I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam rangka membangun kemampuan masyarakat untuk mengembangkan usaha kecil dan menengah, tidak ada pilihan lain kecuali dengan memberikan dukungan terhadap gerakan mencintai produk lokal dan produk dalam negeri. Dukungan terhadap gerakan ini harus disertai dengan komitmen pengembangan pemasaran yang luas dengan jaringan penjualan produk-produk berkualitas unggul di tingkat desa, kecamatan, kabupaten dan kota.
Salah satu bentuk usaha kecil atau menengah yang dimaksud diatas diantaranya adalah jenis usaha keripik pisang. Melihat minat masyarakat yang tinggi dalam mengkonsumsi keripik pisang sebagai makanan ringan maka timbulah ide untuk mendirikan usaha ini.
Pisang banyak mengandung protein yang kadarnya lebih tinggi daripada buah-buahan
lainnya, namun buah pisang mudah busuk. Untuk mencegah pembusukan dapat dilakukan pengawetan, misalnya dalam bentuk keripik, dodol, sale, anggur, dan lain-lain. Keripik pisang sudah sejak lama diproduksi masyarakat. Hasil olahan keripik pisang mempunyai rasa yang berbeda-beda, yaitu : asin, manis, manis pedas, dan lain-lain. Pembuatan keripik pisang sangat sederhana dan membutuhkan modal yang tidak terlalu besar. Pisang yang baik dibuat keripik adalah pisang ambon, kapas, tanduk, dan kepok.
Pisang dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu :
1) Pisang yang dimakan dalam bentuk segar, misalnya : pisang ambon, raja sere, raja bulu, susu, seribu, dan emas.
2) Pisang yang dimakan setelah diolah terlebih dahulu, misalnya : pisang kepok, nangka, raja siam, raja bandung, kapas, rotan, gajah, dan tanduk.
B. Uraian Bentuk, Jenis Usaha, dan Pendirian Usaha
Keripik pisang merupakan suatu bentuk usaha kecil menengah yang sedang berkembang di masyarakat. Keuntungan yang diperoleh dari jenis usaha ini sepenuhnya menjadi hak pemilik modal. Hal ini berdasarkan kesepakatan para pemilik modal yang sesuai pada saat pendirian perusahaan.
Pendirian usaha ini dimaksudkan untuk merintis usaha baru. Usaha ini bukanlah bentuk usaha dengan cara membeli perusahaan lain atau juga bukan kerja sama manajemen.
C. Struktur Organisasi
Awalnya usaha ini saya tangani sendiri, dan dibantu oleh beberapa teman dekat dan saudara yang belum terorganisir. Dan saya berharap jika usaha ini telah berkembang pesat dapat menyerap tenaga kerja yang berada di sekitar tempat usaha.
D. Uraian Keunggulan Usaha
Usaha ini memiliki keunggulan dalam hal kemudahan untuk memperoleh bahan baku, hal ini disebabkan karena tempat usaha didirikan di tempat yang dekat dengan sumber bahan baku, selain itu di tempat tersebut belum banyak berdiri usaha yang serupa. Sehingga daya pesaing bisa dibilang belum terlalu besar.
E. Uraian Prospek Usaha
Usaha ini mempunyai prospek yang sangat bagus, karena apabila dapat berkembang lebih pesat, maka tidak hanya pendiri usaha saja yang menerima keuntungan. Melainkan juga masyarakat sekitar yang memiliki sumber bahan baku yang berupa pisang. Sehingga mereka tidak perlu lagi jauh-jauh untuk memasarkan bahan baku. Selain itu juga usaha keripik pisang ini juga dapat menyerap tenaga kerja yang ada di sekitar tempat usaha.
Produk yang dihasilkan mempunyai segmen pasar yang sangat luas, dimana hampir setiap kalangan bisa membeli produk ini. Mungkin yang membedakannya hanyalah variasi rasa yang tersedia dalam produksi usaha ini.
F. Uraian Kelemahan Usaha
Keripik pisang dibuat dari buah pisang yang masih mentah, dan apabila bahan baku diperoleh dari tempat yang cukup jauh dan sistem distribusi yang kurang lancar bisa mengakibatkan buah pisang menjadi labih cepat matang dari kondisi sebelumnya. Dan ini dapat menimbulkan kerugian bagi kami sebagai produsen keripik pisang. Selain itu banyak hambatan dan kendala dalam mengembangkan usaha ini, mulai dari permodalan hingga pemasaran. Selain itu juga sebagai usaha yag masih baru berdiri tentu saja akan terjadi persaingan dengan usaha keripik pisang yang sudah lebih dahulu berdiri dan lebih memiliki nama.
G. Uraian Ancaman Usaha
Kami menyadari bahwa untuk sukses dalam usaha kecil di Indonesia sangat berat dibandingkan dengan di negara-negara berkembang lainnya. Di Indonesia umumnya, dan di Lampung khususnya, pembinaan yang diterima dirasa jauh dari apa yang diharapkan. Kami berharap pemerintah dapat memberikan perhatian yang lebih serius kepada sektor usaha kecil dan menengah yang mampu menyerap jutaan tenaga kerja. Pasalnya, di tengah era pasar bebas AFTA saat ini makanan ringan dari negara tetangga seperti Malaysia dan Thailand sudah mulai mulai membanjiri pasar lokal, terutama pasar swalayan dan supermarket, termasuk di Bandar Lampung. Bahkan, bila diprediksikan tidak mustahil bahwa keripik pisang dari Filipina akan masuk ke daerah Lampung. Lagi pula untuk makanan ringan berbahan baku pisang, negara Filipina dan Kostarika sudah merajai pasar dunia.
II. PRODUKSI
A. Uraian Bahan Baku
1) Pisang tua (mengkal) 20 kg
2) Minyak goreng 1 kg
3) Garam secukupnya.
B. Uraian Peralatan
1) Baskom
2) Alas perajang (talenan)
3) Pisau
4) Ember plastik
5) Penggorengan (Wajan)
6) Lilin (untuk kantong plastik)
7) Tungku atau kompor
8) Tampah (nyiru)
9) Keranjang bambu
10) Kantong plastik (sebagai pembungkus).
C. Uraian Proses Pembuatan
1) Jemur pisang selama 5~7 jam, lalu kupas;
2) Iris pisang tipis-tipis ± 1~2 mm menurut panjang pisang;
3) Siapkan minyak yang telah dibubuhi garam kemudian panaskan. Goreng irisan pisang tersebut sedikit demi sedikit agar tidak melengket satu dengan yang lainnya. Penggorengan dilakukan selama 5~7 menit tergantung jumlah minyak dan besar kecilnya api kompor;
4) Angkat keripik setelah berubah warna dari kuning menjadi kuning kecoklatan;
5) Saring minyak setelah lima (5) kali penggorengan, kemudian tambahkan minyak baru dan garam;
6) Masukkan dalam kantong plastik atau stoples setelah keripik pisang cukup
dingin.
D. Uraian Rencana Produksi
Kegiatan usaha ini dilakukan dalam periode 1 bulan dengan 26 hari kerja dan kapasitas produksi 5 kotak produk per hari. Dimana 1 kotaknya itu berisi 15 bungkus. Sehingga produksi per bulan adalah 130 kotak. Yang nantinya tiap poduk mempunyai harga yang berbeda sesuai dengan variasi rasa dan biaya pembuatan.
III. PEMASARAN
A. Uraian Target Pemasaran
Produk kami ditujukan pada segmen seluruh lapisan masyarakat. Karena kami ingin produk kami dikenal oleh semua kalangan. Mungkin yang membedakan hanyalah pada variasi produknya. Dan untuk sekarang ini karena masih dalam tahap pengenalan produk, maka target pemasaran kami berada dalam jangkauan yang sempit yaitu daerah Tulang Bawang dan sekitarnya. Namun dalam perkembangannya untuk target pemasaran dapat diperluas dengan jangkauan kota-kota besar di Indonesia, yaitu dengan cara membuka cabang di kota- kota tersebut. Hal ini mengingat bahwa peminat produk tidak hanya berada di kawasan Tulang Bawang dan sekitarnya.
Agar pemasaran produk dapat diperluas maka yang harus diperhatikan adalah kualitas produk dan yang tidak kalah pentingnya yaitu promosi dan penjualan.
B. Uraian Promosi
Untuk mempromosikan usaha keripik pisang ini, karena masih dalam tahap pengenalan maka kami mencoba mempromosikannya dengan cara mendistribusikan produk ini ke toko-toko yang ada di kawasan Tulang Bawang dan sekitarnya. Diharapkan seiring berrkembangnya usaha ini, maka promosi akan lebih ditingkatkan lagi. Yaitu dengan cara mempromosikan produk ini ke swalayan atau supermarket yang tersebar luas di beberapa kota di Indonesia seperti Hero Hypermarket, Alfamart, Alfa Gudang Rabat, dan Indomart.
Minggu, 13 Maret 2011
Reaktor Kimia
Reaktor kimia adalah sebuah alat industri kimia , dimana terjadi reaksi bahan mentah menjadi hasil jadi yang lebih berharga.
Tujuan pemilihan reaktor adalah :
1. Mendapat keuntungan yang besar
2. Biaya produksi rendah
3. Modal kecil/volume reaktor minimum
4. Operasinya sederhana dan murah
5. Keselamatan kerja terjamin
6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya
Pemilihan jenis reaktor dipengaruhi oleh :
1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi
2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping
3. Kapasitas produksi
4. Harga alat (reactor) dan biaya instalasinya
5. Kemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas
Jenis-jenis reactor
A. Berdasarkan bentuknya
1. Reaktor tangki
Dikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan proses alir.
2. Reaktor pipa
Biasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa. Dikatakan ideal bila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan, mengalir didalam pipa dengan arah sejajar sumbu pipa.
B. Berdasarkan prosesnya
1. Reaktor Batch
Biasanya untuk reaksi fase cair
Digunakan pada kapasitas produksi yang kecil
Keuntungan reactor batch:
- Lebih murah dibanding reactor alir
- Lebih mudah pengoperasiannya
- Lebih mudah dikontrol
Kerugian reactor batch:
- Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk)
- Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat pereaksi, pendinginan zat hasil, pembersihan reactor, waktu reaksi)
2. Reaktor Alir (Continous Flow)
Ada 2 jenis:
a. RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk)
Keuntungan:
Suhu dan komposisi campuran dalam rerraktor sama
Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reactor.
Kerugian:
Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.
Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP
Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB lebih besar dari RAP.
b. RAP
Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa.
Keuntungan :
Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama
Kerugian:
1. Harga alat dan biaya instalasi tinggi.
2. Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.
3. Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi "Hot Spot" (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reactor
3. Reaktor semi batch
Biasanya berbentuk tangki berpengaduk
C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya
1. Reaktor isotermal.
Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.
2. Reaktor adiabatis.
Dikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan sekelilingnya.
Jika reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. ( K naik dan -rA besar sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek).
3. Reaktor Non-Adiabatis
D. Reaktor Gas Cair dengan Katalis Padat
1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR).
Terdiri dari satu pipa/lebih berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Biasanya dioperasikan secara adiabatis.
2. Fluidized bed reaktor (FBR)
• Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan.
• Operasinya: isotermal.
• Perbedaan dengan Fixed bed: pada Fluidized bed jumlah katalis lebih sedikit dan katalis bergerak sesuai kecepatan aliran gas yang masuk serta FBR memberikan luas permukaan yang lebih besar dari PBR
E. Fluid-fluid reaktor
Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair.
1. Bubble Tank.
2. Agitate Tank
3. Spray Tower
Pertimbangan dalam pemilihan fluid-fluid reaktor.
1. Untuk gas yang sukar larut (Kl <) sehingga transfer massa kecil maka Kl harus diperbesar .Jenis spray tower tidak sesuai karena kg besar pada Spray Tower
2. Jika lapisan cairan yang dominan, berarti tahanan dilapisan cairan kecil maka Kl harus diperbesar
» jenis spray tower tidak sesuai.
3. Jika lapisan gas yang mengendalikan (maka Kg <)
» jenis bubble tank dihindari.
4. Untuk gas yang mudah larut dalam air
» jenis bubble tank dihindari.
Untuk pendekatan perhitungan reaktor pada umumnya ada 2 (didapat dari situsnya wikipedia), yaitu :
1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)
2. Reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reaktor (PFR)
-Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)
Reaktor ini biasa disebut dengan reaktor tangki ideal berpengaduk, kenapa disebut seperti itu? karena dalam reaktor ini, umpan masuk sama dengan produk keluar, kalau tidak sama tentu jumlah dalam tangki (bejana) tersebut akan bertambah atau berkurang. Dan itu berpengaruh dalam kestabilitasan jumlah produk, yaa sederhananya bisa diasumsikan bahwa ada yang tidak beres dalam reaktor tersebut. hehehe (dan ini sangat berpengaruh dalam perhitungan)
Hmm biasanya, pada reaktor model seperti ini, pengadukan dianggap rata di semua bagian, sehingga komposisi produk yang keluar sama dengan komposisi bahan yang ada di dalam reaktor. Gimana kawan? udah lumayan ngerti kan? kalo belum, berarti harus banyak2 baca referensi lagi, oke.
Untuk mendapatkan hasil konversi yang maksimal (tergantung banyak hal sih), biasanya model seperti ini menggunakan banyak reaktor, dan disusun secara seri. Dengan adanya reaktor yang disusun seperti ini memungkinkan konversi ke produk menjadi lebih besar dibandingkan dengan menggunakan reaktor tunggal.
- Reaktor alir pipa
Biasanya penggunaan model seperti ini digunakan untuk reaktan berfase gas, dan perlu kawan-kawan ketahui, reaksi kimia tersebut terjadi sepanjang pipa, jadi semakin panjang pipa maka konversinya juga semakin tinggi. Hmm tapi tidak segampang itu mengasumsikannya kawan. dalam suatu reaksi terdapat titik optimum, artinya kita perlu mengetahui tentunya dengan menganilisis, di mana titik optimum itu berada, sehingga tidak membuang2 energi, karena pada treaktor jenis ini, konversinya terjadi secara gradien (ngerti kan secara gradien) di mana pada saat awal kecepatan reaksinya cepat namun seiring panjang pipa (melewati titik optimum) jumlah reaktan tersebut akan berkurang dan kecepatan reaksinya pun akan semakin lambat. Wah...wah... tambah sulit ya, atau emang saya yang tidak bisa menuliskannya dengan baik. ya udah saya akan berusaha agar pembahasannya lebih komprehensif.
Tujuan pemilihan reaktor adalah :
1. Mendapat keuntungan yang besar
2. Biaya produksi rendah
3. Modal kecil/volume reaktor minimum
4. Operasinya sederhana dan murah
5. Keselamatan kerja terjamin
6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya
Pemilihan jenis reaktor dipengaruhi oleh :
1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi
2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping
3. Kapasitas produksi
4. Harga alat (reactor) dan biaya instalasinya
5. Kemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas
Jenis-jenis reactor
A. Berdasarkan bentuknya
1. Reaktor tangki
Dikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan proses alir.
2. Reaktor pipa
Biasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa. Dikatakan ideal bila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan, mengalir didalam pipa dengan arah sejajar sumbu pipa.
B. Berdasarkan prosesnya
1. Reaktor Batch
Biasanya untuk reaksi fase cair
Digunakan pada kapasitas produksi yang kecil
Keuntungan reactor batch:
- Lebih murah dibanding reactor alir
- Lebih mudah pengoperasiannya
- Lebih mudah dikontrol
Kerugian reactor batch:
- Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk)
- Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat pereaksi, pendinginan zat hasil, pembersihan reactor, waktu reaksi)
2. Reaktor Alir (Continous Flow)
Ada 2 jenis:
a. RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk)
Keuntungan:
Suhu dan komposisi campuran dalam rerraktor sama
Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reactor.
Kerugian:
Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.
Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP
Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB lebih besar dari RAP.
b. RAP
Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa.
Keuntungan :
Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama
Kerugian:
1. Harga alat dan biaya instalasi tinggi.
2. Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.
3. Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi "Hot Spot" (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reactor
3. Reaktor semi batch
Biasanya berbentuk tangki berpengaduk
C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya
1. Reaktor isotermal.
Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.
2. Reaktor adiabatis.
Dikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan sekelilingnya.
Jika reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. ( K naik dan -rA besar sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek).
3. Reaktor Non-Adiabatis
D. Reaktor Gas Cair dengan Katalis Padat
1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR).
Terdiri dari satu pipa/lebih berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Biasanya dioperasikan secara adiabatis.
2. Fluidized bed reaktor (FBR)
• Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan.
• Operasinya: isotermal.
• Perbedaan dengan Fixed bed: pada Fluidized bed jumlah katalis lebih sedikit dan katalis bergerak sesuai kecepatan aliran gas yang masuk serta FBR memberikan luas permukaan yang lebih besar dari PBR
E. Fluid-fluid reaktor
Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair.
1. Bubble Tank.
2. Agitate Tank
3. Spray Tower
Pertimbangan dalam pemilihan fluid-fluid reaktor.
1. Untuk gas yang sukar larut (Kl <) sehingga transfer massa kecil maka Kl harus diperbesar .Jenis spray tower tidak sesuai karena kg besar pada Spray Tower
2. Jika lapisan cairan yang dominan, berarti tahanan dilapisan cairan kecil maka Kl harus diperbesar
» jenis spray tower tidak sesuai.
3. Jika lapisan gas yang mengendalikan (maka Kg <)
» jenis bubble tank dihindari.
4. Untuk gas yang mudah larut dalam air
» jenis bubble tank dihindari.
Untuk pendekatan perhitungan reaktor pada umumnya ada 2 (didapat dari situsnya wikipedia), yaitu :
1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)
2. Reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reaktor (PFR)
-Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)
Reaktor ini biasa disebut dengan reaktor tangki ideal berpengaduk, kenapa disebut seperti itu? karena dalam reaktor ini, umpan masuk sama dengan produk keluar, kalau tidak sama tentu jumlah dalam tangki (bejana) tersebut akan bertambah atau berkurang. Dan itu berpengaruh dalam kestabilitasan jumlah produk, yaa sederhananya bisa diasumsikan bahwa ada yang tidak beres dalam reaktor tersebut. hehehe (dan ini sangat berpengaruh dalam perhitungan)
Hmm biasanya, pada reaktor model seperti ini, pengadukan dianggap rata di semua bagian, sehingga komposisi produk yang keluar sama dengan komposisi bahan yang ada di dalam reaktor. Gimana kawan? udah lumayan ngerti kan? kalo belum, berarti harus banyak2 baca referensi lagi, oke.
Untuk mendapatkan hasil konversi yang maksimal (tergantung banyak hal sih), biasanya model seperti ini menggunakan banyak reaktor, dan disusun secara seri. Dengan adanya reaktor yang disusun seperti ini memungkinkan konversi ke produk menjadi lebih besar dibandingkan dengan menggunakan reaktor tunggal.
- Reaktor alir pipa
Biasanya penggunaan model seperti ini digunakan untuk reaktan berfase gas, dan perlu kawan-kawan ketahui, reaksi kimia tersebut terjadi sepanjang pipa, jadi semakin panjang pipa maka konversinya juga semakin tinggi. Hmm tapi tidak segampang itu mengasumsikannya kawan. dalam suatu reaksi terdapat titik optimum, artinya kita perlu mengetahui tentunya dengan menganilisis, di mana titik optimum itu berada, sehingga tidak membuang2 energi, karena pada treaktor jenis ini, konversinya terjadi secara gradien (ngerti kan secara gradien) di mana pada saat awal kecepatan reaksinya cepat namun seiring panjang pipa (melewati titik optimum) jumlah reaktan tersebut akan berkurang dan kecepatan reaksinya pun akan semakin lambat. Wah...wah... tambah sulit ya, atau emang saya yang tidak bisa menuliskannya dengan baik. ya udah saya akan berusaha agar pembahasannya lebih komprehensif.
steam n boiler
BAB III
STEAM DAN BOILER
Boiler adalah suatu alat yang menghasilkan uap (steam) dari air dengan jalan pemanasan. Dengan adanya perubahan air menjadi steam, maka ada 3 hal yang perlu diperhatikan:
1. Container
Container adalah tempat untuk memanaskan air menjadi uap air.
2. Air
Air adalah bahan utnuk menbuat steam sesudah dipanaskan.
3. Panas
Panas adalah energi yang dipakai untuk merubah air menjadi steam. Dengan memperthatikan ketiga hal tersebut diharapkan akan menghasilkan steam yang cukup, serta segala permasalahan misalnya masalah air yang akan merusak tempat karena korosi akan mengurangi efesiensi penyerapan panas akibat timbulnya kerak dapat diatasi dengan baik.
3.1. Container
Tempat untuk menghasilkan steam dengan cara pemanasan dikenal dengan boiler atau ketel. Ada 3 tipe dari steam boiler, yaitu:
1. Fire tube boiler, di mana panas dan gas pembakaran dimasukkan ke dalam pipa yang dikelilingi oleh air.
2. Water tube boiler, dimana air ada didalam pipa dan panas serta gas pembakaran melalui antara pipa-pipa tersebut.
3. Cast iron sectional boiler, dimana panas dan gas pembakaran melalui celah-celah yang mengandung air.
Fire Tube Boiler
Untuk fire tube boiler dikenal beberapa macam tipe, yaitu:
1. Scoth marine boiler, yaitu boiler dengan bentuk panjang, rendah dan bulat. Kotak api mempunyai dua tempat yaitu di ujung-ujung pipa (lihat gambar 1).
2. Locomative boiler.
3. Vertical fire tube boiler.
Pada Boiler ini api dan gas pembakaran masuk melalui pipa-pipa dan dikelilingi oleh air. Biasanya dipakai untuk instalasi yang cukup besar, tetapi cukup populer.
Water tube boiler
Untuk water tube boiler dikenal beberapa tipe yaitu:
1. Single drum
2. Multi drum
3. Straight tube
4. Bent Tube
Untuk straight tube boiler gas pembakaran ditahan oleh 3 penahan sebelum meninggalkan boiler. Pada saat itu air menyerap panas dari gas pembakaran,
Cast iron sectional boiler
Untuk tipe boiler ini bisa juga disebut water tube boiler. Air berada di dalam tiap-tiap cast iron yang dihubungkan dengan yang lauarnya sehingga membentuk sebuah boiler. Biasanya ada 5 cast iron untuk tipe yang kecil dan ada 12 buah cast iron untuk tipe besar.
3.3. Air Boiler
Air yang dipakai untuk pembuatan steam harus memenuhi beberapa persyaratan yaitu:
1. tidak boleh membuih
2. tidak menyebabkan terjadinya korosi pada pipa-pipa.
Zat-zat yang terkandung di dalam air boiler yang dapat menyebabkan kerusakan ketel adalah:
1. Kadar soluble matter yang tinggi.
2. Suspended Solid
3. Garam-garam Ca dan Mg.
4. Silika, Sulfat, asam bebas (free acid) dan oxida.
5. Organik matter.
3.2.1. Buih atau busa
Busa disebabkan oleh surface active agent ( misalnya sabun) juga ada hubungannya dengan salt content.
Yang menyebabkan busa adalah:
1. Solid matter
2. Suspended matter
3. Suatu kebasaan yang tinggi sekali
Kesulitan-kesulitan yang dihadapi dengan adanya busa:
1. Kesulitan membaca tinggi permukaan air didalam boiler.
2. Karena buih dapat menyebabkan percikan yang kuat sehingga mengakibatkan adanya solid-solid yang menempel akan mengakibatkan terjadinya korosi dengan adanya pemanasan lebih lanjut.
Cara-cara untuk mengetahui (menentukan) busa:
Ada dua cara untuk mnentukan adanya busa, yaitu:
A. Salt Content
1. Ditambah Na2CO3 (pelunakan sebagian). Dengan penguapan sampai separuh volume air tersebut dilihat apakah timbul busa atau tidak.
2. Dihilangkan suspended solid
Dengan penguapan sampai 1/6 nya apakah timbul busa atau tidak.
3. Menghilangkan hardness sampai 0,56 oD.
Dengan penguapan sampai 1/6 apakah timbul busa atau tidak.
4. Semua dihilangkan kecuali salt content.
Dengan penguapan sampai 1/20 volume bisa dilihat timbul busa atau tidak.
B. Critical concentration
Critical concentration adalah suatu ukuran yang ditentukan secara empiris kapan air tersebut mulai membusa. Ukuran tersebut adalah konsentrasi air yang diukur.
Solid content dan salt content masih ada hubungannya. Oleh sebab itu untuk menentukan critical concentration cukup untuk mengukur dari salt content yang maksimum, air tersebut tidak boleh dipakai lagi, karena salt content yang maksimum menyebabkan terjadinya busa.
Misalnya:
Suatu air mengandung critical concentration 10%. Maka kadar air itu mengandung salt content 10%, oleh sebab itu kalau air yang dipakai konsentarsinya lebih dari 10% maka akan timbul busa.
Pencegahan terjadinya buih
Foaming terjadi karena tingginya caustic soda, garam-garam sodium lainnya. Selain itu foaming juga disebabkan karena adanya minyak-minyak atau kontaminasi zat-zat organik.
Pencegahannya dapat dilakukan dengan:
1. Pemberian asam organik dan castrol oil (minyak jarak).
2. Garam barium
3. Polyamida, poly alkilene glicol.
4. Kontrol adanya lumpur dan kerak.
5. Kontrol alkalinitas dari air tersebut.
3.2.2. Priming
Priming adalah keluarnya air bersama-sama dengan uap secara tiba-tiba dan keras dari boiler. Priming terjadi akibat ketinggian air di dalam boiler melewati level yang seharusnya. Adanya priming dapat menyebabkan kerusakan mesin dan turbin. Penyebab priming dapat terjadi karena persoalan mekanis dan sebagian lagi persoalan kimia, seperti:
1. Ketinggian air di dalam boiler terlalu tinggi.
2. Konsentrasi tinggi dari bahan kimia dalam air.
3. Kotoran-kotoran yang menyebabkan naiknya tegangan permukaan.
4. Pembukaan katup uap terlalu cepat.
Pencegahannya:
Kalau penyebabnya adalah persoalan mekanik maka pencegahannya meliputi:
1. Desain boiler harus tepat.
2. Dijaga ketinggian air.
3. Metode penyalaan.
4. Over loading
5. Perubahan yang sangat mencolok
6. Steam storage diatas water level harus tepat.
7. Ukuran steam header
8. Kecepatan uap meninggalkan boiler.
Kalau penyebabnya adalah zat kimia, maka perlu adanya kontrol solid yang terdapat di dalam air boiler tersebut.
3.2.3. Carry Over
Carry over terjadi karena adanya zat padat yang ada didalam air boiler ikut dengan air atau steam keluar boiler dan akan mengendap pada pipa-pipa uap, keran-keran, superheater, mesin atau turbin. Padatan ini akan merusak sudu-sudu turbin dan pelumasan dari mesin-mesin. Selain itu akibat adanya pemanasan, maka zat padat yang ada didalam air akan timbul dan melekat pada metal kemudian dengan pemansan lebih lanjut akan pecah atau lepas sehingga bisa merusak benda-benda yang dilekati zat padat tersebut.
Carry over dari air boiler merupakan persoalan mekanis atau sebagian persoalan kimia. Kalau penyebabnya masalah mekanis meliputi: defisiensi pada boiler design, ketinggian air, penyalaan yang tidak benar, over loading dan perubahan yang mencolok. Kalau penyebabnya masalah kimia, disebabkan adanya kandungan zat-zat kimia yang melebihi critical concentration-nya.
Pencegahannya:
1. Disain boiler haruslah baik.
2. Jika penyebabnya adalah persoalan kimia, maka perlu diperhatikan: keadaan dan jumlah zat padat yang ada di dalam air boiler.
3.2.4. Scale (kerak)
Kerak didalam boiler disebabkan oleh garam-garam Ca++ dan Mg ++. Scale yang terbentuk akan menyebabkan:
1. Isolasi terhadap panas sehingga energi dari bahan bakar tertolak.
2. Scale ini kadang-kadang tiba-tiba pecah, sehingga air langsung berhubungan dengan ketel yang akan menimbulkan pecahan (kebocoran) karena ketel mendapat tekanan yang kuat.
Jenis-jenis kerak yang terdapat pada boiler:
1. Sludge (lumpur).
Kerak ini tidak mengganggu terlalu banyak, dengan blow downlumpur-lumpur tadi bisa dikurangi. Selain dari maksud di atas blow down berguna untuk:
a. Mengontrol ketinggian air.
b. Mengontrol konsentrasi bahan kimia pada air.
c. Pembuangan pada waktu pembersihan.
2. Scale yang melekat pada dinding ketel.
Kerak ini lebih sukar dibersihkan sebab melekat pada dinding. Ada 2 macam tipe kerak ini, yaitu:
a. Scale porous.
Sifatnya merusak boiler sebab di dalam scale tersebut mengurung steam. Dimana akan terjadi gelembung-gelembung steam yang akan merusak diding karena adanya peristiwa kelewat panas. Contohnya: Scale calsife
b. Scale solid
Scale ini sifatnya lebih padat dibandingkan dengan scale porous. Dibandingkan scale porous, scale ini kurang daya rusaknya terhadap ketel. Contohnya: aragonate scale.
Selain garam-garam Ca dan Mg, oli juga dapat merusak ketel sebab oksida besi dengan oli akan membentuk lumpur yang akan menghalangi daya serap panas oleh air boiler.
Yang menyebabkan scale adalah:
1. Garam-garam Ca dan Mg sulfat dan silikat
Contohnya: CaSO4, Mg silikat, Ca silikat. Garam-garam ini solubilitinya berkurang sehinnga mengendap pada dinding-dinding yang panas. Scale ini terjadi karena peristiwa fisika.
2. Garam-garam Carbonat.
Contohnya: CaCO3, MgCO3. Garam-garam ini akan mengendap pada temperatur tinggi, sehingga mengendap pada dinding ketel. Air yang diambil daris umber air biasanya mengandung CaHCO3 yang terurai pada pemanasan sampai 70oC.
CaHCO3 CaCO3 + CO2 + H2O
Jadi sewaktu dimasukkan ke dalam ketel CaCO3 sudah merupakan butiran-butiran kecil sehingga CaCO3 tidak merupakan scale pada dinding ketel, tetapi merupakan sludge pada air yang dipanasi.
3. SiO2, Al2O3 dan Mg(OH)2.
Cara pencegahannya:
Ion-ion Mg dan Ca yang selalu membuat scale dapat dicegah dengan menurunkan hardnessnya. Untuk boiler-boiler lama masih bisa 10 Do. Tetapi untuk tipe boiler sekarang airnya harus mempunyai kesadahan jauh di bawah 10 Do. Untuk penghilangan atau pengurangan kesadahan tersebut dapat dilakukan dengan:
1. Eksternal Softening.
Eksternal softening adalah cara pelunakan air yang akan dilakukan di luar boiler. Misalnya:
a. Lime soda softening
b. Phosphat Softening
c. Demineralization
d. Silica removal.
e. Oil removal
2. Internal Softening
Internal softening adalah cara pelunakan air yang dilakukan di dalam boiler. Misalnya:
a. Penambahan soda.
b. Penambahan phosphat
c. Penambahan senyawa organik.
d. Penambahan algor, dan lain-lain.
Selain penambahan bahan-bahan tersebut, untuk mengontrol mutu umpan boiler dan mencegah pembentukan kerak, dapat juga dilakukan injeksi pada deaerator ke sistem pembangkit steam yaitu hidrazin (N2H4) 1% berat. Penambahan bahan kimia ini bertujuan untuk menyerap atau mengikat kandungan oksigen terlarut dalam air bebas mineral.
3.2.5. Korosi
Korosi adalah perusakan pada logam. Perusakan yang cukup besar bisa menyebabkan reparasi yang berat bahkan kadang-kadang ketel tersebut harus dihentikan pemakaiannya.
Penyebab korosi:
a. Asam atau pH rendah.
Pada saat pH rendah, ion-ion hidrogen akan melapisi permukaan logam sehingga menimbulkan gas yang meninggalkan permukaan logam tersebut sehingga menyebabkan terjadinya korosi.
b. Adanya oksigen
Adanya oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosi sebagai berikut:
1. oksigen akan mengoksidasi ferrooksida. Fe(OH)2 akan menjadi Ferrihidroksida Fe(OH)3. Fe(OH)3 mempunyai sifat mudah melarut di dalam air. Reaksinya adalah sebagai berikut:
4 Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3.
2. Oksigen akan bereaksi dengan ion hidrogen yang melapisi permukaan logam. Ion hidrogen tersebut terjadi karena karena adanya reaksi Fe++ dengan air.
Fe++ + 2 H2O Fe(OH)2 +2 H+
4 H+ + O2 2H2O
Dengan hilangnya lapisan tadi membuka kemungkinan korosi seperti halnya pada reaksi (1).
c. Adanya bikarbonat
Adanya bikarbonat di dalam air boiler akan menyebabkan terjadinya CO2, karena pemanasan dan adanya tekanan. CO2 akan terjadi bereaksi dengan air menjadi asam karbonat. Asam ini pelan-pelan akan bereaksi dengan logam dan besi membentuk garam bikarbonat. Garam bikarbonat ini dengan pemansan akan membentuk CO2 lagi.Sekali lagi CO2 bereaksi dengan air membentuk asam, demikian terus menerus sehingga bisa membentuk suatu siklus.
Fe + 2 H2CO3 Fe (HCO3)2 + H2
Fe(HCO3)2 + H2O + panas Fe(OH)2 + 2H2O + 2CO2
d. Adanya gas: H2S, SO2 dan NH3
Adanya gas H2S, SO2 dan NH3 bisa menyebabkan korosi, tetapi tidak sehebat yang disebabkan oleh gas O2 atau CO2.
e. Adanya bahan-bahan organik
Adanya bahan-bahan organik yang berupa asam organik yang masuk k edalam boiler akan menyebabkan terjadinya korosi.
f. Adanya minyak dan gemuk.
Minyak dan gemuk yang berasal dari minyak bumi, binatang dan tumbuh-tumbuahn akan menghasilkan asam organik dan gliserin. Asam organik akan bereaksi dengan besi, contohnya CO2 yang berasal dari asam organik juga merupakan salah satu penyebab terjadinya korosi.
Pencegahan korosi:
Untuk mencegah terjadi nya korosi dapat dilaksanakan seperti berikut ini:
a. Penagturan alkalinitas dan pembentukan lapisan film, dimana pH air boiler diharapkan lebih besar dari 9,5 dan kecil kandungan alkali hidroksida. Alkalinitas bisa diatur dengan menambahkan soda ash (NaCO3), kaustik soda (NaOH) dan trisodium phosphat.
b. Untuk menghilangkan kandungan O2 dapat dilakukan dengan deaerasi, sedangkan untuk menghilangkan CO2 dapat dilakukan dengan pemanasan dengan cara pemanasan pendahuluan secara terbuka pada boiler feed water. Dapat juga dengan ,menambahkan bahan-bahan kimia, misalnya: tannin, dan turunan glucose.
c. Memberikan perlindungan dengan pembentukan film yaitu menggunakan tannin, turunan lignin dengan turunan glukosa.
d. Jika penyebab korosi adalah karena iar kondensat maka pencegahan dapat dilakukan dengan menambahkan senyawa amin atau amonia.
3.2.6. Caustic Embrittlement.
Salah satu penyebab terjadinya kerapuhan pada logam adalah karena adanya NaOH bebas di dalam air boiler yang terkonsentrasi pada suatu titik kebocoran dan secara kimia akan menyerang metal tersebut. Akibat dari serangan kimia tersebut, akan timbul retakan yang tidak beraturan apalagi pada metal yang terkena tekanan.
Pencegahan Caustic Embrittlement:
a. Mencegah kebocoran pada daerah metal yang mengalami tekanan.
b. Penambahan inhibitor
c. Menjaga alkalinitas hidroksida yang rendah pada iar boiler dengan cara:
1. Mengontrol pH dengan menggunakan phosphat. PH dari air boiler terkontrol dengan cara melihat endapan trisodium phosphat dan pH yang dapat dilihat dari kurva.
2. Penambahan bahan-bahan kimia untuk mencegah embrittlement, yaitu dengan menambahkan lignin, tannin dan sodium nitrat.
3.3. Panas
Panas dapat dipakai untuk merubah air menjadi steam. Panas bisa didapatkan dari matahri, listrik, gas, minyak batubara dan kayu. Pemakaian bahan-bahan tersebut tergantung dari besar kecilnya steam yang dihasilkan. Untuk pemakaian yang sifatnya komersial dipakai bahan bakar dari minyak, batu bara atau gas.
Bahan bakar:
Berdasarkan bentuk fasanya bahan bakar dapat dibedakan menjadi:
1. Bahan bakar padat (solid), misalnya batu bara atau kayu.
2. Bahan bakar cair
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan bahan bakar cair, yaitu:
a. Heating value
b. Flash poin
c. Fire point
3. Bahan bakar gas
Untuk bahan bakar gas cara penyalaannya lebih mudah dibandingkan dengan kedua bahan bakar yang lain, yang perlu diperhatikan adalah campuran antara minyak dan udara untuk menyempurnakan pembakaran.
Efesiensi Boiler
Khusus untuk bahan bakar cair (minyak), heating value sangat diperhatikan , untuk dapat menghitung efesiensi boiler. Heating value dapat dhitung dengan menggunakan persamaan Dulong, yaitu:
HV = 14.600 C + 62.000 (H – O/8) +4.050 S
Dimana:
HV = Heating value, Btu/lb of fuel
C = berat atom karbon/ lb of fuel
H = berat atom Hidrogen/ lb of fuel
O = berat atom Oksigen/ lb of fuel
S = berat atom Sulfur /lb of fuel
Efesiensi Boiler dapat dinyatakan dengan:
output bisa dinyatakan dengan:
1. Banyaknya steam yang terjadi, dimana di dalam hal ini ditunjukkan dari total bahan bakar yang dinyalakan pada suatu periode dan total air yang diubah menjadi uap pada periode yang sama pula.
2. Banyaknya energi fuel yang dipakai untuk efesiensi bisa dinyatakan sebagai berikut:
3.4. Operasi Boiler
Didalam pelaksanaan operasi boiler (ketel) ada 3 masalah yang biasanya ditemui yaitu:
1. Internal treatment
2. Resirkulasi
3. Pembersihan boiler
Meliputi:
a. pembersihan kerak (scale) yang berasal dari air boiler
b. pembersihan kerak yang berasal dari bahan bakar.
3.4.1. internal treatment
untuk internal treatment di dalam boiler harus diperhatikan apakah boiler tersebut bertekanan rendah atau bertekanan tinggi.
a. internal treatment boiler bertekanan rendah
salah satu campuran bahan kimia yang dipakai di dalam jenis boiler ini adalah : Natrium silikat tau campuran bahan kimia yang mengandung Natrium silikat dan alkali lainnya. Bahan kimia ini bisa diberikan dalam bentuk liquid ataupun solid.
Campuran dari soda ash dan natrium phospat dengan Natrium bicromat ataupun Natrium cromat juga baik dipakai. Jika alkali yang digunakan sebagai bahan treatment, sebaikknya air boiler hanya mengandung 100-350 ppm hidroksida dengan total alkalinity paling tinggi adalah 300-500 ppm yang dinyatakan dalam CaCO3. Untuk alkalinity yang lebih tinggi dari 1000 ppm tidak baik bagi boiler.
Sodium silikat tidak hanya meningkatkan alkalinity tetapi juga mencegah korosi dengan membentuk film pada permukaan logam boiler.
Pemakaian kromat sebagai bahan kimia treatment, mengadung 500-1000 ppm kromat sebagai Na2CrO4 dengan pH di atas 7,5. Untuk itu dipakai Natrium bikarbonat. Tetapi, bila pH lebih kecil dari7,5 beberapa jenis alkali dapat dikombinasikan dengan Natrium bikarbonat ini.
b. Internal treatment untuk boiler bertekanan tinngi
Di dalam boiler yang bertekanan tinggi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu:
1. Total Solid
Jumlah solid di dalam boiler perluperlu diperhatikan untuk menghindari hal-hal yang tidak dikehendaki. Total dissolved solid, suspended solid, alkalinity dan minyak harus dikontrol untuk mencegah carry over yang paling memuaskan adalah pada konsentrasi 1500-3500 ppm total solid.
Dalam penambahan bahan bahan kimia anti foam diperkenankan sampai 30.000 ppm. Untuk mengurangi total solid dapat dilakukan blow down sebelum terbentuk carry over atau priming.
2. Alkalinity
Alkalinity air boiler harus tinggi untuk mencegah korosi karena adanya asam. Campuran Phosphat, Caustic soda, Soda ash sangat menolong untuk mengatur alkalinity di dalam boiler.
3. Phosphat
Kelebihan PO4 akibat dari penambahan bahan kimia pada treatment dapat terjadi. Oleh karena itu sebaiknya konsentrasi PO4 tidak lebih dari 30-60 ppm.
4. Hardness
Diharapkan hardness di dalam air boiler adalah nol, tetapi hal seperti ini sangat sulit untuk dicapai.
Internal treatment dengan bahan kimia
Bahan kimia yang biasa digunakan di dalam internal treatment untuk boiler tekanan adalah:
1. Soda Ash (Na2CO3)
Akibat penambahan Na2CO3, soda akan bereaksi dengan kerak berbentuk sulfat dari kalsium dan magnesium membentuk lumpur karbonat yang bisa dihilangkan dengan cara blow down.
Na2CO3 + CaSO4 CaCO3 + Na2SO4
Na2CO3 + MgSO4 MgCO3 + Na2SO4
Sedangkan MgSO4 juga bisa bereaksi dengan Caustic soda membentuk Mg(OH)2 yang merupakan lumpur.
MgCO3 + H2O + panas 2NaOH + CO2
2 NaOH + MgSO4 Mg (OH)2 + NaSO4
Soda Ash kurang baik digunakan sebagai bahan kimia pembersih air karena dapat membentuk gas CO2. Tetapi bila dikombinasikan dengan senyawa organik seperti: tannin, lignin, penggunaan soda lebih baik jika dibandingkan dengan phosphat. Penggunaan soda dengan bahan organik tersebut akan membentuk lumpur, tetapi lumpur tersebut dapat dihilangkan degan proses blow down.
2. Caustic soda (NaOH)
Caustic Soda sebagai bahan alkali akan menetralisir korosi yang disebabkan oleh asam atau gas. Tetapi, caustic soda kurang sesuai digunakan untuk bahan kimia pemebersih air boiler yang bertekanan tinggi. Kelebihan caustic soda akan menyebabkan caustic embrittlement, tetapi sangat baik untuk mengurangi Mg, karena reaksi NaOH dengan Mg akan membentuk Mg(OH)2 yang berupa lumpur.
3. Natrium Phosphat
Phosphat akan menghasilkan Calsium phosphat yang berupa lumpur.
3CaCO3 + Na3PO4 Ca(PO4)2 + 3NaCO3
Kelebihan PO4 diharapkan tidak melebihi dari 50 ppm, selain menggunakan Na3PO4 dapat juga digunakan bahan kimia lain, seperti:
a. Disodium phosphat
3CaCO3 + 2NaH2PO4 Ca3(PO4)2 + Na2CO3 + 2H2O + 2CO2
b. Monosodium phosphat
2NaH2PO4 + CaCO3 + 4NaOH Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 + 2H2O
c. Sodium metaphosphat
2NaPO4 + 3CaCO3 + 4NaOH Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 + 2H2O
d. Asam phosphat
2H3PO4 + 3CaCO3 + 6NaOH Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 + 6H2O
4. Silicat dan aluminat
Sodium aluminat, bila bereaksi dengan magnesium akan membentuk floc dan mengendap sebagai magnesium aluminat. Jika ada silica, Ca dan Mg aluminat silica akan terbentuk. Beberapa kompleks silica tidak bisa dicegah dengan internal softening karena temperatur tinggi dan kecepatan penguapan senyawa tersebut terbentuk apalagi kalau ada senyawa aluminium dan besi.
5. Chemical deareation
Untuk boiler bertekanan tinggi, O2 dapat dihilangkan dengan :
a. Metallic iron
Karena reaksinya lambat, kapasitasnya rendah, maka jarang digunakan
b. Ferrous hydroxide
FeSO4 dan NaOH ditambahkan membentuk Fe(OH)2 yang akan bisa menghilangkan O2
c. Beberapa senyawa sulfur
Senyawa yang dapat digunakan adalah Na2SO3
Na2SO3 + 1/2 O2 Na2SO4
Biasanya sulfit dapat dirusak dengan reaksi autooxidation, yang mana menghasilkan SO4 tetapi dilain pihak dapat direduksi menjadi S. Kecepatan reaksi dari Na2SO3 dengan O2 dapat dipercepat dengan menggunakan autokatalis tertentu, biasanya garam-garam Cobalt Copper atau logam-logam berat.
Air untuk unit pendingin dan HE Percobaan Na2SO3 + O2
Waktu reaksi
1 ppm Cu 80 ppm Na2SO3 bereaksi dengan 8-10 ppm O2 5 menit
0,001 ppm cobalt Sama 1 menit
0,01 ppm cobalt Sama 15-20 menit
d. Hydrazin (N2H4)
Hydrazin dengan O2 bereaksi membentuk N2
N2H4 + O2 2H2O + N2
N2 gas yang keluar tidak berbahaya bagi steam, total solid tidak bertambah. Efesiensi dan kemurnian bisa mencapai 100%, 1 ppm hydrazin akan menghilangkan 1 ppm atau 0,698 ml perliter O2.
Kecepatan reaksi antara hydrazin dengan O2 berdasarkan temperatur adalah:
- pada temperatur rendah kecepatannya rendah
- pada 90oC kecepatannya bertambah
- pada 140oC cepat
Hydrazin juga melindungi permukaan besi sehingga melindunginya dari korosi. Karena sifatnya yang eksplosive, hydrazin dibuat dalam bentuk hydrazin phosphat atau garam lainnya. Hydrazin merupakan bahan kimia yang berbahaya , sehingga usahakan tidak mengenai kulit dan konsentrasinya tidak melebihi 10 ppm dalam udara .
6. Bahan kimia yang digunakan sebagai pencegah caustic embrittlement
Ada beberapa bahan kimia yang dapat digunakan untuk mencegah caustic embrittlement yang dapat menyebabkan keretakan pada dinding boiler. Bahan kimia tersebut bisa berupa:
a. Tannin
Tannin dapat diperoleh dari ekstrak kayu. Tannin dapat mengganggu pembentukan kristal, mencegah timbulnya stuktur jarum atau rajut sehingga kristal tersebut menjadi lemah. Pengendapa n dapat dicegah sehingga kerak yang terbentuk tidak menjadi keras tetapi akan membentuk lumpur yang dapat terdispersi dan bisa dihilangkan dengan blow down. Tetapi tannin bisa menyebabkan warna coklat air boiler, tidak stabil pada temperatur dan hanya dipakai lebih dari 300 psia.
b. Lignin
Lignin bisa didapatkan dari kayu yang biasa digunakan sebagai bahan baku kertas. Lignin yang akan digunakan dilarutkan terlebih dahulu dengan bahan kimia tertentu atau dibentuk menjadi sulfonated sodium salt yang dapat larut dalam air. Fungsi dari lignin sebagai protective film dari deposit-deposit magnesium yang akan melekat pada besi dan juga sebagai pelindung terhadap serangan caustic embrittlement.
7. Glukosa
Glukosa mempunyai 6 rantai Carbon yang membentuk stuktur senyawa organik alami tersebut. Fungsi dari glukosa ini adalah sebagai bahan pendispersi sludge sehingga tidak membentuk kerak (scale) yang keras.
8. Seewed derivatives
Seewed derivatives merupakan reaktive dan dispersive colloid seperti tannin dan lignin atau lignin derivative yang berguna untuk mengendpakan Ca dan Mg.
9. Starch atau kanji
Starch atau kanji atau aci adalah karbohidrat kompleks yang berguna untuk membuat film sehingga mengurangi terjadinya kerak.
Peralatan untuk chemical treatment
Peralatan untuk keperluan ini dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Peralatan untuk feed water tekanan rendah/ medium
2. Peralatan untuk concentrated boiler water yang bertekanan tinggi
STEAM DAN BOILER
Boiler adalah suatu alat yang menghasilkan uap (steam) dari air dengan jalan pemanasan. Dengan adanya perubahan air menjadi steam, maka ada 3 hal yang perlu diperhatikan:
1. Container
Container adalah tempat untuk memanaskan air menjadi uap air.
2. Air
Air adalah bahan utnuk menbuat steam sesudah dipanaskan.
3. Panas
Panas adalah energi yang dipakai untuk merubah air menjadi steam. Dengan memperthatikan ketiga hal tersebut diharapkan akan menghasilkan steam yang cukup, serta segala permasalahan misalnya masalah air yang akan merusak tempat karena korosi akan mengurangi efesiensi penyerapan panas akibat timbulnya kerak dapat diatasi dengan baik.
3.1. Container
Tempat untuk menghasilkan steam dengan cara pemanasan dikenal dengan boiler atau ketel. Ada 3 tipe dari steam boiler, yaitu:
1. Fire tube boiler, di mana panas dan gas pembakaran dimasukkan ke dalam pipa yang dikelilingi oleh air.
2. Water tube boiler, dimana air ada didalam pipa dan panas serta gas pembakaran melalui antara pipa-pipa tersebut.
3. Cast iron sectional boiler, dimana panas dan gas pembakaran melalui celah-celah yang mengandung air.
Fire Tube Boiler
Untuk fire tube boiler dikenal beberapa macam tipe, yaitu:
1. Scoth marine boiler, yaitu boiler dengan bentuk panjang, rendah dan bulat. Kotak api mempunyai dua tempat yaitu di ujung-ujung pipa (lihat gambar 1).
2. Locomative boiler.
3. Vertical fire tube boiler.
Pada Boiler ini api dan gas pembakaran masuk melalui pipa-pipa dan dikelilingi oleh air. Biasanya dipakai untuk instalasi yang cukup besar, tetapi cukup populer.
Water tube boiler
Untuk water tube boiler dikenal beberapa tipe yaitu:
1. Single drum
2. Multi drum
3. Straight tube
4. Bent Tube
Untuk straight tube boiler gas pembakaran ditahan oleh 3 penahan sebelum meninggalkan boiler. Pada saat itu air menyerap panas dari gas pembakaran,
Cast iron sectional boiler
Untuk tipe boiler ini bisa juga disebut water tube boiler. Air berada di dalam tiap-tiap cast iron yang dihubungkan dengan yang lauarnya sehingga membentuk sebuah boiler. Biasanya ada 5 cast iron untuk tipe yang kecil dan ada 12 buah cast iron untuk tipe besar.
3.3. Air Boiler
Air yang dipakai untuk pembuatan steam harus memenuhi beberapa persyaratan yaitu:
1. tidak boleh membuih
2. tidak menyebabkan terjadinya korosi pada pipa-pipa.
Zat-zat yang terkandung di dalam air boiler yang dapat menyebabkan kerusakan ketel adalah:
1. Kadar soluble matter yang tinggi.
2. Suspended Solid
3. Garam-garam Ca dan Mg.
4. Silika, Sulfat, asam bebas (free acid) dan oxida.
5. Organik matter.
3.2.1. Buih atau busa
Busa disebabkan oleh surface active agent ( misalnya sabun) juga ada hubungannya dengan salt content.
Yang menyebabkan busa adalah:
1. Solid matter
2. Suspended matter
3. Suatu kebasaan yang tinggi sekali
Kesulitan-kesulitan yang dihadapi dengan adanya busa:
1. Kesulitan membaca tinggi permukaan air didalam boiler.
2. Karena buih dapat menyebabkan percikan yang kuat sehingga mengakibatkan adanya solid-solid yang menempel akan mengakibatkan terjadinya korosi dengan adanya pemanasan lebih lanjut.
Cara-cara untuk mengetahui (menentukan) busa:
Ada dua cara untuk mnentukan adanya busa, yaitu:
A. Salt Content
1. Ditambah Na2CO3 (pelunakan sebagian). Dengan penguapan sampai separuh volume air tersebut dilihat apakah timbul busa atau tidak.
2. Dihilangkan suspended solid
Dengan penguapan sampai 1/6 nya apakah timbul busa atau tidak.
3. Menghilangkan hardness sampai 0,56 oD.
Dengan penguapan sampai 1/6 apakah timbul busa atau tidak.
4. Semua dihilangkan kecuali salt content.
Dengan penguapan sampai 1/20 volume bisa dilihat timbul busa atau tidak.
B. Critical concentration
Critical concentration adalah suatu ukuran yang ditentukan secara empiris kapan air tersebut mulai membusa. Ukuran tersebut adalah konsentrasi air yang diukur.
Solid content dan salt content masih ada hubungannya. Oleh sebab itu untuk menentukan critical concentration cukup untuk mengukur dari salt content yang maksimum, air tersebut tidak boleh dipakai lagi, karena salt content yang maksimum menyebabkan terjadinya busa.
Misalnya:
Suatu air mengandung critical concentration 10%. Maka kadar air itu mengandung salt content 10%, oleh sebab itu kalau air yang dipakai konsentarsinya lebih dari 10% maka akan timbul busa.
Pencegahan terjadinya buih
Foaming terjadi karena tingginya caustic soda, garam-garam sodium lainnya. Selain itu foaming juga disebabkan karena adanya minyak-minyak atau kontaminasi zat-zat organik.
Pencegahannya dapat dilakukan dengan:
1. Pemberian asam organik dan castrol oil (minyak jarak).
2. Garam barium
3. Polyamida, poly alkilene glicol.
4. Kontrol adanya lumpur dan kerak.
5. Kontrol alkalinitas dari air tersebut.
3.2.2. Priming
Priming adalah keluarnya air bersama-sama dengan uap secara tiba-tiba dan keras dari boiler. Priming terjadi akibat ketinggian air di dalam boiler melewati level yang seharusnya. Adanya priming dapat menyebabkan kerusakan mesin dan turbin. Penyebab priming dapat terjadi karena persoalan mekanis dan sebagian lagi persoalan kimia, seperti:
1. Ketinggian air di dalam boiler terlalu tinggi.
2. Konsentrasi tinggi dari bahan kimia dalam air.
3. Kotoran-kotoran yang menyebabkan naiknya tegangan permukaan.
4. Pembukaan katup uap terlalu cepat.
Pencegahannya:
Kalau penyebabnya adalah persoalan mekanik maka pencegahannya meliputi:
1. Desain boiler harus tepat.
2. Dijaga ketinggian air.
3. Metode penyalaan.
4. Over loading
5. Perubahan yang sangat mencolok
6. Steam storage diatas water level harus tepat.
7. Ukuran steam header
8. Kecepatan uap meninggalkan boiler.
Kalau penyebabnya adalah zat kimia, maka perlu adanya kontrol solid yang terdapat di dalam air boiler tersebut.
3.2.3. Carry Over
Carry over terjadi karena adanya zat padat yang ada didalam air boiler ikut dengan air atau steam keluar boiler dan akan mengendap pada pipa-pipa uap, keran-keran, superheater, mesin atau turbin. Padatan ini akan merusak sudu-sudu turbin dan pelumasan dari mesin-mesin. Selain itu akibat adanya pemanasan, maka zat padat yang ada didalam air akan timbul dan melekat pada metal kemudian dengan pemansan lebih lanjut akan pecah atau lepas sehingga bisa merusak benda-benda yang dilekati zat padat tersebut.
Carry over dari air boiler merupakan persoalan mekanis atau sebagian persoalan kimia. Kalau penyebabnya masalah mekanis meliputi: defisiensi pada boiler design, ketinggian air, penyalaan yang tidak benar, over loading dan perubahan yang mencolok. Kalau penyebabnya masalah kimia, disebabkan adanya kandungan zat-zat kimia yang melebihi critical concentration-nya.
Pencegahannya:
1. Disain boiler haruslah baik.
2. Jika penyebabnya adalah persoalan kimia, maka perlu diperhatikan: keadaan dan jumlah zat padat yang ada di dalam air boiler.
3.2.4. Scale (kerak)
Kerak didalam boiler disebabkan oleh garam-garam Ca++ dan Mg ++. Scale yang terbentuk akan menyebabkan:
1. Isolasi terhadap panas sehingga energi dari bahan bakar tertolak.
2. Scale ini kadang-kadang tiba-tiba pecah, sehingga air langsung berhubungan dengan ketel yang akan menimbulkan pecahan (kebocoran) karena ketel mendapat tekanan yang kuat.
Jenis-jenis kerak yang terdapat pada boiler:
1. Sludge (lumpur).
Kerak ini tidak mengganggu terlalu banyak, dengan blow downlumpur-lumpur tadi bisa dikurangi. Selain dari maksud di atas blow down berguna untuk:
a. Mengontrol ketinggian air.
b. Mengontrol konsentrasi bahan kimia pada air.
c. Pembuangan pada waktu pembersihan.
2. Scale yang melekat pada dinding ketel.
Kerak ini lebih sukar dibersihkan sebab melekat pada dinding. Ada 2 macam tipe kerak ini, yaitu:
a. Scale porous.
Sifatnya merusak boiler sebab di dalam scale tersebut mengurung steam. Dimana akan terjadi gelembung-gelembung steam yang akan merusak diding karena adanya peristiwa kelewat panas. Contohnya: Scale calsife
b. Scale solid
Scale ini sifatnya lebih padat dibandingkan dengan scale porous. Dibandingkan scale porous, scale ini kurang daya rusaknya terhadap ketel. Contohnya: aragonate scale.
Selain garam-garam Ca dan Mg, oli juga dapat merusak ketel sebab oksida besi dengan oli akan membentuk lumpur yang akan menghalangi daya serap panas oleh air boiler.
Yang menyebabkan scale adalah:
1. Garam-garam Ca dan Mg sulfat dan silikat
Contohnya: CaSO4, Mg silikat, Ca silikat. Garam-garam ini solubilitinya berkurang sehinnga mengendap pada dinding-dinding yang panas. Scale ini terjadi karena peristiwa fisika.
2. Garam-garam Carbonat.
Contohnya: CaCO3, MgCO3. Garam-garam ini akan mengendap pada temperatur tinggi, sehingga mengendap pada dinding ketel. Air yang diambil daris umber air biasanya mengandung CaHCO3 yang terurai pada pemanasan sampai 70oC.
CaHCO3 CaCO3 + CO2 + H2O
Jadi sewaktu dimasukkan ke dalam ketel CaCO3 sudah merupakan butiran-butiran kecil sehingga CaCO3 tidak merupakan scale pada dinding ketel, tetapi merupakan sludge pada air yang dipanasi.
3. SiO2, Al2O3 dan Mg(OH)2.
Cara pencegahannya:
Ion-ion Mg dan Ca yang selalu membuat scale dapat dicegah dengan menurunkan hardnessnya. Untuk boiler-boiler lama masih bisa 10 Do. Tetapi untuk tipe boiler sekarang airnya harus mempunyai kesadahan jauh di bawah 10 Do. Untuk penghilangan atau pengurangan kesadahan tersebut dapat dilakukan dengan:
1. Eksternal Softening.
Eksternal softening adalah cara pelunakan air yang akan dilakukan di luar boiler. Misalnya:
a. Lime soda softening
b. Phosphat Softening
c. Demineralization
d. Silica removal.
e. Oil removal
2. Internal Softening
Internal softening adalah cara pelunakan air yang dilakukan di dalam boiler. Misalnya:
a. Penambahan soda.
b. Penambahan phosphat
c. Penambahan senyawa organik.
d. Penambahan algor, dan lain-lain.
Selain penambahan bahan-bahan tersebut, untuk mengontrol mutu umpan boiler dan mencegah pembentukan kerak, dapat juga dilakukan injeksi pada deaerator ke sistem pembangkit steam yaitu hidrazin (N2H4) 1% berat. Penambahan bahan kimia ini bertujuan untuk menyerap atau mengikat kandungan oksigen terlarut dalam air bebas mineral.
3.2.5. Korosi
Korosi adalah perusakan pada logam. Perusakan yang cukup besar bisa menyebabkan reparasi yang berat bahkan kadang-kadang ketel tersebut harus dihentikan pemakaiannya.
Penyebab korosi:
a. Asam atau pH rendah.
Pada saat pH rendah, ion-ion hidrogen akan melapisi permukaan logam sehingga menimbulkan gas yang meninggalkan permukaan logam tersebut sehingga menyebabkan terjadinya korosi.
b. Adanya oksigen
Adanya oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosi sebagai berikut:
1. oksigen akan mengoksidasi ferrooksida. Fe(OH)2 akan menjadi Ferrihidroksida Fe(OH)3. Fe(OH)3 mempunyai sifat mudah melarut di dalam air. Reaksinya adalah sebagai berikut:
4 Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3.
2. Oksigen akan bereaksi dengan ion hidrogen yang melapisi permukaan logam. Ion hidrogen tersebut terjadi karena karena adanya reaksi Fe++ dengan air.
Fe++ + 2 H2O Fe(OH)2 +2 H+
4 H+ + O2 2H2O
Dengan hilangnya lapisan tadi membuka kemungkinan korosi seperti halnya pada reaksi (1).
c. Adanya bikarbonat
Adanya bikarbonat di dalam air boiler akan menyebabkan terjadinya CO2, karena pemanasan dan adanya tekanan. CO2 akan terjadi bereaksi dengan air menjadi asam karbonat. Asam ini pelan-pelan akan bereaksi dengan logam dan besi membentuk garam bikarbonat. Garam bikarbonat ini dengan pemansan akan membentuk CO2 lagi.Sekali lagi CO2 bereaksi dengan air membentuk asam, demikian terus menerus sehingga bisa membentuk suatu siklus.
Fe + 2 H2CO3 Fe (HCO3)2 + H2
Fe(HCO3)2 + H2O + panas Fe(OH)2 + 2H2O + 2CO2
d. Adanya gas: H2S, SO2 dan NH3
Adanya gas H2S, SO2 dan NH3 bisa menyebabkan korosi, tetapi tidak sehebat yang disebabkan oleh gas O2 atau CO2.
e. Adanya bahan-bahan organik
Adanya bahan-bahan organik yang berupa asam organik yang masuk k edalam boiler akan menyebabkan terjadinya korosi.
f. Adanya minyak dan gemuk.
Minyak dan gemuk yang berasal dari minyak bumi, binatang dan tumbuh-tumbuahn akan menghasilkan asam organik dan gliserin. Asam organik akan bereaksi dengan besi, contohnya CO2 yang berasal dari asam organik juga merupakan salah satu penyebab terjadinya korosi.
Pencegahan korosi:
Untuk mencegah terjadi nya korosi dapat dilaksanakan seperti berikut ini:
a. Penagturan alkalinitas dan pembentukan lapisan film, dimana pH air boiler diharapkan lebih besar dari 9,5 dan kecil kandungan alkali hidroksida. Alkalinitas bisa diatur dengan menambahkan soda ash (NaCO3), kaustik soda (NaOH) dan trisodium phosphat.
b. Untuk menghilangkan kandungan O2 dapat dilakukan dengan deaerasi, sedangkan untuk menghilangkan CO2 dapat dilakukan dengan pemanasan dengan cara pemanasan pendahuluan secara terbuka pada boiler feed water. Dapat juga dengan ,menambahkan bahan-bahan kimia, misalnya: tannin, dan turunan glucose.
c. Memberikan perlindungan dengan pembentukan film yaitu menggunakan tannin, turunan lignin dengan turunan glukosa.
d. Jika penyebab korosi adalah karena iar kondensat maka pencegahan dapat dilakukan dengan menambahkan senyawa amin atau amonia.
3.2.6. Caustic Embrittlement.
Salah satu penyebab terjadinya kerapuhan pada logam adalah karena adanya NaOH bebas di dalam air boiler yang terkonsentrasi pada suatu titik kebocoran dan secara kimia akan menyerang metal tersebut. Akibat dari serangan kimia tersebut, akan timbul retakan yang tidak beraturan apalagi pada metal yang terkena tekanan.
Pencegahan Caustic Embrittlement:
a. Mencegah kebocoran pada daerah metal yang mengalami tekanan.
b. Penambahan inhibitor
c. Menjaga alkalinitas hidroksida yang rendah pada iar boiler dengan cara:
1. Mengontrol pH dengan menggunakan phosphat. PH dari air boiler terkontrol dengan cara melihat endapan trisodium phosphat dan pH yang dapat dilihat dari kurva.
2. Penambahan bahan-bahan kimia untuk mencegah embrittlement, yaitu dengan menambahkan lignin, tannin dan sodium nitrat.
3.3. Panas
Panas dapat dipakai untuk merubah air menjadi steam. Panas bisa didapatkan dari matahri, listrik, gas, minyak batubara dan kayu. Pemakaian bahan-bahan tersebut tergantung dari besar kecilnya steam yang dihasilkan. Untuk pemakaian yang sifatnya komersial dipakai bahan bakar dari minyak, batu bara atau gas.
Bahan bakar:
Berdasarkan bentuk fasanya bahan bakar dapat dibedakan menjadi:
1. Bahan bakar padat (solid), misalnya batu bara atau kayu.
2. Bahan bakar cair
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan bahan bakar cair, yaitu:
a. Heating value
b. Flash poin
c. Fire point
3. Bahan bakar gas
Untuk bahan bakar gas cara penyalaannya lebih mudah dibandingkan dengan kedua bahan bakar yang lain, yang perlu diperhatikan adalah campuran antara minyak dan udara untuk menyempurnakan pembakaran.
Efesiensi Boiler
Khusus untuk bahan bakar cair (minyak), heating value sangat diperhatikan , untuk dapat menghitung efesiensi boiler. Heating value dapat dhitung dengan menggunakan persamaan Dulong, yaitu:
HV = 14.600 C + 62.000 (H – O/8) +4.050 S
Dimana:
HV = Heating value, Btu/lb of fuel
C = berat atom karbon/ lb of fuel
H = berat atom Hidrogen/ lb of fuel
O = berat atom Oksigen/ lb of fuel
S = berat atom Sulfur /lb of fuel
Efesiensi Boiler dapat dinyatakan dengan:
output bisa dinyatakan dengan:
1. Banyaknya steam yang terjadi, dimana di dalam hal ini ditunjukkan dari total bahan bakar yang dinyalakan pada suatu periode dan total air yang diubah menjadi uap pada periode yang sama pula.
2. Banyaknya energi fuel yang dipakai untuk efesiensi bisa dinyatakan sebagai berikut:
3.4. Operasi Boiler
Didalam pelaksanaan operasi boiler (ketel) ada 3 masalah yang biasanya ditemui yaitu:
1. Internal treatment
2. Resirkulasi
3. Pembersihan boiler
Meliputi:
a. pembersihan kerak (scale) yang berasal dari air boiler
b. pembersihan kerak yang berasal dari bahan bakar.
3.4.1. internal treatment
untuk internal treatment di dalam boiler harus diperhatikan apakah boiler tersebut bertekanan rendah atau bertekanan tinggi.
a. internal treatment boiler bertekanan rendah
salah satu campuran bahan kimia yang dipakai di dalam jenis boiler ini adalah : Natrium silikat tau campuran bahan kimia yang mengandung Natrium silikat dan alkali lainnya. Bahan kimia ini bisa diberikan dalam bentuk liquid ataupun solid.
Campuran dari soda ash dan natrium phospat dengan Natrium bicromat ataupun Natrium cromat juga baik dipakai. Jika alkali yang digunakan sebagai bahan treatment, sebaikknya air boiler hanya mengandung 100-350 ppm hidroksida dengan total alkalinity paling tinggi adalah 300-500 ppm yang dinyatakan dalam CaCO3. Untuk alkalinity yang lebih tinggi dari 1000 ppm tidak baik bagi boiler.
Sodium silikat tidak hanya meningkatkan alkalinity tetapi juga mencegah korosi dengan membentuk film pada permukaan logam boiler.
Pemakaian kromat sebagai bahan kimia treatment, mengadung 500-1000 ppm kromat sebagai Na2CrO4 dengan pH di atas 7,5. Untuk itu dipakai Natrium bikarbonat. Tetapi, bila pH lebih kecil dari7,5 beberapa jenis alkali dapat dikombinasikan dengan Natrium bikarbonat ini.
b. Internal treatment untuk boiler bertekanan tinngi
Di dalam boiler yang bertekanan tinggi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu:
1. Total Solid
Jumlah solid di dalam boiler perluperlu diperhatikan untuk menghindari hal-hal yang tidak dikehendaki. Total dissolved solid, suspended solid, alkalinity dan minyak harus dikontrol untuk mencegah carry over yang paling memuaskan adalah pada konsentrasi 1500-3500 ppm total solid.
Dalam penambahan bahan bahan kimia anti foam diperkenankan sampai 30.000 ppm. Untuk mengurangi total solid dapat dilakukan blow down sebelum terbentuk carry over atau priming.
2. Alkalinity
Alkalinity air boiler harus tinggi untuk mencegah korosi karena adanya asam. Campuran Phosphat, Caustic soda, Soda ash sangat menolong untuk mengatur alkalinity di dalam boiler.
3. Phosphat
Kelebihan PO4 akibat dari penambahan bahan kimia pada treatment dapat terjadi. Oleh karena itu sebaiknya konsentrasi PO4 tidak lebih dari 30-60 ppm.
4. Hardness
Diharapkan hardness di dalam air boiler adalah nol, tetapi hal seperti ini sangat sulit untuk dicapai.
Internal treatment dengan bahan kimia
Bahan kimia yang biasa digunakan di dalam internal treatment untuk boiler tekanan adalah:
1. Soda Ash (Na2CO3)
Akibat penambahan Na2CO3, soda akan bereaksi dengan kerak berbentuk sulfat dari kalsium dan magnesium membentuk lumpur karbonat yang bisa dihilangkan dengan cara blow down.
Na2CO3 + CaSO4 CaCO3 + Na2SO4
Na2CO3 + MgSO4 MgCO3 + Na2SO4
Sedangkan MgSO4 juga bisa bereaksi dengan Caustic soda membentuk Mg(OH)2 yang merupakan lumpur.
MgCO3 + H2O + panas 2NaOH + CO2
2 NaOH + MgSO4 Mg (OH)2 + NaSO4
Soda Ash kurang baik digunakan sebagai bahan kimia pembersih air karena dapat membentuk gas CO2. Tetapi bila dikombinasikan dengan senyawa organik seperti: tannin, lignin, penggunaan soda lebih baik jika dibandingkan dengan phosphat. Penggunaan soda dengan bahan organik tersebut akan membentuk lumpur, tetapi lumpur tersebut dapat dihilangkan degan proses blow down.
2. Caustic soda (NaOH)
Caustic Soda sebagai bahan alkali akan menetralisir korosi yang disebabkan oleh asam atau gas. Tetapi, caustic soda kurang sesuai digunakan untuk bahan kimia pemebersih air boiler yang bertekanan tinggi. Kelebihan caustic soda akan menyebabkan caustic embrittlement, tetapi sangat baik untuk mengurangi Mg, karena reaksi NaOH dengan Mg akan membentuk Mg(OH)2 yang berupa lumpur.
3. Natrium Phosphat
Phosphat akan menghasilkan Calsium phosphat yang berupa lumpur.
3CaCO3 + Na3PO4 Ca(PO4)2 + 3NaCO3
Kelebihan PO4 diharapkan tidak melebihi dari 50 ppm, selain menggunakan Na3PO4 dapat juga digunakan bahan kimia lain, seperti:
a. Disodium phosphat
3CaCO3 + 2NaH2PO4 Ca3(PO4)2 + Na2CO3 + 2H2O + 2CO2
b. Monosodium phosphat
2NaH2PO4 + CaCO3 + 4NaOH Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 + 2H2O
c. Sodium metaphosphat
2NaPO4 + 3CaCO3 + 4NaOH Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 + 2H2O
d. Asam phosphat
2H3PO4 + 3CaCO3 + 6NaOH Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3 + 6H2O
4. Silicat dan aluminat
Sodium aluminat, bila bereaksi dengan magnesium akan membentuk floc dan mengendap sebagai magnesium aluminat. Jika ada silica, Ca dan Mg aluminat silica akan terbentuk. Beberapa kompleks silica tidak bisa dicegah dengan internal softening karena temperatur tinggi dan kecepatan penguapan senyawa tersebut terbentuk apalagi kalau ada senyawa aluminium dan besi.
5. Chemical deareation
Untuk boiler bertekanan tinggi, O2 dapat dihilangkan dengan :
a. Metallic iron
Karena reaksinya lambat, kapasitasnya rendah, maka jarang digunakan
b. Ferrous hydroxide
FeSO4 dan NaOH ditambahkan membentuk Fe(OH)2 yang akan bisa menghilangkan O2
c. Beberapa senyawa sulfur
Senyawa yang dapat digunakan adalah Na2SO3
Na2SO3 + 1/2 O2 Na2SO4
Biasanya sulfit dapat dirusak dengan reaksi autooxidation, yang mana menghasilkan SO4 tetapi dilain pihak dapat direduksi menjadi S. Kecepatan reaksi dari Na2SO3 dengan O2 dapat dipercepat dengan menggunakan autokatalis tertentu, biasanya garam-garam Cobalt Copper atau logam-logam berat.
Air untuk unit pendingin dan HE Percobaan Na2SO3 + O2
Waktu reaksi
1 ppm Cu 80 ppm Na2SO3 bereaksi dengan 8-10 ppm O2 5 menit
0,001 ppm cobalt Sama 1 menit
0,01 ppm cobalt Sama 15-20 menit
d. Hydrazin (N2H4)
Hydrazin dengan O2 bereaksi membentuk N2
N2H4 + O2 2H2O + N2
N2 gas yang keluar tidak berbahaya bagi steam, total solid tidak bertambah. Efesiensi dan kemurnian bisa mencapai 100%, 1 ppm hydrazin akan menghilangkan 1 ppm atau 0,698 ml perliter O2.
Kecepatan reaksi antara hydrazin dengan O2 berdasarkan temperatur adalah:
- pada temperatur rendah kecepatannya rendah
- pada 90oC kecepatannya bertambah
- pada 140oC cepat
Hydrazin juga melindungi permukaan besi sehingga melindunginya dari korosi. Karena sifatnya yang eksplosive, hydrazin dibuat dalam bentuk hydrazin phosphat atau garam lainnya. Hydrazin merupakan bahan kimia yang berbahaya , sehingga usahakan tidak mengenai kulit dan konsentrasinya tidak melebihi 10 ppm dalam udara .
6. Bahan kimia yang digunakan sebagai pencegah caustic embrittlement
Ada beberapa bahan kimia yang dapat digunakan untuk mencegah caustic embrittlement yang dapat menyebabkan keretakan pada dinding boiler. Bahan kimia tersebut bisa berupa:
a. Tannin
Tannin dapat diperoleh dari ekstrak kayu. Tannin dapat mengganggu pembentukan kristal, mencegah timbulnya stuktur jarum atau rajut sehingga kristal tersebut menjadi lemah. Pengendapa n dapat dicegah sehingga kerak yang terbentuk tidak menjadi keras tetapi akan membentuk lumpur yang dapat terdispersi dan bisa dihilangkan dengan blow down. Tetapi tannin bisa menyebabkan warna coklat air boiler, tidak stabil pada temperatur dan hanya dipakai lebih dari 300 psia.
b. Lignin
Lignin bisa didapatkan dari kayu yang biasa digunakan sebagai bahan baku kertas. Lignin yang akan digunakan dilarutkan terlebih dahulu dengan bahan kimia tertentu atau dibentuk menjadi sulfonated sodium salt yang dapat larut dalam air. Fungsi dari lignin sebagai protective film dari deposit-deposit magnesium yang akan melekat pada besi dan juga sebagai pelindung terhadap serangan caustic embrittlement.
7. Glukosa
Glukosa mempunyai 6 rantai Carbon yang membentuk stuktur senyawa organik alami tersebut. Fungsi dari glukosa ini adalah sebagai bahan pendispersi sludge sehingga tidak membentuk kerak (scale) yang keras.
8. Seewed derivatives
Seewed derivatives merupakan reaktive dan dispersive colloid seperti tannin dan lignin atau lignin derivative yang berguna untuk mengendpakan Ca dan Mg.
9. Starch atau kanji
Starch atau kanji atau aci adalah karbohidrat kompleks yang berguna untuk membuat film sehingga mengurangi terjadinya kerak.
Peralatan untuk chemical treatment
Peralatan untuk keperluan ini dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Peralatan untuk feed water tekanan rendah/ medium
2. Peralatan untuk concentrated boiler water yang bertekanan tinggi
METHANE FERMENTATION
METHANE FERMENTATION
Pengolahan limbah anaerob adalah sebuah metode biological untuk mengolah limbah organic. Mikrobiologi yang terlibat dalam proses termasuk fakultatif dan mikroorganisme anaerob, dimana tidak ada oksigen, mengubah material menjadi produk akhir gas seperti karbondioksida dan metana.
Keuntungan proses anaerob selama pengolahan anaerob adalah :
a. Yield biomass untuk proses anaerob lebih rendah dibanding system aerob
b. Aerasi tidak digunakan, biaya capital dan pemakaian energi rendah
c. Gas metana yang dihasilkan proses anaerob bisa dinilai secara ekonomis
d. Penyimpanan dari produksi lumpur, konservasi listrik dan produksi metana antara $0,2 samapai $0,5 per 1000 galon pengolahan limbah domestic (jewel 1987)
e. Loading organic lebih tinggi pada system anaerob dibandingkan system aerob
Kelemahan proses anaerob selama pengolahan anaerob adalah :
a. Energi yang dipakai untuk temperature reactor untuk memelihara aktifitas mikroba (350C)
b. Waktu tahan lebih tinggi pada proses anaerob dari pengolahan aerob.
c. Bau yang tidak disadari dihasilkan proses anaerob karena menghasilkan gas H2S dan merkaptan.
d. Settling biomass anaerob di clarifier lebih sulit untuk diolah dibandingkan sedimentasi biomass
e. Reactor operasi anaerob tidak semudah anaerob.
Produk akhir dari degradasi anaerob adalah gas, paling banyak metana (CH4), karbondioksida (CO2), dan sebagian kecil hidrogen sulfide (H2S) dan hydrogen (H2). Proses yang terlibat adalah fermentasi asam dan fermentasi metana. Dalam fermentasi asam, enzim ekstraseluler dari grup heterogen dan bakteri anaerob kompleks hidrolisis komponen limbah organic (protein, lipid, dan karbohidrat). Dalam fermentasi metana, rantai pendek asam lemak (selain asetat) diubah menjadi asetat, gas hydrogen, dan karbondioksida, proses yang dianjurkan acetogenesis. Selanjutnya, beberapa bakteri anaerob dibawa, metanogenesis - proses dimana hydrogen menghasilkan metana dari asetat dan reduksi karbondioksida. Stabilisasi material organic dapat terjadi. Fakultatif dan bakteri anaerob yang tergabung dalam proses fermentasi asam toleran terhadap perubahan pH dan temperature. Range pH pada fermentasi metana adalah 6,0 – 8,5 (Benefield dan Randall 1980), 6,8 – 7,4 (Ramalho 1983). Alkalinity yang dihasilkan dari degradasi senyawa organic membantu mengontrol pH .range pH 6,6 – 7,4 maka konsentrasi alkalin bervariasi dari 1000 sampai 5000 mgl sebagai kalsium karbonat.
Jika kita totalkan semua energi ikatan dari produk dan mengurangkannya dengan total energy ikatan bahan asal, energi yang dilepas adalah 810 kJ (nilai-nilai ini tidak terlalu tepat, karena energi ikatan merupakan perkiraan rata-rata ikatan dari dua jenis atom, yang mungkin bervariasi dari satu molekul ke yang lain. Kita lihat bahwa energi yang dibebaskan dari reaksi pembakaran metana adalah lebih besar dari reaksi pembakaran H2. Hal ini bukan berarti bahwa metana terbakar lebih hebat dari H2 melainkan karena jumlah molekul oksigen yang terlibat dalam kedua reaksi itu adalah berbeda. Jika kita bandingkan energi yang dibebaskan dari reaksi pembakaran metana dan H2 per mol O2, energi pembakaran metana menjadi 405 kJ , lebih kecil sedikit dari pembakaran H2. Jadi reaksi satu molekul O2 dengan H2 adalah sedikit lebih hebat dibandingkan dengan metana. Dalam perspektif yang lain, satu mol metana mempunyai kandungan energi yang lebih besar dalam reaksi pembakaran dengan oksigen daripada satu mol hidrogen, karena 1 mol metana bereaksi dengan 2 mol O2, sedangkan 1 mol hidrogen bereaksi dengan 0.5 mol hydrogen (lihat "per mol bahan bakar"). Karena satu mol gas (gas apapun) akan memenuhi ruangan dengan volume yang sama, 1 m3 metana akan mempunyai energi tiga kali lebih besar dari 1 m3 gas hidrogen. Tabel 1 menunjukkan gambaran skematis kandungan energi dari bahan bakar minyak. Bahan bakar minyak bukan terdiri dari senyawa murni, tetapi campuran yang sebagian besar adalah hidrokarbon jenuh. Oleh karena itu, reaksi yang tepat untuk pembakaran dari bahan bakar minyak:
2(-CH2-)+3O2->2CO2+2H2O
Seperti yang disebut dalam tabel 1, diperkirakan reaksi tersebut menghasilkan energi sebesar 1220 kJ. Per mol oksigen, energi yang dibebaskan hanyalah 407 kJ, energi yang setara dengan energi yang dihasilkan metana. Per gram bahan bakar energi yang di bebaskan adalah 43.6 kJ , lebih sedikit dari metana. Hal ini disebabkan hidrokarbon jenuh (terutama rantai pendek) yang mempunyai perbandingan H/C lebih kecil dari 2/1 karena kumpulan metil di ujung rantai hidrokarbon. Selain itu, bahan bakar minyak mempunyai campuran senyawa aromatik yang mempunyai perbandingan H/C lebih besar dari 2/1.
Contoh studi kasus :
A. Mengolah Kotoran Ternak Menjadi Energi Ramah Lingkungan
Lewat proses fermentasi, limbah yang baunya amat merangsang itu dapat diubah menjadi biogas. Energi biogas punya kelebihan dibanding energi nuklir atau batu bara, yakni tak berisiko tinggi bagi lingkungan. Selain itu, biogas tak memiliki polusi yang tinggi. Alhasil, sanitasi lingkungan pun makin terjaga. Dengan teknologi biogas, kandungan zat-zat alami yang terdapat pada kotoran ternak dapat dipakai untuk memenuhi kebutuhan energi yang kian meningkat. Jadi ribut-ribut soal pasokan energi yang kurang tidak bakal ada lagi. Pasalnya, biogas bisa dipakai untuk apa saja. Sebut saja mulai dari memasak, lampu penerangan, transportasi hingga keperluan lain yang perlu energi. Nah, bila biogas telah diaplikasikan secara luas, ribut-ribut kekurangan pasokan energi bisa dihindari. Dan urusan sanitasi lingkungan pun bisa teratasi. Biogas biasanya dikenal sebagai gas rawa atau lumpur. Gas campuran ini didapat dari proses perombakan kotoran ternak menjadi bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen. Proses ini populer dengan nama anaerob. Selama proses fermentasi, biogas pun terbentuk. Dari fermentasi ini, akan dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas metana (CH4), karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H4S. Metana yang dikandung biogas berjumlah 54% – 70%, sedang karbon dioksida antara 27% – 43%. Gas-gas lainnya cuma punya persentase sedikit saja. Selama proses itu, mikroba yang bekerja butuh makanan. Makanan tersebut mengandung karbohidrat, lemak, protein, fosfor dan unsur-unsur mikro. Lewat siklus biokimia, nutrisi tadi akan diuraikan. Dengan begitu, akan dihasilkan energi untuk tumbuh. Dari proses pencernaan anaerobik ini akan dihasilkan gas metan. Bila unsur-unsur dalam makanan tadi tak berada dalam takaran yang seimbang alias kurang, bisa dipastikan produksi enzim untuk menguraikan molekul karbon kompleks oleh mikroba akan terhambat. Dan untuk menjamin semuanya berjalan lancar, unsur-unsur nutrisi yang dibutuhkan mikroba harus tersedia secara seimbang. Dalam pertumbuhan mikroba yang optimum biasanya dibutuhkan perbandingan unsur C : N : P sebesar 100 : 2,5 : 0,5. Selain masalah nutrisi, ada faktor lain yang perlu dicermati karena berpotensi mengganggu jalannya proses fermentasi. Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat proses penguraian dalam suatu unit biogas. Untuk itu, saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas, bahan-bahan pengganggu seperti antibiotik, desinfektan dan logam berat harus diperhatikan saksama. Gas metan hasil fermentasi ini akan menyumbang nilai kalor yang dikandung biogas, besarnya antara 590 – 700 K.Kal per kubik. Sumber utama nilai kalor biogas berasal dari gas metan itu, plus sedikit dari H2 serta CO. Sedang karbon dioksida dan gas nitrogen tidak memiliki konstribusi dalam soal nilai panas tadi. Sementara dalam hal tingkat nilai kalor yang dimiliki, biogas punya keunggulan yang signifikan ketimbang sumber energi lainnya, seperti coalgas (586 K.cal/m3) ataupun watergas (302 K.cal/m3). Nilai kalor biogas itu kalah oleh gas alam (967 K.cal/m3). Bahkan, menurut D. Wibowo dalam paper-nya Gas Bio Sebagai Suatu Sumber Energi Alternatif, setiap kubik biogas setara dengan setengah kilogram gas alam cair (liquid petroleum gases), setengah liter bensin dan setengah liter minyak diesel. Biogas pun sanggup membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,25 – 1,50 kilo watt hour (kWh). Dari nilai kalor yang dikandung, biogas mampu dijadikan sumber energi dalam beberapa kegiatan sehari-hari. Mulai dari memasak, pengeringan, penerangan hingga pekerjaan yang membutuhkan pemanasan (pengelasan). Selain itu, biogas juga bisa dipakai sebagai bahan bakar untuk menggerakkan motor. Untuk keperluan ini, biogas sebelumnya harus dibersihkan dari kemungkinan adanya gas H2S karena gas tersebut bisa menyebabkan korosi. Agar tak timbul gas yang baunya seperti kentut itu, kita mesti melewatkan biogas pada ferri oksida. Nantinya ferri oksida inilah yang akan mengikat (gas) H2S tadi. Bila biogas digunakan sebagai bahan bakar motor maka diperlukan sedikit modifikasi pada sistem karburator. Hasil kerja motor dengan bahan bakar biogas ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti pembangkit tenaga listrik, pompa air dan lainnya. Selain itu, biogas juga bisa dipadukan dengan sistem produksi lain.
B. Pembuatan Biogas dari Sampah Organik Sisa Sayuran
Tujuan penelitian ini adalah membuat biogas dari sampah organik sisa sayuran, dengan menggunakan bio-reaktor hasil rancangan penelitian. Bahan baku yang digunakan, yaitu sampah organik sisa sayuran, diambil dari salah satu pasar tradisional di kota Palembang, yang merupakan bahan buangan dan bahan yang tidak termanfaatkan. Biogas ini dibuat melalui proses fermentasi antara sampah organik dan campuran air beserta limbah tahu dan bakteri EM4 dengan perbandingan komposisi 1:1. Yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh waktu fermentasi terhadap biogas yang dihasilkan, sehingga dapat diketahui waktu yang optimum untuk menghasilkan biogas dari sampah organik. Pada penelitian ini, data temperatur dan pH diamati setiap harinya selama 2 minggu. Dimana didapat temperatur yang paling optimum untuk menghasilkan biogas sebesar 31oC dan nilai pHnya berkisar antara 6,3-5,8. Sedangkan untuk biogasnya, yang telah dianalisa dengan menggunakan alat Orsat dan Chromatografi Gas, biogas yang paling optimum dihasilkan pada hari ke-12 dengan konsentrasi metana (CH4) sebesar 19,59% dan konsentrasi karbondioksida (CO2) sebesar 8,6 %. Hasil tersebut, tidaklah memenuhi untuk uji nyala. Dikarenakan biogas dapat menyala, jika terdapat kandungan metana sebesar 60-70%.
C. Biomass - Strategi Total Jepang
Pada tahun 2002, di Jepang, telah dicanangkan “biomass - strategi total Jepang” sebagai kebijakan negara. Sebagai salah satu teknologi pemanfaatan biomass sumber daya alam dapat diperbaharui yang dikembangkan di bawah moto bendera ini, dikenal teknologi fermentasi gas metana. Sampah dapur serta air seni, serta isi septic tank diolah dengan fermentasi gas metana dan diambil biomassnya untuk menghasilkan listrik, lebih lanjut panas yang ditimbulkan juga turut dimanfaatkan. Sedangkan residunya dapat digunakan untuk pembuatan kompos. Karena sampah dapur mengandung air 70 – 80 %, sebelum dibakar, kandungan air tersebut perlu diuapkan. Di sini, dengan pembagian berdasarkan sumber penghasil sampah dapur serta fermentasi gas metana, dapat dihasilkan sumber energi baru dan ditingkatkan efisiensi termal secara total.
(1) Jenis serta Struktur Tempat Pembuangan Akhir
Untuk tempat pembuangan akhir, metode penempatannya diatur menurut undang-undang pengolahan sampah, dan dibagi menjadi tempat pembuangan tipe aman, tempat pembuangan terkontrol, tempat pembuangan terisolasi. Mengenai penerimaan sampah umum ditangani oleh tempat pembuangan terkontrol. Penimbunan memanfaatkan reaksi penguraian senyawa organic oleh mikroba yang hidup di dalam tanah. Karena pada saat penimbunan akan dihasilkan gas dapat terbakar seperti gas metana, disiapkan tabung tahan gas untuk mencegah terjadinya kebakaran atau ledakan.
(2) Teknologi Pengolahan Air Rembesan
Pada saat dilakukan penimbunan, kualitas air rembesan (lindih) sangat dipengaruhi oleh karakteristik sampah yang ditimbun, skala tanah timbunan, kedalamannya, kondisi iklim, konstruksi timbunan dan sebagainya. Memang ini merupakan pengolahan yang disesuaikan dengan standar kapasitas buangan yang mengikuti lokasi, tetapi proses awal/ penyesuaian, proses biologi dan proses kimiawi menjadi bagian utama dalam pengolahan lindih yang dihasilkan, yang setelah diolah dikirim ke lokasi penimbunan.
Teknologi pengolahan sampah telah diperkenalkan dengan menitikberatkan pada teknologi pembakaran yang paling banyak diadopsi. Teknologi pengolahan sampah, merupakan teknologi yang keberadaannya dirasakan mutlak untuk menjaga agar lingkungan hidup lebih baik, dengan mengolah sampah yang dihasilkan dari rumah tangga serta dari aktivitas industri. Rencana ke depan, ingin mengembangkan teknologi pengolahan sampah yang dengan itu dapat menekan konsumsi sumber daya alam serta meringankan beban lingkungan.
http://isekai.com/articles.php?arid=143
http://pustaka.polisriwijaya.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=ssptpolsri-gdl-kgsmnaziru-1984&PHPSESSID=a60e6d6a8b3cda75fec2dffa006356f0&newlang=indonesian&PHPSESSID=a60e6d6a8b3cda75fec2dffa006356f0&newtheme=gray&PHPSESSID=a60e6d6a8b3cda75fec2dffa006356f0
http://www.chem-is try.org/tanya_pakar/bagaimana_bahan_bakar_menghasilkan_energi_dan_berapa_besar_energi_yang_dihasilkan/
http://shanthiang.wordpress.com/2008/06/03/anaerobic-treatment/
Pengolahan limbah anaerob adalah sebuah metode biological untuk mengolah limbah organic. Mikrobiologi yang terlibat dalam proses termasuk fakultatif dan mikroorganisme anaerob, dimana tidak ada oksigen, mengubah material menjadi produk akhir gas seperti karbondioksida dan metana.
Keuntungan proses anaerob selama pengolahan anaerob adalah :
a. Yield biomass untuk proses anaerob lebih rendah dibanding system aerob
b. Aerasi tidak digunakan, biaya capital dan pemakaian energi rendah
c. Gas metana yang dihasilkan proses anaerob bisa dinilai secara ekonomis
d. Penyimpanan dari produksi lumpur, konservasi listrik dan produksi metana antara $0,2 samapai $0,5 per 1000 galon pengolahan limbah domestic (jewel 1987)
e. Loading organic lebih tinggi pada system anaerob dibandingkan system aerob
Kelemahan proses anaerob selama pengolahan anaerob adalah :
a. Energi yang dipakai untuk temperature reactor untuk memelihara aktifitas mikroba (350C)
b. Waktu tahan lebih tinggi pada proses anaerob dari pengolahan aerob.
c. Bau yang tidak disadari dihasilkan proses anaerob karena menghasilkan gas H2S dan merkaptan.
d. Settling biomass anaerob di clarifier lebih sulit untuk diolah dibandingkan sedimentasi biomass
e. Reactor operasi anaerob tidak semudah anaerob.
Produk akhir dari degradasi anaerob adalah gas, paling banyak metana (CH4), karbondioksida (CO2), dan sebagian kecil hidrogen sulfide (H2S) dan hydrogen (H2). Proses yang terlibat adalah fermentasi asam dan fermentasi metana. Dalam fermentasi asam, enzim ekstraseluler dari grup heterogen dan bakteri anaerob kompleks hidrolisis komponen limbah organic (protein, lipid, dan karbohidrat). Dalam fermentasi metana, rantai pendek asam lemak (selain asetat) diubah menjadi asetat, gas hydrogen, dan karbondioksida, proses yang dianjurkan acetogenesis. Selanjutnya, beberapa bakteri anaerob dibawa, metanogenesis - proses dimana hydrogen menghasilkan metana dari asetat dan reduksi karbondioksida. Stabilisasi material organic dapat terjadi. Fakultatif dan bakteri anaerob yang tergabung dalam proses fermentasi asam toleran terhadap perubahan pH dan temperature. Range pH pada fermentasi metana adalah 6,0 – 8,5 (Benefield dan Randall 1980), 6,8 – 7,4 (Ramalho 1983). Alkalinity yang dihasilkan dari degradasi senyawa organic membantu mengontrol pH .range pH 6,6 – 7,4 maka konsentrasi alkalin bervariasi dari 1000 sampai 5000 mgl sebagai kalsium karbonat.
Jika kita totalkan semua energi ikatan dari produk dan mengurangkannya dengan total energy ikatan bahan asal, energi yang dilepas adalah 810 kJ (nilai-nilai ini tidak terlalu tepat, karena energi ikatan merupakan perkiraan rata-rata ikatan dari dua jenis atom, yang mungkin bervariasi dari satu molekul ke yang lain. Kita lihat bahwa energi yang dibebaskan dari reaksi pembakaran metana adalah lebih besar dari reaksi pembakaran H2. Hal ini bukan berarti bahwa metana terbakar lebih hebat dari H2 melainkan karena jumlah molekul oksigen yang terlibat dalam kedua reaksi itu adalah berbeda. Jika kita bandingkan energi yang dibebaskan dari reaksi pembakaran metana dan H2 per mol O2, energi pembakaran metana menjadi 405 kJ , lebih kecil sedikit dari pembakaran H2. Jadi reaksi satu molekul O2 dengan H2 adalah sedikit lebih hebat dibandingkan dengan metana. Dalam perspektif yang lain, satu mol metana mempunyai kandungan energi yang lebih besar dalam reaksi pembakaran dengan oksigen daripada satu mol hidrogen, karena 1 mol metana bereaksi dengan 2 mol O2, sedangkan 1 mol hidrogen bereaksi dengan 0.5 mol hydrogen (lihat "per mol bahan bakar"). Karena satu mol gas (gas apapun) akan memenuhi ruangan dengan volume yang sama, 1 m3 metana akan mempunyai energi tiga kali lebih besar dari 1 m3 gas hidrogen. Tabel 1 menunjukkan gambaran skematis kandungan energi dari bahan bakar minyak. Bahan bakar minyak bukan terdiri dari senyawa murni, tetapi campuran yang sebagian besar adalah hidrokarbon jenuh. Oleh karena itu, reaksi yang tepat untuk pembakaran dari bahan bakar minyak:
2(-CH2-)+3O2->2CO2+2H2O
Seperti yang disebut dalam tabel 1, diperkirakan reaksi tersebut menghasilkan energi sebesar 1220 kJ. Per mol oksigen, energi yang dibebaskan hanyalah 407 kJ, energi yang setara dengan energi yang dihasilkan metana. Per gram bahan bakar energi yang di bebaskan adalah 43.6 kJ , lebih sedikit dari metana. Hal ini disebabkan hidrokarbon jenuh (terutama rantai pendek) yang mempunyai perbandingan H/C lebih kecil dari 2/1 karena kumpulan metil di ujung rantai hidrokarbon. Selain itu, bahan bakar minyak mempunyai campuran senyawa aromatik yang mempunyai perbandingan H/C lebih besar dari 2/1.
Contoh studi kasus :
A. Mengolah Kotoran Ternak Menjadi Energi Ramah Lingkungan
Lewat proses fermentasi, limbah yang baunya amat merangsang itu dapat diubah menjadi biogas. Energi biogas punya kelebihan dibanding energi nuklir atau batu bara, yakni tak berisiko tinggi bagi lingkungan. Selain itu, biogas tak memiliki polusi yang tinggi. Alhasil, sanitasi lingkungan pun makin terjaga. Dengan teknologi biogas, kandungan zat-zat alami yang terdapat pada kotoran ternak dapat dipakai untuk memenuhi kebutuhan energi yang kian meningkat. Jadi ribut-ribut soal pasokan energi yang kurang tidak bakal ada lagi. Pasalnya, biogas bisa dipakai untuk apa saja. Sebut saja mulai dari memasak, lampu penerangan, transportasi hingga keperluan lain yang perlu energi. Nah, bila biogas telah diaplikasikan secara luas, ribut-ribut kekurangan pasokan energi bisa dihindari. Dan urusan sanitasi lingkungan pun bisa teratasi. Biogas biasanya dikenal sebagai gas rawa atau lumpur. Gas campuran ini didapat dari proses perombakan kotoran ternak menjadi bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen. Proses ini populer dengan nama anaerob. Selama proses fermentasi, biogas pun terbentuk. Dari fermentasi ini, akan dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas metana (CH4), karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H4S. Metana yang dikandung biogas berjumlah 54% – 70%, sedang karbon dioksida antara 27% – 43%. Gas-gas lainnya cuma punya persentase sedikit saja. Selama proses itu, mikroba yang bekerja butuh makanan. Makanan tersebut mengandung karbohidrat, lemak, protein, fosfor dan unsur-unsur mikro. Lewat siklus biokimia, nutrisi tadi akan diuraikan. Dengan begitu, akan dihasilkan energi untuk tumbuh. Dari proses pencernaan anaerobik ini akan dihasilkan gas metan. Bila unsur-unsur dalam makanan tadi tak berada dalam takaran yang seimbang alias kurang, bisa dipastikan produksi enzim untuk menguraikan molekul karbon kompleks oleh mikroba akan terhambat. Dan untuk menjamin semuanya berjalan lancar, unsur-unsur nutrisi yang dibutuhkan mikroba harus tersedia secara seimbang. Dalam pertumbuhan mikroba yang optimum biasanya dibutuhkan perbandingan unsur C : N : P sebesar 100 : 2,5 : 0,5. Selain masalah nutrisi, ada faktor lain yang perlu dicermati karena berpotensi mengganggu jalannya proses fermentasi. Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat proses penguraian dalam suatu unit biogas. Untuk itu, saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas, bahan-bahan pengganggu seperti antibiotik, desinfektan dan logam berat harus diperhatikan saksama. Gas metan hasil fermentasi ini akan menyumbang nilai kalor yang dikandung biogas, besarnya antara 590 – 700 K.Kal per kubik. Sumber utama nilai kalor biogas berasal dari gas metan itu, plus sedikit dari H2 serta CO. Sedang karbon dioksida dan gas nitrogen tidak memiliki konstribusi dalam soal nilai panas tadi. Sementara dalam hal tingkat nilai kalor yang dimiliki, biogas punya keunggulan yang signifikan ketimbang sumber energi lainnya, seperti coalgas (586 K.cal/m3) ataupun watergas (302 K.cal/m3). Nilai kalor biogas itu kalah oleh gas alam (967 K.cal/m3). Bahkan, menurut D. Wibowo dalam paper-nya Gas Bio Sebagai Suatu Sumber Energi Alternatif, setiap kubik biogas setara dengan setengah kilogram gas alam cair (liquid petroleum gases), setengah liter bensin dan setengah liter minyak diesel. Biogas pun sanggup membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,25 – 1,50 kilo watt hour (kWh). Dari nilai kalor yang dikandung, biogas mampu dijadikan sumber energi dalam beberapa kegiatan sehari-hari. Mulai dari memasak, pengeringan, penerangan hingga pekerjaan yang membutuhkan pemanasan (pengelasan). Selain itu, biogas juga bisa dipakai sebagai bahan bakar untuk menggerakkan motor. Untuk keperluan ini, biogas sebelumnya harus dibersihkan dari kemungkinan adanya gas H2S karena gas tersebut bisa menyebabkan korosi. Agar tak timbul gas yang baunya seperti kentut itu, kita mesti melewatkan biogas pada ferri oksida. Nantinya ferri oksida inilah yang akan mengikat (gas) H2S tadi. Bila biogas digunakan sebagai bahan bakar motor maka diperlukan sedikit modifikasi pada sistem karburator. Hasil kerja motor dengan bahan bakar biogas ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti pembangkit tenaga listrik, pompa air dan lainnya. Selain itu, biogas juga bisa dipadukan dengan sistem produksi lain.
B. Pembuatan Biogas dari Sampah Organik Sisa Sayuran
Tujuan penelitian ini adalah membuat biogas dari sampah organik sisa sayuran, dengan menggunakan bio-reaktor hasil rancangan penelitian. Bahan baku yang digunakan, yaitu sampah organik sisa sayuran, diambil dari salah satu pasar tradisional di kota Palembang, yang merupakan bahan buangan dan bahan yang tidak termanfaatkan. Biogas ini dibuat melalui proses fermentasi antara sampah organik dan campuran air beserta limbah tahu dan bakteri EM4 dengan perbandingan komposisi 1:1. Yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh waktu fermentasi terhadap biogas yang dihasilkan, sehingga dapat diketahui waktu yang optimum untuk menghasilkan biogas dari sampah organik. Pada penelitian ini, data temperatur dan pH diamati setiap harinya selama 2 minggu. Dimana didapat temperatur yang paling optimum untuk menghasilkan biogas sebesar 31oC dan nilai pHnya berkisar antara 6,3-5,8. Sedangkan untuk biogasnya, yang telah dianalisa dengan menggunakan alat Orsat dan Chromatografi Gas, biogas yang paling optimum dihasilkan pada hari ke-12 dengan konsentrasi metana (CH4) sebesar 19,59% dan konsentrasi karbondioksida (CO2) sebesar 8,6 %. Hasil tersebut, tidaklah memenuhi untuk uji nyala. Dikarenakan biogas dapat menyala, jika terdapat kandungan metana sebesar 60-70%.
C. Biomass - Strategi Total Jepang
Pada tahun 2002, di Jepang, telah dicanangkan “biomass - strategi total Jepang” sebagai kebijakan negara. Sebagai salah satu teknologi pemanfaatan biomass sumber daya alam dapat diperbaharui yang dikembangkan di bawah moto bendera ini, dikenal teknologi fermentasi gas metana. Sampah dapur serta air seni, serta isi septic tank diolah dengan fermentasi gas metana dan diambil biomassnya untuk menghasilkan listrik, lebih lanjut panas yang ditimbulkan juga turut dimanfaatkan. Sedangkan residunya dapat digunakan untuk pembuatan kompos. Karena sampah dapur mengandung air 70 – 80 %, sebelum dibakar, kandungan air tersebut perlu diuapkan. Di sini, dengan pembagian berdasarkan sumber penghasil sampah dapur serta fermentasi gas metana, dapat dihasilkan sumber energi baru dan ditingkatkan efisiensi termal secara total.
(1) Jenis serta Struktur Tempat Pembuangan Akhir
Untuk tempat pembuangan akhir, metode penempatannya diatur menurut undang-undang pengolahan sampah, dan dibagi menjadi tempat pembuangan tipe aman, tempat pembuangan terkontrol, tempat pembuangan terisolasi. Mengenai penerimaan sampah umum ditangani oleh tempat pembuangan terkontrol. Penimbunan memanfaatkan reaksi penguraian senyawa organic oleh mikroba yang hidup di dalam tanah. Karena pada saat penimbunan akan dihasilkan gas dapat terbakar seperti gas metana, disiapkan tabung tahan gas untuk mencegah terjadinya kebakaran atau ledakan.
(2) Teknologi Pengolahan Air Rembesan
Pada saat dilakukan penimbunan, kualitas air rembesan (lindih) sangat dipengaruhi oleh karakteristik sampah yang ditimbun, skala tanah timbunan, kedalamannya, kondisi iklim, konstruksi timbunan dan sebagainya. Memang ini merupakan pengolahan yang disesuaikan dengan standar kapasitas buangan yang mengikuti lokasi, tetapi proses awal/ penyesuaian, proses biologi dan proses kimiawi menjadi bagian utama dalam pengolahan lindih yang dihasilkan, yang setelah diolah dikirim ke lokasi penimbunan.
Teknologi pengolahan sampah telah diperkenalkan dengan menitikberatkan pada teknologi pembakaran yang paling banyak diadopsi. Teknologi pengolahan sampah, merupakan teknologi yang keberadaannya dirasakan mutlak untuk menjaga agar lingkungan hidup lebih baik, dengan mengolah sampah yang dihasilkan dari rumah tangga serta dari aktivitas industri. Rencana ke depan, ingin mengembangkan teknologi pengolahan sampah yang dengan itu dapat menekan konsumsi sumber daya alam serta meringankan beban lingkungan.
http://isekai.com/articles.php?arid=143
http://pustaka.polisriwijaya.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=ssptpolsri-gdl-kgsmnaziru-1984&PHPSESSID=a60e6d6a8b3cda75fec2dffa006356f0&newlang=indonesian&PHPSESSID=a60e6d6a8b3cda75fec2dffa006356f0&newtheme=gray&PHPSESSID=a60e6d6a8b3cda75fec2dffa006356f0
http://www.chem-is try.org/tanya_pakar/bagaimana_bahan_bakar_menghasilkan_energi_dan_berapa_besar_energi_yang_dihasilkan/
http://shanthiang.wordpress.com/2008/06/03/anaerobic-treatment/
Langganan:
Postingan (Atom)