Permasalahan Tujuan Manfaat Boiler Feed Water Air Umpan Boiler

Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. Muel Fuel Boiler dengan Spektrofometer UV-Visibel di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea “.

1.2. Permasalahan

Bagaimana menentukan kadar silika yang terdapat pada ketel uap Fuel Boiler pada PT. Toba Pulp Lestari,Tbk. Porsea.

1.3. Tujuan

Untuk mengetahui kadar silika dan cara menentukan kadar silika dengan menggunakan alat spektrofotometer DR 4000 model flowcell secara program Hach di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk Porsea.Gambar dapat dilihat pada lampiran 3 halaman 40.

1.4. Manfaat

Mamfaat yang diperoleh dari penentuan kadar silika pada boiler adalah untuk mengetahui besarnya kadar silika yang terdapat pada multi fuel boiler dengan menggunakan alat spektrofotometer DR 4000 jenis Silica Ultra Low Range Silika dengan kadar yang sangat rendah dan gambaran tentang kualitas air yang digunakan dalam pengoperasian pada pabrik pengolahan pulp PT. Toba Pulp Lestari, Tbk Porsea. Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Air

Air merupakan sumber daya alam yang diperlukan untuk hajat hidup orang banyak, bahkan oleh semua mahluk hidup. Oleh karena itu, sumber daya air harus dilindungi agar tetap dapat dimanfaatkan dengan baik oleh manusia serta mahluk hidup yang lain. Pemanfaatan air untuk berbagai kepentingan generasi sekarang maupun generasi mendatang. Saat ini, masalah utama yang dihadapi oleh sumber daya air meliputi kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus meningkat dan kualitas air untuk keperluan domestik yang semakin menurun. Kegiatan industri, domestik, dan kegiatan lain berdampak negatif terhadap sumber daya air, antara lain menyebabkan penurunan kualitas air. Kondisi ini dapat menimbulkan gangguan, kerusakan, dan bahaya bagi semua mahluk hidup yang bergantung pada sumber daya air. Oleh karena itu, diperlukan pengolahan dan perlindungan sumber daya air secara seksama. Air, berdasarkan sumbernya dapat dibedakan menjadi dua bagian : 1. Air Permukaan Surface water Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. Air permukaan adalah air yang berada di sungai, danau, waduk, rawa, dan badan air lain, yang tidak mengalami infiltrasi ke bawah tanah. Air hujan yang jatuh ke bumi dan manjadi air permukaan memiliki kadar bahan-bahan terlarut atau unsur hara yang sangat sedikit. Air hujan biasanya bersifat asam, dengan pH sekitar 4,2. Hal ini disebabkan air hujan melarutkan gas- gas yang terdapat di atmosfer, misalnya gas karbondioksida CO 2 , sulfur S, dan nitrogen oksida NO 2 yang dapat membentuk asam lemah. Setelah jatuh ke permukaan bumi, air hujan mengalami kontak dengan tanah dan melarutkan bahan-bahan yang terkandung di dalam tanah. 2. Air Tanah Ground water Air tanah Ground water merupakan air yang berada di bawah permukaan tanah. Air tanah ditemukan pada akifer. Pergerakan air tanah sangat lambat; kecepatan arus sekitar antara 10 -10 – 10 -3 mdetik dan dipengaruhi oleh porositas, permeabilitas dari lapisan tanah, dan pengisian kembali air. Seperti ditunjukkan pada gambar 2.1 Permukaan tanah Daerah Unsaturated tak jenuh Water table Air tanahGround water daerah saturasi Lapisan tanah bagian bawah Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. Gambar 2.1. penampang melintang tanah dan posisi air tanah Groundwater di dalam tanah Effendi, H., 2003 2.1.1. Pemantauan Kualitas Air Peraturan Pemerintah No. 82 tahun 2001 mengelompokkan kualitas air menjadi beberapa kelas menurut peruntukkannya. Adapun penggolongan air menurut peruntukkannya adalah sebagai berikut : 1. Kelas satu, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk air baku air minum, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut; 2. Kelas dua, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk prasaranasarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut; 3. Kelas tiga, air yang diperuntukkannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut;

4. Kelas empat, air yang diperuntukkannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman

dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Anonim, 2002 Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009.

2.2. Boiler Feed Water Air Umpan Boiler

Boiler Feed Water merupakan proses penjernihan pembersihan air dan juga proses penghilangan mineral-mineral agar air dapat digunakan pada proses pemasakan, dimana air tersebut dipergunakan untuk air pengisian ke boiler, dan juga untuk proses pembuatan bahan pemutih dan untuk proses pembuatan rayon pulp. Adapun proses pengolahan air boiler ini adalah dengan cara :  Tahapan filtrasi Pada tahap filtrasi ini, kotoran-kotoran yang terbawa oleh air disaring dan air yang keluar menjadi lebih jernih dan mempunyai kekeruhan yang rendah serta residual klorinnya max 1 ppm.  Tahap penukarpenghilangan ion Air yang sudah disaring dengan karbon filter akan dihilangkan ionnya terutama ion-ion zat anorganik dengan resin penukar ion, agar air yang dihasilkan tidak menyebabkan kerak oleh ion-ion Ca, Mg, SiO 2 dan sebagainya dan yang menyebabkan korosi ion-ion Cl, SO 4 dan sebagainya. Lalu air tersebut dikirim ketahapan pengolahan untuk penghilanganpenukar ion agar dihasilkan air yang bebas mineral demin water.  Resin penukar ion Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. Secara umum resin penukar ion dibagi dalam dua kelompok, yaitu : 1. resin penukar kation 2. resin penukar anion Reaksi penghilanganpenukaran ion adalah sebagai berikut : a Cation Exchanger CaHCO 3 2 + 2RZH CaRZ 2 + 2H 2 CO 3 MgCl 2 + 2RZH MgRZ 2 + 2HCl Na 2 SO 4 + 2RHZ 2NaRZ 2 + H 2 SO 4 CaRZ 2 + HCl 2RZH + CaCl 2 MgRZ 2 + HCl 2RZH + MgCl 2 Na 2 + HCl 2RZH + NaCl b Anion Exchanger H 2 CO 3 + 2RZOH CO 3 2HCl + 2RZOH Cl 2 H 2 SO 4 + 2RZOH SO 4 RZ 2 + 2H 2 O H 2 SiO 3 + 2RZOH SiO 2 CO 3 + 2NaOH Na 2 CO 3 Cl 2 + 2NaOH 2NaCl SO 4 RZ 2 + 2NaOH 2RZOH + Na 2 SO 4 SiO 3 + 2NaOH Na 2 SiO 3 Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009.  Metode Regenerasi Metode ini juga mempengaruhi kapasitas resin, karena jika regenerasi tidak sempurna, maka otomatis kapasitas resin menurun. Secara umum proses regenerasi meliputi tahapan sebagai berikut : 1. Backwash, tujuan utama adalah mengeluarkan kotoranendapan yang terdapat dalam resin, 2. Tahap regenerasi, bertujuan mengisimengaktifkan kembali resin yang sudah terpakai, 3. Pembilasan, bertujuan untuk mencucimengeluarkan mineral garam yang telah ditukar dari resin, pada umumnya pembilasan memerlukan waktu 30-60 menit, 4. Operasi kembali PT. Toba Pulp Lestari, 2002 Adapun kesulitan yang dijumpai didalam air pada saat pengoperasian boiler dan turbin adalah sebagai berikut : 1. Pengendapan, disebabkan oleh deposit dari endapan yang mengkristal pada dinding ketel uap. Ini mengganggu jalannya panas dan mungkin karena adanya noda panas, akan mempercepat suatu ruangan akan kelebihan panas. Pengendapan berarti adanya kalsium karbonat dan sulfat dalam air, dimana larutannya lebih panas dari pada dingin, atau hubungan konsentrasi silika yang terlalu tinggi dengan alkalinitas di dalam air pada ketel uap. Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. 2. Cat Dasar, dimana sejumlah macam droplet dalam air berpindah pada saat pengubahan air menjadi uap. Efisiensi energi yang sangat rendah dari uap ini dan kecepatan suatu deposit dari kristal garam pada superheater dan pada turbin. Cat dasar biasanya bergantung pada viscositas dari air dan kemampuannya menghasilkan buih. 3. Pemindahan, dalam uap panas dari mineral yang volatile pada saat mendidih, yang paling berbahaya adalah silika. Mineral ini terdeposit pada turbin dan menyebabkan kesalahan yang sangat serius. Meningkatnya pemindahan dengan tekanan, kemudian dengan temperatur. Jumlahnya tentu saja, tergantung pada jumlah zat seperti silika dalam suatu wadah kaca. 4. Korosi, biasanya terjadi diatas permukaan logam yeng berbeda atau pada besi yang secara langsung diserang oleh air. Korosi dapat dicegah dengan : - eliminiasi dari semua oksigen - dilindungi oleh lapisan bawah logam, dengan adanya magnet atau fosfat - dengan menaikkan pH Anonim, 1979 Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009.

2.2.1. Multi Fuel Boiler

Multi Fuel Boiler merupakan bagian dari boiler feed water dan jenis pipa air dengan kapasitas uap yang dihasilkan adalah 200 tonjam pada tekanan 65 kgcm 2 dan temperatur steamnya 480 o C. Fungsi boiler ini adalah untuk menghasilkan steam yang akan digunakan untuk pembangkit energi listrik dan untuk proses yang lain. Dikatakan Multi Fuel Boiler dikarenakan bahan bakar yang dipakai untuk boiler lebih dari satu, seperti yang kita tahu multi berarti banyak, diantaranya adalah :  Coal batu bara  Peat gambut  Waste wood  Bark kulit kayu  Minyak Dimana uap tersebut diperoleh dari hasil pembakaran dari bahan bakar di dalam furnance, dengan melalui proses pemindahan panas oleh gas nyala kepada pipa air disepanjang sisi dapur, dan temperatur bed dijaga antara 700-900 o C. Adapun posisi dari multi fuel boiler dapat dilihat di lampiran 4 halaman 41 Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. Adapun proses yang terjadi dalam Multi Fuel Boiler ini adalah : 1. Steam Superheater Superheater merupakan suatu peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap jenuh menjadi uap kering yang nantinya dapat digunakan untuk pembangkit tenaga steam yang berasal dari drum yang akan mengalami pemanasan lagi dan ditampung di header superheater yang selanjutnya akan dialirkan keturbin dengan temperatur steam yang dihasilkan 480 o C. 2. Steam Saturated Steam Saturated merupakan proses yang berfungsi mengubah boiler water yang berasal dari steam drum akan diubah menjadi uap basah yang nantinya akan diteruskan ke desuperheater. Biasanya suhu di Steam Saturated mencapai 285 o C hingga akan naik nantinya sampai 310 o C sebelum ke Steam Superheater. PT. Toba Pulp Lestari, 2004

2.2.2. Kemurnian Air Pengisi Ketel Uap

Komposisi air ketel harus mempunyai komposisi spesifikasi standar sehingga jika dipekatkan karena penguapan untuk waktu tertentu di dalam ketel uap tidak melampaui batas toleransi desain ketel uap. Kemurnian air pengisi ketel menyangkut masalah jumlah dan keadaan daripada kotoran, kotoran yang mengandung kesadahan, besi dan silika lebih berbahaya dari garam-garam natrium. Persyaratan kemurnian air pengisi ketel juga ditentukan dengan : jumlah pemakaian, desain dari ketel yang disesuaikan dengan tekanan, panas dan kecepatan perpindahan panasnya. Pengaruh tekanan untuk persyaratan air ketel yang harus Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. dipertimbangkan adalah : kualitas uap yang baik, kecenderungan pembentukan endapan dan terjadinya korosi.

2.2.3. Kotoran Dalam Air

Kotoran air akan menyebabkan kerak dan endapan, air masuk kedalam ketel dan karena panas maka kesadahan air garam Ca dan Mg keluar dari larutan dan kemudian mengendap, untuk air yang tidak diolah kesadahan akan mengendap pada logam panas dan membentuk kerak. Karena adanya pengauapan air di dalam ketel uap maka kotoran menjadi pekat. Kotoran lain seperti besi Fe 3+ , tembaga Cu 2+ dan silika SiO 2 dapat berakumulasi didalam air ketel uap yang menimbulkan masalah endapan pada ketel uap bertekanan tinggi. Kerak dapat menyebabkan panas yang berlebihan overheating dan kerusakan pada logam ketel uap, untuk itu pengolahan air pengisi ketel uap sangat diperlukan. Air kotor dapat menyebabkan karatan pada logam ketel uap, karatan terutama disebabkan oleh gas-gas terlarut dalam air terutama O 2 dan keasaman air, dan dapat menimbulkan bermacam-macam karatan : 1 Menyerang bagian mana saja yang kontak dengan air 2 Lubang-lubang setempatbintik-bintik setempat 3 Macam-macam keretakan pada logam yang tegangan stress Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009.

2.2.4. Permasalahan-permasalahan yang timbul jika air ketel uap tidak diolah.

1. Pembentukan kerak dan endapan Pembentukan kerak ketel uap terjadi karena kotoran yang mengendap pada permukaan pemindahan panas, ataupun bahan padatan yang terlarut dan melayang dalam air suspended mengendap pada logam, menempel dan mengeras. Penguapan yang terjadi di dalam ketel uap menyebabkan kotoran semakin pekat. Terbentuknya kerak dan endapan pada ketel uap merupakan hal yang serius dalam produksi uap. Sebab terbentuknya kerak adalah menurunnya daya larut garam-garam yang membentuk kerak-kerak pada temperatur tinggi. Makin tinggi temperatur ketel uap, makin rendah daya larut garam-garan tersebut, yang menyebabkan pembentukan kerak yang lebih cepat pada dinding pipa. Hal ini berlaku untuk bahan-bahan seperti : CaHCO 3 2 , CaCO 3 MgHCO 3 2 , MgCO 3 CaPO 4 2 , MgOH 2 CaSO 4 , MgSiO 3 Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. Kotoran-kotoran yang terbawa oleh air kalau dipanaskan maka mineral yang terlarut akan mengendap, endapannya yaitu : kerak scale yang menempel pada permukaan tabung bagian yang terkena air dan endapan lumpur sludge yang tidak menempel di tabung ketel uap. Kerak scale banyak menimbulkan masalah karena bila kerak scale tersebut menempel sukar untuk dibersihkan dan hanya dapat dibersihkan dengan bahan kimia, sedangkan endapan lumpur didasar ketel uap dapat dikeluarkan melalui katup pembuang air ketel uap blow down valve. 2. Korosi Korosi adalah proses perubahan bentuk kimiawi dari logam yang disebabkan oleh bereaksi dengan bahan kimia yang ada di lingkungan, atau dapat diartikan sebagai kombinasi dari reaksi kimia dan aliran listrik. Korosi dapat menyerang permukaan logam secara luas dan dapat masuk kedalam logam. Korosi pada logam ketel uap pada dasarnya terutama karena reaksi logam dengan oksigen, antara lain seperti tekanan, keadaan asam dan bahan lain yang dapat menyebabkan korosi. 3. Foam dan Priming Pembusaan foaming adalah terbentuknya gelembung air di dalam drum dan priming adalah permukaan air yang bergelombang. Sebab-sebab terjadinya busa foam dan priming pada ketel uap adalah : 1 Air di dalam ketel uap mengandung minyak dan caustic soda yang membentuk sabun dan menghasilkan busa Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. 2 Konstruksi ketel uap yang tidak sesuai dengan desain 3 Kecepatan yang M alkali terlalu tinggi 4 Fluktuasi yang tiba-tiba di dalam air ketel uap, disamping itu kotoran yang ada di dalam air ketel uap akan mempercepat priming 5 Pembuangan air ketel uap blowdown kurang efektif. Anonim, 1999

2.2.5. Pencegahan pembentukan deposit

Air yang mengandung kesadahan tinggi dan turbiditi serta kandungan silika dan zat-zat terlarut yang tinggi cenderung menimbulkan pergerakan pada pipa-pipa boiler yang mana akan menyebabkan efisiensi daripada boiler manurun. Untuk itu dilakukan pencegahan dengan penambahan Natrium Phosfate yang akan membentuk suatu lapisan tipis pada bagian dalam pipa boiler. Lapisan tersebut tidak bisa ditempeli oleh kotoran-kotoran yang terbawa dalam feed water. Sehingga mencegah terbentuknya formasi pergerakan.

2.2.6. Penurunan tingkat korosi

Logam akan mengalami korosi pada pH rendah 7, untuk itu perlu diadakan penambahan bahan kimia untuk menaikkan pH air sebelum dipakai sebagai air boiler, agar memberikan efek korosi yang minimum. Bahan kimia yang dipakai untuk mengatur pH feed water adalah caustic soda. Selain dengan cara pengaturan pH pada air boiler juga diperlukan bahan kimia untuk mengikat O 2 yang terlarut di dalam feed water. Karena O 2 terlarut akan mengakibatkan depolarisasi katoda sehingga menyebabkan korosi. Bahan kimia yang dipakai untuk mengikat O 2 terlarut tersebut adalah Hydrazine N 2 H 4 . PT. Toba Pulp Lestari, 2002 Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009.

2.2.7. Silika SiO

2 Silikon Dioksida, atau silika, adalah salah satu senyawa kimia yang paling umum. Kristral SiO 2 murni ditemukan dalam alam dalam tiga bentuk polimorfis, yang paling umum di antaranya adalah kuarsa. Pasir, agata akik, oniks, opal, batu kecubung aametis, dan flint, adalah silikon dioksida dengan runutan bahan kotoran. Bentuk-bentuk silika merupakan beberapa dari struktur kristal yang benar-benar penting, bukan saja karena silika sendiri merupakan zat yang begitu melimpah dan berguna, tetapi juga karena strukturnya SiO 4 adalah unit yang mendasar dalam kebanyakan mineral. Seperti tampak jelas pada gambar 2.2.7, kristal SiO 2 memiliki dua ciri utama : 1. setiap atom silikon berada pada pusat suatu tetrahedron yang terdiri dari empat atom oksigen 2. setiap atom oksigen berada ditengah-tengah antara dua atom silikon. Yang sering menarik perhatian adalah perbedaan yang besar antara sifat fisika SiO 2 dan CO 2 . Zat yang pertama, tidak melembut sampai dipanaskan kesekitar 1500 o C; zat yang Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. terakhir bersublimasi pada - 78 o C. Ini, serta perbedaan lain, dapat dihubungkan dengan tipe molekul, yang pada gilirannya bergantung pada jenis ikatan, ikatan tunggal Si-O atau ikatan rangkap C=O. Karbon bersatu dengan oksigen dan membentuk dua ikatan kovalen dengan masing- masing atom oksigen, O=C=O. Karbondioksida terdiri dari molekul-molekul triatom yang kecil sekali, dan merupakan gas pada suhu kamar. Berlawanan dengan ini, struktur yang seakan-akan tak ada akhirnya. -O-Si-O-

2.2.7. Struktur silikon dioksida silika Keenan, C. W., 2005

Silikon termasuk salah satu unsur yang esensial bagi mahluk hidup. Beberapa algae, terutama diatom Bacillariophyta, membutuhkan silika untuk membentuk frustule dinding sel. Biota perarian tawar, misalnya sponge, menggunakan silika untuk membentuk spikul. Keberadaan silika di perairan tidak menimbulkan masalah karena tidak menimbulkan masalah karena tidak bersifat toksik bagi mahluk hidup. Akan tetapi, pada perairan yang diperuntukkan bagi keperluan industri, keberadaan silika dapat menimbulkan masalah pada pipa karena dapat membentuk deposit silika. Effendi. H. 2003. Silika digunakan juga dalam metalurgi, dan silika dapat digunakan dalam pembuatan gelas, lapis email gigi, dan yang lainnya. Natrium silika telah banyak digunakan sebagai Melissa Simanullang : Penentuan Kadar Silika Di Multi Fuel Boiler Dengan Spektofotometer Uv-Visibel Di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk, Porsea, 2009. kaogulan di pengolahan air dan sebagai inhibitor korosi pada pipa besi. Untuk kebanyakan industri, konsentrasi dari silika di dalam air yang alami tidak memiliki masalah. Meskipun, pada saat boiler bertekanan tinggi silika dapat menjadi penghancur pada saat boler membentuk uap dan memadat pada tabung pemanas dan pada ujung turbine. Deposit silika seperti itu mungkin sangat keras, bersifat gelas dan sangat sulit untuk dihilangkan. Achmad. R., 2004 2.3. Spektrofotometer 2.3.1. Pengertian spektrofotometer