dengan penggaraman yang bertujuan agar hardness yang ada di resin dapat digantikan oleh ion natrium yang ada pada larutan garam sehingga resin dapat digunakan lagi. Penggaraman dilakukan dengan melewatkan larutan garam (brine introduction) berkonsentrasi 6-12%.[1] Untuk memenuhi kebutuhan garam, selain memasok garam lokal, PT CPI juga mengimpor garam dalam jumlah yang cukup besar. Garam yang digunakan untuk penggaraman sekitar 12 ton/hari untuk setiap CGS. Untuk menghemat penggunaan garam, seringkali penggaraman dilakukan dengan konsentrasi yang lebih kecil. Namun hal ini bisa menyebabkan waktu regenerasi yang lebih lama dan bahkan menyebabkan tidak tercapainya regenerasi resin yang diharapkan, misalnya tidak semuanya kandungan ion Ca dan Mg di dalam resin tergantikan. Diperlukan suatu penelitian untuk mengoptimasi penggunaan garam agar hasil regenerasinya sesuai dengan yang diharapkan.Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimasi penggunaan garam (persentase NaCl dan laju alir) untuk regenerasi resin penukar ion, Duolite C-20, dalam sistem pelunakan air (Water Softening) di CGS 1, CPI Duri.

2. Metodologi Penelitian Bahan kimia yang digunakan adalah resin penukar kation asam kuat Duolite C-20, CaCl2.2 H2O, MgSO4H2O, NaCl, Sampel effluent brine introduction, Sampel larutan garam, Sampel outlet primary softener, Sampel outlet secondary softener. Bahan analisa yang diperlukan adalah Larutan EDTA 0,01 M, Larutan Hardness 1 NaOH, Indikator EBT, Distilled water, larutan standar Ca 5mg/L, standar sol Mg 1mg/L, Preservation acid,

HNO3, HCl, itrium 10mg/L, Larutan penyangga pH10. Sedangkan peralatan utama yang digunakan untuk analisis adalah Separatory funnel dan selang plastik untuk simulasi softener, peralatan titrasi dan Peralatan AAS (Atomic Adsorption Spectophotometer). Penelitian dilakukan di CGS 1 dan di Technology Environmental and Support Laboratory PT Caltex Pasific Indonesia Distrik Duri.

Analisa Performance Larutan Garam yang Digunakan Saat Ini Sampel yang diambil adalah effluen tahap brine introduction saat regenerasi softener dilakukan. Sampel diambil dari keluaran primary softener setiap dua menit. Selain itu dicatat juga % NaCl yang digunakan dalam larutan garam sebagai regeneran. Sampel disaring, dan diencerkan hingga 10 kali. Kemudian sampel di masukkan ke beaker glass. Sampel yang telah dimasukkan ke beaker glass, sampel dimasukkan ke dalam AAS burner dan dibaca berapa hardness totalnya . Hasil pembacaan hardness sampel dengan AAS diterjemahkan ke dalam grafik waktu vs hardness. Dari grafik tersebut dianalisa bagaimana performance regenerasi oleh larutan garam dengan % NaCl yang digunakan saat ini dengan melihat parameter waktu, biaya dan tercapai atau tidaknya regenerasi.

Penjenuhan Resin Duolite C-20 Resin Duolite C-20 di masukkan ke dalam beberapa separatory funnel dengan volume yang sama, 50 ml. Air umpan merupakan larutan brine yang dibuat dengan melarutkan CaCl2.2H2O dan MgSO4.3H2O ke dalam air dengan perbandingan 5:1 dan diaduk secara homogen menggunakan agitator. Larutan brine yang akan dibuat memiliki kesadahan sebesar 150 ppm (batasan maksimal operasi di lapangan) Larutan EDTA 0.01 ml dibuat dengan melarutkan serbuk EDTA sebanyak 3,723 g ke dalam 1 liter deionized water di dalam labu 1L dan diaduk sampai homogen. Air umpan dianalisa kadar awal kesadahan totalnya sebelum diproses dalam kolom berisi resin. Resin dialirkan terlebih dahulu dengan distilled water hingga mencapai pH netral. Besarnya pH ditentukan dengan mengunakan pH meter. Setelah pH resin netral, air umpan berupa brine dialirkan ke kolom resin. Di dalam kolom resin air dialirkan sesuai dengan variasi laju alir yang telah ditentukan dan


2

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891

Kesadahan = mL EDTA x 0,01 x100 x 1000 mg/mL 10 mL

Setelah mendapatkan nilai kesadahan yang sama antara efluen dengan influen, kemudian resin diregenerasi dengan NaCl.

Regenerasi Resin Duolite C-20 Regenerasi resin Duolite C-20 terdiri dari 4 tahap, yaitu Tahap pencucian balik, tahap penggaraman, tahap pembilasan dan tahap pembilasan cepat. Tapi dalam percobaan ini hanya dilakukan tahap pencucian balik dan tahap penggaraman. Hal ini karena data yang akan dianalisa adalah performance larutan garam dengan laju alir yang digunakan saat penggaraman, sehingga tidak perlu melakukan tahapan selanjutnya. Garam ditimbang dengan neraca analitis sesuai kebutuhan untuk masing-masing variasi regeneran. Jumlah garam yang dibutuhkan dapat dilihat di tabel 1. Setelah itu garam dilarutkan ke dalam 5 liter air dan diaduk dengan menggunakan agitator. Larutan garam yang telah homogen dimasukkan ke dalam separatory funnel plastik dan ditempatkan di atas kolom separatory funnel kaca yang berisi resin. Tabel 1. Jumlah Garam yang Diperlukan untuk Membuat Larutan Garam Konsentrasi Jumlah Garam Larutan Garam yang Dibutuhkan 6% 300 g 8% 400 g 10% 500 g 12% 600 g 14% 700 g Tahap ini dilakukan dengan mengalirkan air berlawanan dengan arah aliran air yang akan diolah. Hal ini diperlukan untuk melepaskan zat tersuspensi/koloid yang tertahan pada bahan resin dan mengembalikan posisi partikel-partikel resin pada posisi semula yang sebenarnya. [3]

Pencucian balik dilaksanakan sampai air cucian bersih, biasanya 30 menit pada kecepatan alir sedemikian sehingga minimum 50 % partikel akan mengembang, tetapi tidak sampai ada partikel yang terbuang. Kecepatan alir pencucian balik dibuat sama untuk semua kolom, sebesar 20 ml/menit. Larutan garam (6 – 14%) regeneran memasuki peralatan melalui separatory funnel plastik, mengalir ke bawah dengan variasi laju alirnya yaitu sebesar 5ml/menit, 10ml/menit dan 20ml/menit. Aliran larutan garam akan masuk ke kolom berisi resin, kemudian mengalir melalui resin bed dan keluar melalui drain system. Penggaraman dilakukan selama 120 menit. Setiap 5 menit effluen ditampung dan dianalisa hardnessnya. Analisis kesadahan total terhadap sampel air yang telah dikumpulkan dilakukan dengan metoda titrasi EDTA Dari berbagai konsentrasi NaCl akan didapatkan jumlah kesadahan yang dihilangkan dan dapat ditentukan berapa nilai konsentrasi dan laju alir optimal dari pemakaian NaCl terhadap regenerasi resin Duolite C-20.

3. Hasil Penelitian dan Pembahasan

Performance Regenerasi di Lapangan Regenerasi di CGS 1 saat ini menggunakan larutan garam dengan konsentrasi NaCl 6% dan 12%. Sampel diambil saat brine introduction (pengaraman) selama 55 menit. Setelah dianalisa dengan menggunakan AAS diketahui kadar kesadahan di setiap sampel Profil effluen regeneran 6% NaCl saat brine introduction dapat dilihat di gambar 1. Kesadahan Total Effluen (ppm)

setiap 1.000 mL keluarannya sebagai efluen ditampung menggunakan botol kaca. Penampungan dihentikan jika kesadahan efluen sama dengan kesadahan influen. Analisis kesadahan total terhadap sampel air yang telah dikumpulkan dilakukan dengan metoda titrasi EDTA yaitu kesadahan total sebagai CaCO3 sebagai berikut: 1. Ambil 10 mL air sampel 2. Tambahkan larutan NaOH sebanyak 10 tetes (pH diatas 10) 3. Tambahkan indikator EBT secukupnya. 4. Titrasi dengan larutan EDTA 0,01 M sehingga sampel berubah dari merah menjadi biru muda. Perhitungan[2] :

30000 20000 10000 0 0

10 20

30 40

50 60

Waktu Brine Introduction (m enit)

Gambar 1. Profil Effluen Regeneran 6% NaCl saat Brine introduction Sementara Profil effluen regeneran 12% NaCl saat brine introduction dapat dilihat di gambar 2.. Regenerasi dilakukan dengan berbagai tahap, salah satu tahap terpenting (utama) adalah tahap penggaraman. Penggaraman adalah


3

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891 melewatkan larutan garam sebagai regeneran ke dalam vessel berisi resin yang telah jenuh. Pada penggaraman, reaksi yang terjadi adalah[4]: Ca ⎫ ⎬ Mg ⎭ R2

Ca ⎫

+ 2NaCl → 2NaR + Mg ⎬⎭ Cl2

Kesadahan Total Effluen

(tidak larut)

(larut) (tidak larut)

(larut)

50000 40000 30000 20000 10000 0 0

10

20

30

40

50

60

Waktu brine introduction

Gambar 2. Profil Effluen Regeneran 12% NaCl saat Brine introduction. Pada reaksi ini, terjadi penggantian ion Ca dan Mg dengan ion sodium (Na). Jumlah Na yang dilewatkan untuk regenerasi haruslah cukup banyak (besar), karena pada prinsip pertukaran ion, pada konsentrasi rendah dan temperatur normal potensi pergantian ion meningkat seiring meningkatnya valensi ion yang dipertukarkan, contohnya Na+ < Ca++ < Al+++. [10]. Jika kita lihat dari prinsip ini saja, maka tidak mungkin Na dapat menggantikan Ca, tetapi ada prinsip selanjutnya yang menyatakan bahwa pada konsentrasi tinggi, potensi pertukaran ion dengan valensi yang berbeda tidak berlaku, dan bisa menyebabkan ion dengan valensi yang lebih kecil tetapi dengan jumlah yang lebih besar menggantikan ion dengan valensi lebih besar tetapi dalam konsentrasi yang lebih rendah. [3] Prinsip inilah yang menjelaskan memungkinkannya terjadi regenerasi. Untuk itu maka jumlah regeneran yang dibutuhkan tentunya akan jauh lebih besar dari jumlah ion yang harus digantikan Dari kedua profil regeneran (6% & 12%), dapat dilihat kecenderungan pertukaran ion yang terjadi, yaitu kecil pada awalnya, lalu meningkat sampai level tertentu dan akhirnya turun lagi hingga jumlahnya hampir konstan. Hal ini menggambarkan bahwa saat regenerasi pada mulanya baru sedikit Ca yang dapat digantikan karena volume larutan garam yang dilewatkan baru sedikit, tetapai semakin lama larutan garam yang dilewatkan semakin meningkat sehingga jumlah Ca yang bisa digantikanpun semakin banyak, tetapi kemampuan pernggantian ini akan menurun karena jumlah Ca yang bisa digantikan di dalam softener otomatis sudah semakin kecil. Jika dibandingkan kedua profil regenerasi yang terjadi di lapangan, dapat dilihat bahwa regeneran 6% NaCl pada akhir regenerasi

mengandung kesadahan yang lebih kecil dari regeneran 12 % NaCl, juga apabila dijumlahkan dari awal waktu hingga akhir penggaraman, jumlah kesadahan yang dihilangkan lebih besar dilakukan oleh regeneran 12 % NaCl. Hal ini menunjukkan bahwa regeneran 12% NaCl menunjukkan performance yang lebih baik daripada regeneran 6% NaCl, karena jumlah NaCl yang semakin besar akan mendesak Ca keluar dari resin lebih banyak. Jika dilihat dari segi biaya yang dibutuhkan, dapat dilihat bahwa regeneran 6% NaCl membutuhkan biaya yang lebih sedikit, hal ini wajar karena jumlah garam yang dibutuhkan lebih kecil sehingga harganya akan lebih murah. Begitu pula untuk harga per satuan jumlah Ca yang dapat tergantikan, regeneran 6% menunjukkan harga yang lebih kecil, karena banyaknya Ca yang dapat tergantikan juga lebih sedikit. Tabel 2. Analisa Kesadahan Total dan Biaya dari Regeneran 6& NaCl dan 12% NaCl saat Penggaraman di CGS 1, Duri Field. % NaCl

Kesadahan Total (mg)

Biaya yang Biaya/jumlah Dibutuhkan Kesadahan ($) Ca yang dihilangkan ($/Kg Ca)

6 541.909.355,1

193,6028

0,3572

12 1.030.918.819

389,205

0,3775

Dari semua analisa dapat disimpulkan bahwa walaupun lebih mahal, regenerasi dengan 12% NaCl lebih optimal, karena dapat menggantikan Ca lebih banyak, yang berarti kondisi resin lebih bagus dan lebih potensial untuk melakukan pelunakan air selanjutnya. Biaya yang lebih mahal dengan regenerasi 12% NaCl juga tidak terlalu signifikan besarnya, hanya sebesar 5,6%, tetapi jumlah Ca yang dapat tergantikan lebih besar dan signifikan, yaitu sebesar 90,24%. Selain melihat performance regenerasi dilakukan pula penelitian mengenai konsentrasi garam yang digunakan di lapangan. Analisa dilakukan terhadap besarnya konsentrasi garam dan yang sama dengan kesadahan influen. Resin yang telah jenuh ini memerlukan regenerasi untuk dapat memiliki potensi menyerap kesadahan kembali. Profil keseragaman persentase garam dalam waktu tertentu, yaitu 55 menit selama brine introduction di lapangan. Hasil percobaan dapat dilihat gambar 3.


4

Dasar-Dasar Teknik kimia

Konsentrasi NaCl (%)

ISSN 1410-9891

13,00

160 140

12,00

120 100

11,00

80

0

10

20

30

40

50

60

Waktu Penggaraman (menit)

60 40 20 0 0

Gambar 3. Kurva Terobosan Kesadahan 50 ml Resin dengan Laju Alir 10 ml/menit Konsentrasi garam sepanjang waktu penggaraman cukup seragam, kenaikan atau penurunan hanya berkisar 4,25-5,83 %, sehingga kualitas influen sudah cukup baik.

Penjenuhan Resin Duolite C-20 Resin baru dilewatkan dengan air sadah (brine water) dengan besarnya kesadahan 150 ppm. Setelah kesadahan effluen sama dengan kesadahan influen maka aliran inluen melewati resin dimatikan. Dari percobaan ini dapat ditentukan besarnya kesadahan total resin. Kesadahan total yang dimaksud adalah seluruh CaCO3 yang diserap oleh resin selama proses pelunakan berlangsung, sampai resin menjadi jenuh. Kesadahan total dihitung dengan menghitung luas permukaan di atas kurva terobosan (breakthrough curve).Breakthrough curve adalah kurva yang menggambarkan profil kesadahan selama pelunakan. Kurva terobosan yang dihasilkan dari data selama penelitian dapat dilihat pada gambar 4. Luas permukaan dibawah kurva adalah kesadahan yang terkandung dalam air effluent. Sedangkan luas di atas permukaan kurva adalah kesadahan yang terkandung di dalam resin. Luas permukaan di atas kurva dihitung dengan menggunakan aturan Simpson (Simpson’s Rule). Dari kurva pada gambar 4.4. hasil percobaan didapatkan kesadahan total resin sebesar 4.362,04 mg. Dari rumus kapasitas total resin Rohm and Haas didapatkan kapasitas total resin sebesar 1,74 eq/L . Efisiensi dihitung berdasarkan perbandingan kapasitas total dengan kapasitas desain resin Duolite C-20, yaitu 2,05 eq/L. Dari perhitungan didapatkan efisiensi resin hasil percobaan sebesar 85, 11 %. Profil effluen menunjukkkan kurva terobosan dengan bentuk S-Shape, hal ini sesuai dengan berbagai referensi yang telah dipublikasikan. Dari kurva terobosan ini, dapat dilihat daerah aktif proses pertukaran ion dengan menggunakan resin duolite C-20.

10

20

30

40

v o l um e e f f l u e nt ( L )

Gambar 4. Kurva Terobosan Kesadahan 50 ml Resin dengan Laju Alir 10 ml/menit

Regenerasi Resin Duolite C-20 Regenerasi dilakukan hanya sampai tahap penggaraman, karena yang akan dianalisa adalah effluen tahap penggaraman. Pada saat penggaraman dilakukan variasi % NaCl yang digunakan dan variasi laju alir. Sampel diambil setiap lima menit dan dianalisa hardnessnya dengan metode titrasi kompleksiometri. Performance Regeneran hasil perhitungan titrasi dapat dilihat pada Gambar 5. Simulasi regenerasi dilakukan terhadap resin jenuh dengan menggunakan variasi % NaCl dan laju alir. Variasi % NaCl yang digunakan ditentukan dari kisaran % NaCl yang biasa digunakan di lapangan (6-12%) dan dari % NaCl yang diusulkan vendor (13-16%) sehingga variasi ditentukan sebesar 6%, 8%, 10%, 12% dan 14%. Variasi laju alir ditentukan dari laju kisaran laju alir yang digunakan di lapangan saat ini, yaitu sama dengan yang digunakan saat ini, lebih kecil dari yang digunakan saat ini dan lebih besar dari yang digunakan saat ini.Besarnya laju alir disesuaikan dengan skala laboratorium dan ditentukan dengan menyesuaikannya dengan volume resin skala laboratorium. Volume resin dibuat tetap, sebesar 25 ml. Laju alir didapat dengan cara: Vkolom lab/Vvessel = laju alir lab/laju alir lapangan Laju alir lab yang didapat adalah 10 ml/menit, maka dilakukan variasi yaitu laju alir 5 ml/menit, 10 ml/menit dan 20 ml/menit. Lamanya penggaraman yang dilakukan di lapangan adalah selama 55 menit, sedangkan waktu penggaraman yang diusulkan vendor adalah 30-35 menit. Untuk itu dilakukan evaluasi profil kesadahan effluen selama 30 menit (gambar 6) dan selama 55 menit (gambar 7). Evaluasi yang dilakukan adalah terhadap jumlah total kesadahan dan biaya regeneran yang dibutuhkan Kesadahan total dapat diartikan sebagai luas di bawah kurva. Luas di bawah kurva dihitung dengan menggunakan metode Simpson’s. Analisa


5

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891 kolom 11 (12% NaCl, 10 ml/menit), sementara biaya total yang dibutuhkan terkecil dihasilkan oleh kolom 1 (6% NaCl, 5 ml/menit), begitu juga dengan biaya per kilogram Ca yang dihilangkan paling kecil dihasilkan oleh kolom 1.

biaya dilakukan dengan menghitung jumlah biaya garam yang diperlukan dengan berdasar kepada harga garam saat ini, yaitu sebesar $62 per ton. Hasil perhitungan dapat dilihat di tabel 3 dan Tabel 4. Dari tabel 6. dapat dilihat bahwa untuk kedua waktu penggaraman yang dibutuhkan, kesadahan total yang paling besar dihasilkan oleh

Kesadahan Effluen (ppm)

12000 11000

6%, 5ml/menit

10000

6%, 10ml/menit 6%, 20ml/menit

9000

8%, 5ml/menit 8000

8%, 10ml/menit

7000

8%, 20ml/menit

6000

10%, 5ml/menit

5000


4000

12%, 5 ml/menit

3000

12%, 10ml/menit 2000

12%, 20ml/menit

1000


0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

14%, 20ml/menit


Gambar 5. Profil Kesadahan Effluen Regeneran saat penggaraman dengan variasi % NaCl dan Laju Alir


14000 13000

6%, 5ml/menit

12000

6%, 10 ml/menit

11000

6%, 20 ml/menit

10000

8%, 5 ml/menit

9000

8%, 10 ml/menit

8000

8%, 20 ml/menit

7000

10%, 5 ml/menit

6000

10%, 10 ml/menit

5000

10%, 20 ml/menit

4000

12%, 5 ml/menit

3000

12%, 10 ml/menit

2000

12%, 20 ml/menit

1000

14%, 5 ml/menit

0

14%, 10 ml/menit 0

5

10

15

20

25

30

35

40

14%, 20 ml/menit


Gambar 6.Profil Kesadahan Effluen Regeneran Larutan Garam saat Penggaraman Selama 35 menit dengan variasi % NaCl dan Laju Alir


6

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891 12000 11000

6%, 5ml/menit

10000



9000


8000

8%, 20ml/menit 7000

10%, 5ml/menit

6000


5000

12%, 5 ml/menit 4000


3000

14%, 5ml/menit 2000


1000 0 0

10

20

30

40

50

60


Gambar 7 Profil Kesadahan Effluen Regeneran Larutan Garam saat Penggaraman Selama 55 menit dengan variasi % NaCl dan Laju Alir

Tabel 3. Analisa Kesadahan Total dan Biaya dari Berbagai Regeneran pada Penggaraman 35 menit. Kesadahan Biaya yang Biaya/jumlah Kolom Total (mg) Dibutuhkan ($) Kesadahan Ca yang dihilangkan ($/Kg Ca) 1 1.388,97 0,000651 0,47 2 743,13 0,001302 1,75 3 604,26 0,002604 4,31 4 780,69 0,000868 1,11 5 898,92 0,001736 1,93 6 769,43 0,003472 4,51 7 843,56 0,001085 1,29 8 896,11 0,00217 2,42 9 776,94 0,00434 5,59 10 916,75 0,001302 1,42 11 1.708.71 0,002604 1,52 12 1.413,13 0,00551 3,69 13 901,74 0,001519 1,68 14 1.020,91 0,003038 2,98 15 1.523,86 0,006076 3,99 Kolom 1 adalah regeneran 6 % NaCl dengan laju alir 5 ml/menit, kolom 2 adalah regeneran 6% NaCl dengan laju alir 10 ml/menit, kolom 3 adalah regeneran 6% NaCl dengan laju alir 20 ml/menit, kolom 4 adalah regeneran 8% NaCl dengan laju alir 5 ml/menit, dan demikian seterusnya hingga kolom 15 merupakan regeneran 14% NaCl dengan laju alir 20 ml/menit

Dari tabel 4.6. dapat dilihat bahwa untuk kedua waktu penggaraman yang dibutuhkan, kesadahan total yang paling besar dihasilkan oleh kolom 11 (12% NaCl, 10 ml/menit), sementara biaya total yang dibutuhkan terkecil dihasilkan oleh kolom 1 (6% NaCl, 5 ml/menit), begitu juga dengan biaya per kilogram Ca yang dihilangkan paling kecil dihasilkan oleh kolom 1. Lamanya regenerasi yang biasa dilakukan di lapangan adalah 55 menit, sementara lamanya regenerasi yang diusulkan vendor adalah 30-35 menit, tetapi percobaan dilakukan selama 120 menit, sehingga bisa mengcover analisa profil regenerasi selama 35 menit dan 55 menit sekaligus. Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa kurva menunjukkan penurunan yang tajam dan memiliki range yang lebar pada regenerasi dengan 6% NaCl laju alir 5 ml/menit dan juga pada regenerasi 12% NaCl laju alir 10 ml/menit, sedangkan yang terkecil adalah regenerasi 6% NaCl laju alir 5 ml menit. Analisa yang dilakukan untuk waktu regenerasi 35 menit dan 55 menit menunjukkan kecenderungan yang sama, terlihat dalam gambar 4.6 bahwa kurva menunjukkan penurunan yang tajam dan memiliki range yang lebar pada regenerasi dengan 6% NaCl laju alir 5 ml/menit dan juga pada regenerasi 12% NaCl laju alir 10 ml/menit serta regenerasi 12% NaCl laju alir 20 ml/menit , sedangkan yang terkecil adalah regenerasi 6% NaCl laju alir 5 ml menit. Begitu pula halnya yang ditunjukkan dalam gambar 4.7. Tabel 4. Analisa Kesadahan Total dan Biaya dari Berbagai Regeneran pada Penggaraman 55 menit. Kolom Kesadahan Biaya yang Biaya/jumlah


7

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891 Total yang dibutuhkan kesadahan yang dapat dihilangkan ($) (mg) dihilangkan ($/kg Ca) 1 1.789,50 0,001023 0,57 2 956,66 0,002046 2,14 3 740,63 0,004092 5,52 4 999,64 0,001364 1,36 5 1131,84 0,002728 2,41 6 1.015,90 0,005456 5,37 7 1.147,27 0,001705 1,48 8 1.299,48 0,00341 2,62 9 994,22 0,00682 6,86 10 1.264,04 0,002046 1,62 11 2.077,68 0,004092 1,97 12 1.783,25 0,008184 3,69 13 1.021,32 0,002604 2,55 14 989,21 0,005208 5,26 15 1.367,88 0,010416 7,62 Kesamaan kecenderungan ini menunjukkan bahwa lamanya waktu penggaraman tidak mempengaruhi profil atau kecenderungan kurva dari berbagai variasi yang dilakukan. Perbedaan dari waktu penggaraman akan berpengaruh pada besarnya luas di bawah kurva yang akan menunjukkan jumlah kesadahan yang berhasil di hilangkan atau jumlah Ca yang bisa digantikan oleh Na. Untuk mengetahui keoptimalan suatu variasi yang dilakukan, dilakukan perhitungan luas di bawah kurva gambar 4.6 dan gambar 4.7. Dari perhitungan didapatkan bahwa total kesadahan effluen yang paling besar dihasilkan oleh kolom variasi ke 12, yaitu regeneran NaCl 12% dan laju alir 10 ml/menit, diikuti oleh regeneran NaCl 12% laju alir 12 ml/menit dan regeneran NaCl 6% laju alir 5 ml/menit. Hal ini menunjukkan bahwa regenerasi dengan menggunakan larutan garam 12% NaCl dan laju alir 10 ml/menit adalah yang paling optimal untuk dilakukan. Hasil ini juga sesuai dengan hasil analisa performance regenerasi di lapangan. Membicarakan masalah regenerasi yang optimal juga tidak terlepas dari biaya yang dibutuhkan, karena faktor biaya akan sangat diperhatikan oleh pihak industri, penelitian yang dilakukan tidak bisa hanya mementingkan kualitas teknis saja, tetapi juga harus bisa menyesuaikannya dengan biaya yang optimal sehingga bisa diterapkan di lapangan. Untuk itu dilakukan perhitungan berapa biaya yang dibutuhkan untuk masing-masing variasi dalam simulasi lab. Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.4. dan tabel 4.5. Dari kedua tabel ( tabel 4.4 dan tabel 4.5) dapat dilihat bahwa biaya yang paling kecil adalah yang dihasilkan oleh kolom simulasi 1, yaitu

regeneran 6% NaCl laju alir 5 ml/menit, diikuti oleh kolom 4 (8%, 5ml/menit), dan 7 (10%, 5ml/menit). Hal ini wajar karena semakin kecil persentase garam dan semakin kecil laju lalir biaya yang dibutuhkan semakin kecil pula. Hal ini belum menunjukkan variasi mana yang optimal, untuk itu dihitung biaya yang harus dikeluarkan per jumlah Ca yang digantikan untuk setiap variasi yang dilakukan. Hasil perhitungan biaya per jumlah Ca yang digantikan dapat dilihat pada tabel 4.4 dan tabel 4.5, keduanya menunjukkan bahwa biaya yang paling kecil dihasilkan oleh kolom 1 diikuti kolom 4 dan 7. Hal ini disebabkan karena Ca yang tergantikan juga kecil, sehingga wajar apabila biaya per jumlah Ca yang digantikan juga ikut kecil. Hal menarik yang bisa dilihat adalah pada kolom 11, yaitu regenerasi dengan larutan garam 12% NaCl, laju alir 10 ml/menit dan kolom 12 yaitu yaitu regenerasi dengan larutan garam 12% NaCl, laju alir 20 ml/menit. Dua kolom ini menghasilkan dua jumlah Ca yang tergantikan dengan jumlah yang paling bsar berturut-turut, tetapi dengan biaya yang masih lebih murah bila dibandingkan dengan kolom-kolom dengan jumlah Ca yang dihasilkan jauh lebih sedikit. Hal ini menunjukkan bahwa kolom 11 adalah yang paling optimal melakukan proses pertukaran ion. Tetapi kolom 1 adalah yang paling menguntungkan dari segi biaya Untuk mencapai jumlah Ca yang digantikan sama dengan kolom 11, kolom 1 mmbutuhkan waktu selama 55 menit, jauh lebih lama dari yang dibutuhkan kolom 11. Begitu pula jika kita evaluasi waktu yang 55 menit untuk regenerasi, jumlah Ca yang digantikan oleh kolom 11 tetap lebih tinggi dari kolom 1, dan seterusnya. Karena lamanya weaktu regenerasi akan mempengaruhi lamanya service, maka waktu yang lebih cepat lebih disukai karena akan menghasilkan waktu service (proses pelunakan) yang lebih lama yang berarti air lunak yang dihasilkan lebih banyak. Untuk itu, dapat bahwa kolom regenerasi dengan larutan garam 12%, laju alir 10 ml/menit adalah yang paling optimal melakukan regenerasi, baik dari segi pertukaran ion maupun biaya yang dibutuhkan.

4. Kesimpulan 1.

Tahap Penggaraman dalam regenerasi resin di CGS 1 saat ini menggunakan larutan garam dengan konsentrasi NaCl 6-12% dan laju alir 250 gpm selama 55 menit. Konsentrasi garam sepanjang waktu penggaraman cukup seragam, kenaikan atau penurunan hanya berkisar 4,25-


8

Dasar-Dasar Teknik kimia ISSN 1410-9891 5,83 %, sehingga kualitas influen sudah cukup baik (homogen). 2. Profil effluen pada simulasi penjenuhan resin menunjukkan kurva terobosan dengan bentuk S-Shape dengan jumlah kesadahan total (luas di bawa kurva) sebesar 4.362,04 mg dan kapasitas total 1,74 eq/L (efisiensi 85, 11 % dari kapasitas desain). 3. Jumlah kesadahan yang paling besar dihilangkan dihasilkan oleh regeneran 12% NaCl dengan laju alir 10 ml/menit, yaitu sebesar 1.708,71 mg dengan biaya 0,2604 cent ($1,52/kg Ca removed) pada penggaraman 35 menit dan 2.077,68 mg dengan biaya 0,4092 cent ($1,97/kg Ca removed) pada penggaraman selama 55 menit. 4. Tahap penggaraman yang paling sedikit membutuhkan biaya adalah dengan larutan garam 6% NaCl dengan laju alir 5 ml/menit, yaitu sejumlah 0,0651 cent untuk 1.388,97 mg kesadahan yang dihilangkan ($0,47/kg Ca removed) pada penggaraman selama 35 menit dan sejumlah 0,1023 cent untuk 1.789,50 mg kesadahan yang dihilangkan ($0,57/kg Ca removed) pada penggaraman 55 menit. 5. Penggaraman optimal didapatkan dengan menggunakan larutan 12% NaCl dengan laju alir sebesar 10 ml/menit ( 180 gpm) selama 35 menit..

Daftar Pustaka 1. 2. 3.

Manual Standart operating procedure, “Water Treatment Process : PT CPI-Produce” Duri SBU, 2000 M., Parlindungan, “Performance Test For Strong cationic Exchange Resin”, E&TS Lab Support-Duri, PT CPI, Duri, 2001 Wachinski, Anthony M & Etzel James E., “Enviromental Ion Exchange, Principals and Design”, New York, Lewis Publisher, 1997

4. ______, “Adsorption Phenomena”, http://ias.vub.ac.be/General/Adsorption.Html 5. ______, “Introduction to Hardness of Water”,

http://www.mpdocker.demon.co.uk/environmental_chemistry. html


9

Optimasi Penggunaan Garam untuk Regenerasi Resin pada Unit Water Softener Central Gathering Station 1 Duri Field PT Caltex Pasific Indonesia

Recommend Documents