KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan ke kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-nya, kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Proses Desalinasi Dengan Metode MSF. Makalah ini diajukan guna memenuhi tugas mata kuliah Pengolahan Air Semester III. Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan sesuai dengan waktunya. Kami berharap makalah ini memberikan informasi bagi mahasiwa-mahasiswi TKN 2013 khususnya dan bermanfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan bagi kita semua. Tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang turut membantu dalam penyusunan makalah ini, antara lain kepada kedua orang tua yang telah mendukung kami, Bapak Sugili Putra, S.T, selaku dosen mata kuliah Pengolahan Air, serta seluruh pihak yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Kami sadar bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan makalah ini. Demikian makalah ini kami buat semoga bermanfaat bagi kita semua. Yogyakarta, 6 November 2014 Hormat Kami, Tim Penyusun 1
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... 1 DAFTAR ISI... 2 BAB 1. PENDAHULUAN... 3 1.1. Latar Belakang... 3 1.2. Rumusan Masalah... 4 1.3. Pembatasan Masalah... 5 1.4. Tujuan Makalah... 5 1.5. Manfaat Makalah... 5 BAB 2. ISI... 6 2.1. Pengertian... 6 2.2. Bagian-bagian MSF... 6 2.3. Jenis Instalasi MSF... 7 2.4. Prinsip Kerja... 9 2.5. Cara Kerja... 9 2.6. Pertimbangan Penggunaan MSF... 10 2.7. Keuntungan Metode MSF... 11 2.8. Kerugian Metode MSF... 12 2.9. Mathematical Model of Once Through MSF... 12 2.10. Problem and Solution... 16 BAB 3. PENUTUP... 25 3.1. Kesimpulan... 25 3.2. Saran... 25 DAFTAR PUSTAKA... 26 2
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Air merupakan sumber utama bagi kehidupan manusia sehari-hari. Baik dari kebutuhan rumah tangga sampai inustri besar membutuhkan air yang bersih. Namun, faktanya sumber yang ada saat ini banyak yang tercemar. Selain itu, jumlah air yang yang bersih terbatas dan sangat minim. Sumber daya air yang terdapat di daerah wilayah pesisir pantai dan pulau-pulau kecil umumnya berkualitas buruk, misalnya air tanahnya yang payau atau asin. Sumber air yang secara kuantitas tidak terbatas adalah air laut, walaupun kualitasnya sangat buruk karena air laut mengandung kadar garam atau TDS (Total Dissolved Solid) yang sangat tinggi. Untuk mengatasi masalah tersebut salah satu cara adalah dengan penerapan teknologi pengolahan air yang sesuai dengan kondisi sosial, budaya, ekonomi dan SDM (sumber daya manusia), selain kondisi sumber air bakunya sendiri. Pada era industrialisasi dengan kemajuan yang sangat pesat seperti sekarang ini juga mengakibatkan kenaikan tingkat sosial ekonomi masyarakat. Keadaan tersebut ditambah dengan terus meningkatnya jumlah penduduk akan semakin memacu peningkatan jumlah kebutuhan dasar manusia, khususnya air minum. Dengan meningkatnya permintaan akan air bersih dan semakin terbatasnya sumber daya air di alam, maka peningkatan efisiensi proses pengolahan air juga merupakan syarat utama. Oleh karena itu, diperlukan solusi sumber air bersih baru yang jumlahnya banyak. Adapun, salah satu solusinya adalah memanfaatkan sumber air laut dengan mengolah air laut atau payau menjadi air tawar, pengolahan ini dinamakan desalinasi. Namun, sumber air laut yang ada banyak mengandung mineral, seperti NaCl, dll. Mineral NaCl dan lainlainnya ini sangat mengganggu dalam penggunaan rumah tangga maupun industri. Supaya air laut dapat digunakan sebagai sumber air bersih, maka diperlukan sistem desalinasi terhaadap air laut. Diharapkan, air laut yang telah didesalinasi sesuai dengan kriteria air bersih yang dapat digunakan dalam kebutuhan rumah tangga hingga industri. Teknologi pengolahan air asin atau air laut menjadi air tawar tersebut ada bermacammacam jenisnya. Saat ini untuk mengolah air asin bisa dengan cara destilasi, pertukaran ion, elektrodialisis, dan osmosa balik. Masing-masing teknologi mempunyai keunggulan dan kelemahan. Pemanfaatan teknologi pengolahan air asin harus disesuaikan dengan 3
konsidi air baku, biaya yang tersedia, kapasitas dan kualitas yang diinginkan oleh pemakai air. Di antara berbagai macam teknologi tersebut yang banyak dipakai adalah teknologi destilasi. Teknologi destilasi umumnya banyak dipakai ditempat yang mempunyai energi terbuang (pembakaran gas minyak pada kilang minyak), sehingga dapat menghemat biaya operasi dan skala produksinya besar (>500 m 3 /hari). Proses distilasi dibagi dalam 2 sistem utama yakni multi stage flash distillation dan multiple effect distillation. Gambar 1. Klasifikasi Proses Desalinasi Air Laut Namun dalam makalah ini yang akan dibahas hanya sistem destilasi Multi Stage Flash (MSF) pada desalinasi air laut atau payau menjadi air tawar yang langsung bisa diminum. MSF adalah salah satu teknologi desalinasi yang telah teruji untuk menjadikan air tersebut menjadi air minum. Metode ini dipilih karena masyarakat umum dapat menggunakan metode ini dengan alat yang sederhana. Dengan penulisan makalah ini, diharapkan mahasiswa dan masyarakat dapat menggunakan metode desalinasi MSF untuk menghadapi masalah kebutuhan air bersih yang ada. 1.2. Rumusan Masalah Dari masalah yang ada dapat dirumuskan menjadi beberapa masalah, yakni: a. Apa itu Desalinasi? b. Apa saja macam-macam Metode Desalinasi? 4
c. Apa itu Metode Desalinasi MSF maupun RO? d. Bagaimana prinsip Desalinasi? e. Bagaimana mekanisme kerja pada Desalinasi MSF? f. Apa saja kelebihan penggunaan desalinasi MSF? g. Apa saja kelemahan penggunaan desalinasi MSF? h. Bagaimana cara meningkatkan efisiensi proses desalinasi MSF? i. Apa unit operasi yang digunakan dalam proses Desalinasi MSF? 1.3. Pembatasan Masalah Dari semua masalah yang ada, dibatasi pembahasan meliputi, diantaranya : a. Definisi metode desalinasi MSF.. b. Prinsip kerja dan mekanisme Desalinasi MSF c. Unit proses yang digunakan dalam desalinasi MSF. d. Kelebihan dan kekurangan desalinasi MSF. e. Peningkatan efisiensi proses desalinasi MSF. 1.4. Tujuan Makalah Tujuan dari pembuatan makalah ini yakni : a. Mengetahui segala sesuatu mengenai desalinasi MSF, meliputi definisi, macam, prinsip, mekanisme, kelebihan dan kekurangan serta peningkatan efisiensi desalinasi MSF. b. Mengetahui penggunaan dan pengaplikasian desalinasi MSF terhadap kehidupan sehari-hari. c. Mengetahui masalah-masalah unit operasi dalam metode MSF. d. Memenuhi tugas makalah pengolahan air semester 3. 1.5. Manfaat Makalah Manfaat dari pembuatan makalah yakni : a. Menambah wawasan mahasiswa, praktisi, dan masyarakat mengenai desalinasi MSF. b. Memberikan solusi terhadap masyarakat tentang air bersih dari proses desalinasi MSF. BAB 2 ISI 2.1. Pengertian 5
Desalinasi adalah proses menghilangkan garam dan mineral-mineral terlarut dari air laut atau air payau menjadi air tawar. MSF adalah salah satu teknologi desalinasi yang telah teruji untuk menjadikan air tersebut menjadi air minum. Proses MSF adalah teknologi desalinasi menggunakan distilasi yang biasanya digunakan untuk skala besar 2.2. Bagian-bagian MSF Multi Stage Flash merupakan distilasi bertingkat yang terdiri dari beberapa alat alat kimia, yaitu : a. Pompa Fungsi pompa pada MSF adalah untuk memompa feed yang berupa air laut dan untuk menarik keluar air tawar hasil kondensasi pada tiap tiap stage. b. Condenser Sebagai pendingin uap air tawar. c. Pressure Reducer Valve Fungsinya untuk menurunkan tekanan di brine heater agar mendidih kurang dari titik didihnya. d. Mist separator Untuk memisahkan uap dari air laut hasil pemanasan brine heater. e. Vent Ejector Mengeluarkan steam yang telah digunakan pada brine heater. f. Brine Heater Fungsinya untuk memanaskan umpan agar air tawar berubah wujud menjadi uap. 2.3. Jenis Instalasi MSF a. Once Through Design Jenis instalasi seperti yang tertera pada gambar 2 dibawah ini merupakan sietem MSF yang dirancang sekali lewat, dimana seluruh air laut yang akan 6
diuapkan dialirkan ke seluruh instalasi sekali lewat tanpa sirkulasi (recycle). Hal ini memang memudahkan operasi, tetapi biaya produksi atau biaya operasi lebih tinggi Gambar 2. Diagram Alir MSF Once Through Design b. Brine Recycle Jenis instalasi ini sistem operasinya lebih komplek tetapi biaya operasinya lebih rendah. Pada instalasi MSF sistem Brine Recycle (sistem sirkulasi air garam), yang diagram prosesnya seperti tertera pada Gambar 3, sebagian dari air garam yang dibuang (reject brine) pada bagian (tahap) yang paling dingin disirkulasikan atau didaur ulang ke ruang penguapan tahap antara(intermediate stage). Sirkulasi brine tersebut dimasukkan pada ruang penguapan pada tahap (stage) yang dipilih sedemikian rupa sehinga air baku air laut yang digunakan untuk mendinginkan uap air yang terbentuk pada ruang penguapan pada tahap berikutnya tidak akan mencapai suhu dimana proses pengolahan harus menggunakan senyawa anti kerak (anti scale). Dengan cara demikian maka hanya sebagian kecil air laut yang digunakan sebagai umpan air baku (make up water) yang memerlukan pengolahan dengan mengunakan senyawa anti kerak untuk mencegah terjadinya pengendapan kerak yakni hanya ada bagian yang suhunya lebih tinggi pada instalasi. Kemudian untuk menghindari terjadinya penumpukan konsentrasi garam yang tinggi pada MSF brine recycle, yang dapat membahayakan peralatan dengan terbentuknya endapan garam sulfat yang keras, maka sebagian dari brine (air garam) yang disirkulasikan harus dibuang. Air baku air laut yang digunakan sebagai air umpan biasanya dua kali dari jumlah produk air olahannya, tetapi jumlah tersebut hanya 25 % dari jumlah air baku apabila diolah dengan MSF One Through. Dengan demikian proses desalinasi air laut dengan MSF brine recycle dapat menghemat biaya bahan kimia yang mana hal ini merupakan salah satu keungulan 7
dari MSF dengan sistem sirkulasi brine. Salah satu contoh instalasi desalinasi air laut dengan proses MSF kapasitas 1000 m 3 per hari dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 3. Diagram Alir MSF Brine Recycle Gambar 4. Contoh instalasi desalinasi air laut dengan proses MSF kapasitas 1000 m3 per hari (dua unit). Lokasi PLTU Muara Karang, Jakarta. Produksi Sasakura. 2.4. Prinsip Kerja Desalinasi merupakan metode perubahan fase, yaitu air laut yang dipanaskan untuk menghasilkan uap air. Kemudian dikondensasi untuk menghasilkan air tawar. 8
2.5. Cara Kerja 1. Pretreatment Dalam instalasi ini, air umpan pertama kali dikirim ke sistem pengolahan awal (pretreatment) dengan penambahan bahan kimia dan asam, untuk menekan pembentukan kerak dalam pipa penukar panas. Kemudian diaerasi untuk mengurangi oksigen terlarut dan karbondioksida untuk meminimalkan korosi dan memperbaiki unjuk kerja penukar panas. 2. Preheated Air laut kemudian dipanaskan (preheated) dalam modul penukar panas. Selanjutnya dipanaskan sampai temperatur brine maksimum dalam pemanas brine dan kemudian dilakukan proses flashing dalam flash evaporator. Evaporator MSF dibagi menjadi beberapa ruang yang disebut stage (biasanya kurang dari 40).Pada proses ini, air laut menyembur begitu masuk bagian bawah tiap stage dan butiran-butiran halus segera mendidih dan menguap. Uap yang terjadi mengandung air tawar, yang tidak menguap disebut brine. Uap yang terjadi setelah menembus mist separator (penyaring butiran halus air yang terbawa uap) menuju pipa yang ada dibagian atas tiap stage. Karena di dalam pipa mengalir air laut yang lebih dingin, maka uap akan terkondensasi dan terkumpul di bagian bawah sebagai air kondensat. Pada waktu berkondensasi, uap melepaskan panas laten ke air laut yang mengalir di dalam pipa. Kondisi vacum (hampa) di dalam stage dipertahankan oleh steam jet ejector (ejector uap). Air laut yang mengalir di dalam pipa makin bertambah panas sejak stage terakhir (paling kanan) sampai stage pertama. Setelah meninggalkan stage pertama, air laut mengalir ke pemanas brine untuk dipanaskan sampai temperatur 90-98 o C dengan uap tekanan rendah yang keluar dari katup pengurang tekanan. Temperatur dalam pemanas brine dipertahankan dengan mengatur katup pengurang tekanan secara otomatis. Uap pemanas brine yang telah menjadi kondensat dialirkan kembali ke pembangkit uap. Proses penguapan air laut dan kondensasi uap dihasilkan pada stage berikutnya sama seperti stage pertama. Brine dibuang secara teratur dan otomatis oleh pompa brine agar tinggi permukaan brine tetap konstan, kurang lebih 50 cm. MSF ini menghasilkan air dengan TDS 5-25 ppm dari air laut 35.000-45.000 ppm. Untuk laju desalinasi lebih dari 4000 m 3 /hari per unit, teknologi MSF lebih lazim digunakan dibanding proses lain. 9
2.6. Pertimbangan Penggunaan MSF a. Analisis ekonomi pada desalinasi nuklir adalah salah satu faktor penting untuk menentukan pilihan. Biaya produksi air pada umumnya dievaluasi dari semua komponen biaya untuk desalinasi, yang meliputi biaya modal (30-50%), biaya energi (50-30%), biaya operasi dan perawatan (15-25%). b. Secara umum,biaya produksi air dipengaruhi oleh kapasitas, karakteristik tempat dan kualitas umpan. Biaya produksi air akan berkurang jika kapasitas meningkat. Karakteristik lokasi mempengaruhi biaya tanah, biaya pompa dan biaya instalasi pipa. Kualitas umpan, dalam hal ini TDS berpengaruh pada biaya produksi air untuk MSF. Kenaikan TDS akan menaikkan biaya produksi air. Nilai TDS yang lebih tinggi akan membutuhkan konsumsi energi lebih tinggi dan membutuhkan dosis bahan kimia yang lebih banyak, sehingga biaya produksi air akan lebih tinggi. Secara khusus, biaya produksi air pada MSF dipengaruhi oleh suhu yang keluar dari pemanas brine. Jika perbandingan rekoveri tinggi, maka akan menurunkan tenaga pompa, ukuran peralatan di sistem air masuk dan di sistem keluaran seperti pompa umpan dan peralatan rekoveri, dan menurunkan konsumsi bahan kimia untuk pengolahan awal. c. Komposisi unsur-unsur dalam air laut dipengaruhi oleh struktur geologi tanah dan kandungan unsur-unsur dalam air sungai yang mengalir ke laut. Kandungan unsurunsur Ca, Mg dan SO 4 = diketahui menyebabkan pembentukan kerak (scaling) dalam pipa atau penukar panas karena terbentuknya endapan. Endapan endapan ini merupakan korosi permukaan logam yang menurunkan sistem pertukaran panas, selain itu mengakibatkan perubahan mikrostruktur logam. Demikian pula peranan zat padat terlarut (TDS) dalam air laut akan memberikan kualitas akhir air bebas mineral hasil proses desalinasi. d. Kualitas sumber air laut mempengaruhi kinerja peralatan yang dilaluinya seperti pipa saluran, sistem penyaringan/pembersihan dan penampungan sebagai proses awal. Parameter kualitas air laut yang mempengaruhi usia pakai peralatan logam antara lain unsur-unsur kimia pembentuk kerak (scaling), ph, suhu, dan kandungan mikroba penyebab biokorosi. Oleh karena itu perlu dilakukan pemeriksaan sumber air laut sebagai air umpan. 2.7. Keuntungan Metode MSF 10
a. Air produk mempunyai kualitas yang lebih tinggi, tidak membutuhkan pembersihan sesering penggunaan destilasi dengan membran. b. Tidak ada batasan ukuran yang tetap untuk setiap unit plant. Ukuran unit MSF dapat mencapai 100.000 Ton/hari. c. Modul-modul MSF dapat dirakit di pabrik perakitan dengan berat dapat mencapai 1.600 Ton, dapat diangkut ke lokasi dalam satu blok tunggal. d. Dapat digabungkan dengan instalasi pembangkit tenaga(steam atau gas turbine) untuk menghemat tenaga listrik atau menghemat biaya air. e. Rancang bangun alat dapat dioptimisaisi untuk mendapatkan harga produksi air yang paling murah. 2.8. Kerugian Metode MSF a. Dibutuhkan air umpan yang lebih besar untuk sejumlah air produk yang sama karena perbandingan rekoverinya lebih rendah. b. Instalasi ini juga lebih mudah terjadi kerak dan korosi, namun ini dapat dikontrol dengan penambahan inhibitor kerak dan inhibitor korosi. Selain itu korosi juga dapat diatasi dengan pemilihan material yang tahan korosi. c. Instalasi MSF juga lebih memerlukan ruang untuk sejumlah kapasitas yang sama, total biaya dan konsumsi daya lebih besar. 2.9. 2.10. Soal dan Pembahasan 2.10.1. Soal a. Sebutkan dan jelaskan bagian-bagian dari Multi Stage Flash (MSF)? b. Apa saja jenis instalasi dari Multi Stage Flash (MSF)? c. Apa saja kentungan dan kerugian dari Multi Stage Flash (MSF)? d. e. 2.10.2. Pembahasan a. Bagian-bagian dari MSF : - Pompa Fungsi pompa pada MSF adalah untuk memompa feed yang berupa air laut dan untuk menarik keluar air tawar hasil kondensasi pada tiap tiap stage. 11
- Condenser Sebagai pendingin uap air tawar. - Pressure Reducer Valve Fungsinya untuk menurunkan tekanan di brine heater agar mendidih kurang dari titik didihnya. - Mist separator Untuk memisahkan uap dari air laut hasil pemanasan brine heater. - Vent Ejector Mengeluarkan steam yang telah digunakan pada brine heater. - Brine Heater Fungsinya untuk memanaskan umpan agar air tawar berubah wujud menjadi uap. b. Jenis-jenis instalasi MSF : - Once Through Design Sistem MSF yang dirancang sekali lewat, dimana seluruh air laut yang akan diuapkan dialirkan ke seluruh instalasi sekali lewat tanpa sirkulasi (recycle). Hal ini memang memudahkan operasi, tetapi biaya produksi atau biaya operasi lebih tinggi - Brine Recycle Pada instalasi MSF sistem Brine Recycle (sistem sirkulasi air garam), yang diagram prosesnya, sebagian dari air garam yang dibuang (reject brine) pada bagian (tahap) yang paling dingin disirkulasikan atau didaur ulang ke ruang penguapan tahap antara(intermediate stage). c. Keuntungan MSF : - Air produk mempunyai kualitas yang lebih tinggi, tidak membutuhkan pembersihan sesering penggunaan destilasi dengan membran. - Tidak ada batasan ukuran yang tetap untuk setiap unit plant. Ukuran unit MSF dapat mencapai 100.000 Ton/hari. - Modul-modul MSF dapat dirakit di pabrik perakitan dengan berat dapat mencapai 1.600 Ton, dapat diangkut ke lokasi dalam satu blok tunggal. - Dapat digabungkan dengan instalasi pembangkit tenaga(steam atau gas turbine) untuk menghemat tenaga listrik atau menghemat biaya air. 12
- Rancang bangun alat dapat dioptimisaisi untuk mendapatkan harga produksi air yang paling murah. d. BAB 3 PENUTUP 3.1. Kesimpulan Dari seluruh uraian dapat diambil beberapa kesimpulan, yakni : a. Desalinasi yaitu menghilangkan partikulat garam dan lainnya dari air laut, air payau, dan penjernihan air limbah, sehingga menjadi air minum. b. MSF adalah salah satu teknologi desalinasi yang telah teruji untuk menjadikan air tersebut menjadi air minum. c. MSF membutuhkan banyak energi sebagai sumber pembangkit kalor dalam sistem penguapan, namun metode MSF bisa digunakan dengan alat sederhana. d. Unit alat pengolahan air payau menjadi air tawar ini sangat cocok digunakan untuk wilayah antara lain : a) Kawasan desa pesisir pantai b) Kawasan desa rawa pasang surut. c) Pemukiman padat penduduk di kawasan pesisir d) Daerah pemukiman yang kualitas air tanahnya jelek. e) Dll. 3.2. Saran Agar air yang dihasilkan maksimal, maka jumlah stage yang digunakan harus diperhitungkan secara cermat. Sehingga energi yang terpakai dapat seefisien mungkin. Dalam memperhitungkan stage tidak bisa sembarangan. 13
DAFTAR PUSTAKA Said, Nusa Idaman. 2008. Teknologi Pengolahan Air Minum. Jakarta: BPPT http: //faculty.ksu.edu.sa/almutaz/documents/che-413/multi-stage%20flash %20Desalination.pdf SASAKURA ENGINEERING CO.LTD., Desalination Plant, PT. Sasakura Indonesia. SEMIH OTLES AND SERKAN OTLES, Desalination Techniques Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, 4 (4), 2004, [963-969], ISSN : 1579-4375 IAEA-TECDOC-1235, Safety Aspects of Nuclear Plants Coupled with Seawater Desalination Units, IAEA, August 2001. ULRICH EBENSPERGER AND PHYLLIS ISLEY, Ph.D., Review of The Current State of Desalination, Water Policy Working Paper 2005-008, January 2005. http://www.wikipedia.org//distillation// Multi-stage flash.htm 14
MAKALAH PROSES DESALINASI DENGAN METODE MULTI STAGE FLASH (MSF) \ Disusun oleh : 1. Banu Suharto (011300332) 2. Bayu Putra Wicaksana (011300333) 3. Hera Herdiyanti (011300338) 4. Inayah Dwi Agustina (011300340) 5. Rikhi Galatia (011300355) Program Studi : Teknik Kimia Nuklir SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR 15
BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL 2014 16