Pemantauan Dan Pengendalian Pencemaran Udara 8

Pengendalian Pencemar Udara Gas

Dosen:

Ir. Yenni Ruslinda, MT

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS

Mekanisme penyisihan pencemar gas:

Adsorpsi (perlekatan);

Absorpsi (penyerapan);

Insinerasi (pembakaran);

Kondensasi (pengembunan).

Alat PPU untuk pencemar gas:

Adsorption Unit (Adsorber);

Absorption Unit (Absorber);

Incinerator/Combustor;

Condenser.

TEKNIK LINGKUNGAN UNIVERSITAS ANDALAS

Adsorber

ADSORPSI

GAS PADATAN

DEFINISI

ADSORBER

Adsorber adalah alat PPU yang berfungsi memindahkan massa polutan gas (adsorbat) dari udara pembawanya ke permukaan padatan yang berfungsi sebagai adsorban.

Gas akan terlekat pada material adsorban.

CARA KERJA ADSORBER

Cara kerja unit adalah penyerapan polutan di udara oleh material solid yang memiliki banyak pori-pori. Semakin luas permukaan solid, maka semakin banyak jumlah polutan yang diserap

CARA KERJA ADSORBER

Metode regenerasi : Injeksi udara panas ke dalam adsorber kemudian dikondensasi.

JENIS ADSORPSI

Adsorpsi fisika (Physisorption) , terjadi karena adanya gaya van der waals antara adsorban dan adsorbat. Misalnya pengikatan air oleh silika gel, karbon aktif

Adsorpsi kimia (Chemisorption), terjadi karena adanya reaksi kimia antara adsorban dengan adsorbat. Misalnya Ion exchange

Keterangan: adsorpsi fisika bersifat reversible, artinya dapat dilakukan proses desorpsi untuk memurnikan kembali adsorban.

JENIS ADSORBAN

Karbon aktif, memiliki luas permukaan 600 – 1600 m2/g, dan temperatur regenerasi 100 – 1400C;

Silika gel, memiliki luas permukaan 200 – 300 m2/g, dan temperatur regenerasi 120 – 2500C;

Molecular sieve, memiliki luas permukaan 600 – 700 m2/g, dan temperatur regenerasi 200 – 2500C;

Alumina aktif, memiliki luas permukaan 750 m2/g, dan temperatur regenerasi 100 – 3000C.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES ADSORPSI

Temperatur : semakin tinggi suhu semakin menurunkan adsorpsi gas Polutan

Tekanan : semakin tinggi tekanan, maka proses adsorpsi akan semakin tinggi

Kecepatan gas : semakin tinggi kecepatan akan menurunkan waktu kontak kontaminan dengan adsorban sehingga menurunkan tingkat adsorpsi

Kandungan partikulat : adanya partikulat akan menurunkan efisiensi proses adsorpsi.

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ADSORPSI

• Kelebihan:

Proses adsorpsi dapat digunakan untuk polutan dengan konsentrasi rendah dan tinggi;

Proses pelepasan polutan dari permukaan material solid lebih mudah yaitu dengan penguapan.

• Kekurangan:

Proses adsorpsi harus diikuti dengan proses lainnya;

Membutuhkan material solid yang besar, apabila polutan di udara semakin banyak.

Biaya investasi tinggi

PERHITUNGAN DESAIN UNIT ADSORPSI

Hubungan adsorban dan adsorbat dijelaskan dengan menggunakan persamaan Freundlich Isotherm dan Langmuir Isotherm.

Freundlich Isotherm

Dimana:

x = massa polutan (substansi yang diadsorp)

m = massa adsorban

X = rasio massa fasa padat; massa solute yg diadsorb/massa adsorban

Ce = konsentrasi polutan pada kesetimbangan

K,n = konstanta

1loglog

PERHITUNGAN DESAIN UNIT ABSORPSI

Langmuir Isotherm

Breakthrough point (tB) : titik awal trejadinya kondisi jenuh pada kolom adsorpsi

Absorber

ABSORPSI

GAS CAIRAN

DEFINISI

ABSORBER

Absorber adalah alat PPU yang berfungsi memindahkan massa polutan gas (absorbat) dari udara pembawanya ke dalam cairan yang berfungsi sebagai absorban. Gas akan terserap oleh absorban.

Gas yang dapat dieliminasi dengan proses absorpsi:

SO2 H2S Cl2 NH3

Senyawa hidrokarbon dengan C-rendah Alat pengendali proses absorpsi disebut juga

“Scrubber”

ABSORBER

CONTOH PENGGUNAAN ABSORBER

Penyisihan amoniak di pabrik pupuk.

Penyisihan HF dari gas buang proses pembakaran gelas/kaca;

Pengendalian SO2;

Recovery pelarut, seperti aseton, dan metil alkohol;

Pengendalian bau, misal akibat H2S, merkaptan, dll.

FAKTOR PENTING DALAM PROSES ABSORPSI

Kelarutan dari kontaminan

Kelarutan ini dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan dari sistem tersebut. Semakin tinggi temperatur dan tekanan sistem, maka proses absorpsi polutan gas juga akan semakin meningkat.

Volatilitas Cairan

Cairan yang memiliki volatilitas rendah, dapat mengurangi uap air pada aliran gas buang.

Viskositas cairan

Viskositas yang rendah, dapat meningkatkan absorpsi dan mengurangi kehilangan tekanan.

Flammabilitas cairan

Cairan yang digunakan adalah yang tidak mudah terbakar, tidak korosif, tidak berbahaya, dan tidak mahal

DESKRIPSI UNIT ABSORPSI

KOLOM ABSORPSI

DEFINISI

Sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase gas ke fase cairan, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia

CARA KERJA

Proses absorpsi dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi ke kolom tersebut dimana terdapat fase cair di dalamnya sehingga gas polutan yang ingin disisihkan akan berikatan dengan molekul zat cair

JENIS-JENIS KOLOM ABSORPSI

Struktur unit Packed Tower Bagian atas:

Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair.

Bagian tengah:

Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi

Bagian bawah:

Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.

PACKED TOWER

PRINSIP KERJA PACKED TOWER

Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan ke bawah menara absorber. Di dalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Jadi gas kontaminan akan larut dalam cairan dan udara bersih akan dilepaskan ke atmosfer melalui atas tower. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing dengan beberapa tingkat. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi

Struktur unit Spray Tower:

Spray tower merupakan unit absorbsi yang sangat sederhana, terdiri dari empty tower dan nozzle untuk menyemprotkan cairan.

SPRAY TOWER

PRINSIP KERJA SPRAY TOWER

Polutan gas buang dialirkan dari bawah tower dan cairan akan disemprotkan melalui nozzles dalam satu atau lebih tingkatan. Aliran cairan dan gas buang adalah saling berlawanan arus. Jadi gas kontaminan akan larut dalam cairan dan udara bersih akan dilepaskan ke atmosfer melalui bagian atas tower.

Struktur unit Tray Tower:

Tray tower adalah unit absorpsi yang menggunakan lapisan tipis/tray untuk mengalirkan ke bawah. Pada tray tersebut terdapat lubang-lubang untuk melewatkan gas.

Tray Tower

Baffle

TRAY TOWER

menggunakan sejenis piringan untuk mengalirkan air ke bawah.

PLATE TRAY TOWER

unit disusun menyerupai baffle/sekat untuk mengalirkan air ke bagian bawah unit.

BAFFLE TRAY TOWER

Dari bagian atas unit, air akan dialirkan melalui tray yang dipasang secara bertingkat-tingkat hingga ke bagian bawah unit. Gas polutan akan tertahan oleh air sedangkan gas yang bersih mengalir ke atas melalui lubang-lubang pada tray.

PRINSIP KERJA TRAY TOWER

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ABSORPSI

Kelebihan:

Kehilangan tekanan kecil

Biaya investasi relatif murah

Effisiensi relatif tinggi

Tidak membutuhkan space yang luas

Mampu menyisihkan gas dan partikulat

Kekurangan:

Menimbulkan masalah pencemaran air

Hasil penyisihan sulit direcovery

Sering terjadi penyumbatan pada alat pelengkap maupun absorber

Dalam desain absorber, efisiensi maksimum tercapai bila :

Tersedianya daerah kontak yang luas

Terjadinya pencampuran yang baik antara gas dan cairan

Tersedianya waktu kontak yang cukup antar fase

Tingkat solubilitas yang tinggi dari polutan ke absorban

DESAIN ABSORBER

Material Balance

Keseimbangan massa pada absorber:

Gm(in) + Lm(in) = Gm(out) + Lm(iout)

Untuk polutan yang disisihkan, keseimbangan material yaitu:

Gm(in) . Y(in) + Lm(out) . X (out) = Gm(out) . Y(out) + Lm(in) . X(in)

Y(in) - Y(out) = [Lm/ Gm] . [X (out) - . X(in)]

Keterangan:

X = Fraksi mol dari polutan dalam cairan murni

Y = Fraksi mol dari polutan dalam gas

Lm = Laju Aliran Cairan (mol/time)

Gm = Laju Aliran Gas (mol/time)

Diameter

Untuk desain diameter, menggunakan grafik korelasi antara floading dengan pressure drop.

Tahap-tahap perhitungan:

1. Menghitung nilai dari absis

Keterangan:

L = Laju Aliran Cairan (lb-mol/hr)

G = Laju Aliran Gas (mol/hr)

gas = Densitas Aliran Gas(lb/ft3)

Liquid = Densitas Aliran Cairan (lb/ft3)

2. Plot ke Grafik, di dapat nilai ordinat:

Keterangan:

Cs = Capacity Factor (ft/s)

F = Packing Factor

n = Viskositas (cst)

Didapat Nilai Cs!!!

3. Tentukan Superficial Velocity (v)

Keterangan: rG = Massa jenis gas (lb/ft3)

rL = Massa jenis cairan (lb/ft3)

4. Tentukan Superficial Gas Mass Velocity (G)(lb/(min.ft2)

G = V x 60 min/s

6. Tentukan Gas Mass Flow Rate (G)(lbs/min)

7. Tentukan Cross-Sectional Area (As)

8. Tentukan Diameter (ft2)

Tinggi

Z = NOG HOG

NOG =[ ln [(Y(in) / Y(out))(1-1/Ab)+1/Ab]]/[1-1/Ab]

Ab = L/(mG)

Keterangan:

NOG= Transfer unit dari koefisien film gas

HOG= Tinggi dari transfer unit berdasarkan koefisien film cairan (m atau ft)

m = Konstanta keseimbangan

Kya= Koefisien mass transfer (lb-moles/hr-ft3)

L = Laju Aliran Cairan (lb-moles/hr)

G = Laju Aliran Gas (lb-moles/hr)

Ab = Faktor absorpsi = superficial gas velocity (lb-moles/hr-ft2)

Z = Tinggi Tower (ft)

Incinerator/ Combustor

INCINERATOR/COMBUSTOR

Adalah alat PPU yang digunakan untuk penyisihan

polutan organik yang mudah menguap (volatil)

Reaksi oksidasi gas polutan organik atau anorganik secara

cepat dan dalam kondisi panas menghasilkan CO2 + H2O

Reaksi Pembakaran:

Fuel + oxidizer + ignition ⎯→ hasil pembakaran

Faktor berpengaruh: • Oksigen (air-fuel ratio) • Temperature • Turbulensi • Time

PROSES INSINERASI

Ada 2 tahap dalam pembakaran :

Pembakaran bahan bakar

terjadi cukup cepat dan irreversibel serta menghasilkan gas dengan suhu cukup tinggi

Pembakaran polutan.

Terjadi oksidasi polutan dari gas yang sudah bersuhu tinggi tadi menjadi produk yang tidak berbahaya

INCINERATOR/COMBUSTOR

INSINERASI untuk meminimalisasi

mengontrol bau

menghilangkan senyawa toksik

mengurangi kuantitas sifat

reaktan fotokimia V0C yang

dilepaskan ke atmosfer.

Proses Pembakaran dengan penyalaan

Temperatur naik akibat pelepasan E

Penghancuran senyawa organik

Pada T 1000-1200oF

Pembakaran sempurna pada

T 1300-1500oF

Waktu kontak 0,32-0,5 detik

Mekanisme

Turbulensi dengan penambahan

Belokan dan pengaturan kecepatan

Aliran udara 20-40 ft/menit

GAMBAR INSINERATOR

GAMBAR THERMAL OXYDIZER

JENIS YANG DIGUNAKAN PADA UNIT INSINERASI

Flares

Thermal

oxidizer Catalytic

oxydizer

Flares melepaskan VOC secara aman

bukan untuk kontrol polusi

Thermal oxidizer

Pemilihan tergantung

mode, O2, dan konsentrasi VOC

Gas tidak terkonsentrasikan

CATALISTIC OXIDIZER

Katalis mempercepat

jalannya reaksi tanpa

mengubah

komposisi kimia

zat sehingga waktu

yang dibutuhkan lebih

kecil dari oksidasi termal

Temperatur pada

proses insinerasi

lebih rendah sehingga

energi yang dibutuhkan

untuk mengoksidasi

lebih kecil

SISTEM PEMBAKARAN

THERMAL OXIDIZER

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN INSINERASI

Kelebihan:

Efisiensinya tinggi jika digunakan pada jangka waktu dan temperatur tertentu

Zat organik dapat dioksidasi ke tingkat yang diinginkan

Daur ulang panas hasil pembakaran

Kekurangan:

Biaya operasional tinggi

Bahaya ledakan

Pembakaran tidak sempurna

Menghasilkan pencemaran yang lebih buruk

3 metoda mencari temperatur operasional:

Metoda Ross

T = T auto ignition + 300F

Metode Lee

T99,9 = 594-12,2(w1)+117(w2)+71,6(w3)+

80,2(w4)+0,592(w5)-20,2(w6)- 120,3(w7)+

87,1(w8)-66,8(w9)-75,3(w10)

T99 = 577-10(w1)+110(w2)+67,1(w3)+

72,6(w4)+0,586(w5)-23,4(w6)-430,9(w7)+

82,5(w8)- 82,2(w9)-65,5(w10)-76,1(w11)

PERHITUNGAN DESAIN UNIT INSINERASI

Dimana:

T99,9 = temperatur untuk efisiensi 99,9%

T99 = temperatur untuk efisiensi 99%

w1 = jumlah atom karbon

w2 = apakah termasuk senyawa aromatik (Tidak=0, iya=1

w3 = terdapat ikatan karbon ganda c=c (Tidak=0, iya=1)

w4 = jumlah atom nitrogen

w5 = tauto ignition

w6 = jumlah atom oksigen

w7 = jumlah atom sulfur

w8 = rasio H/O

w9 = apakah termasuk senyawa allyl (2-propenol) (tidak=o,iya=1)

w10 = tdp ikatan ganda klorin karbon C=Cf (Tidak=0, iya=1)

w11 = waktu tinggal (detik)

Metode Coopper

RTEeAK /

Dimana

K = konstanta laju reaksi

A = proporsi pre-exponensial (/detik)

E = energi aktifasi (kalori/mol)

R = konstanta gas ideal (1,987 kalori/mol k)

T = temperatur absolut(K)

Faktor Sferik

S = 16/MW

Faktor Pre eksponensial

A = Z Sy02 P/R

Temperatur absolut

T = -E/R. 1/ln(K/A)

Dimana:

MW = Berat molekul

Z = Faktor collision rate

yO2 = Fraksi mol O2

setelah pembakaran

P = Tekanan absolut, atm

R = Konstanta gas

0,082 l-atm/molO K

CONTOH SOAL

Perkirakan temperatur untuk tempat pembakaran dangan waktu tinggal 0,5 detik dengan efisiensi 99,5% untuk menghancurkan senyawa organik toluen.

PENYELESAIAN

Metode Ross

T = T auto ignition + 3000OF

= 1026OF + 3000OF= 1326OF

T99,9% = 594- 12,2(7)+117(1)+0+00,592(1026)- 0+87,1(1,14)-0+0-75,3(Ln 0,5) T99% = 577-10(7)+110(1)+0+0+0,586(1026)-0-1+82,5(1,14)- 0+0-76,1(Ln 0,5) Jadi antara T99,9 dan T99 adalah suatu metode yang mendekati linear rata-rata yaitu T99,9 = 1376OF

Metode Lee

METODE COOPER

K = ln (1-0,995)/0,5

= 10,6/detik

E = -0,00966 (BM)+ 46,1

= -0,00966 (92)+ 46,1

= 45,2 kcal/mol

Dapat dihitung nilai S dan memperkirakan nilai Z berdasarkan diagram HC

S = 16/MW

= 16/92= 0,174 maka Z =2,85.1011

Untuk asumsi 0,15 oksigen dan tekanan 1 atm, hitung A

A = Z Sy02 P/R

= (2,85.1011)(0,174)(0,15)(1,0)/0.08205

= 9,07.1010/detik

Terakhir untuk mencarai nilia T susun kembali hasil dari K< A, S, Z dan E

T = -E/R. 1/ln(K/A)

=-45.200/1,987.1/ln10,6/9,07.1010

= 9950K = 13310f

DIAGRAM HIDROKARBON

Condensor

KONDENSASI

UAP CAIRAN

DEFINISI

CONDENSER

Adalah alat PPU yang digunakan untuk penyisihan polutan gas dengan cara menaikkan tekanan, menurunkan temperatur atau kombinasi keduanya agar terjadi perubahan fasa polutan dari gas atau uap menjadi fasa cair.

Sejalan dengan semakin ketatnya baku mutu, metode ini menjadi kurang efisien.

peningkatan tekanan temperatur konstan

sampai tekanan bagian polutan

sama dengan tekanan

uapnya

Pengurangan

temperatur pada

tekanan konstan

sampai tekanan

bagian polutan

sama dengan

tekanan uapnya

kombinasi kompresi

dan pendingin

sampai tekanan

bagian polutan

sama dengan

tekanan uapnya

MEKANISME KONDENSASI

JENIS CONDENSER

Sistem kontak langsung (direct contact system), contohnya adalah spray tower;

Sistem permukaan (surface system), contohnya adalah unit shell & tubes.

KONDENSER KONTAK

Proses sederhana

Butuh cairan pendingin

Absorbsi terjadi jika uap kontaminan terlarut dalam pendinginan

Fleksibel, simpel, mudah dibangun

Efisiensi tinggi dibanding kondenser permukaan

KONDENSER PERMUKAAN

Pendinginan terpisah dari transfer panas permukaan

Tingkat pemeliharaan lebih besar karena peralatan pendukung banyak

KELEBIHAN

Solven direcovery sempurna

Kondisi dimonitor dan produktif

Berdiri sendiri (tidak butuh bahan bakar)

Penyisihan mencapai 99%

KEKURANGAN

cukup mahal

perawatan sulit

lambat menaikkan temperatur

melibatkan freon dan amonia

harus membersihkan endapan yang membeku pada lemari es

panas tidak bersifat menguapkan

PERHITUNGAN

Metode perhitungan temperatur operasional pada sistem kondensasi menggunakan hukum Henry:

p = Y. P

Ket : p = tekanan parsial polutan

Y = fraksi mol polutan

P = tekanan operasional sistem

Persamaan Antoin :

Log p = A – ((B / (T +C))

CONTOH SOAL

Tekanan operasional pada sistem kondensasi adalah 1 atm (760 mmHg), Harga A = 6,95334. B= 1343,943 , C = 219,37. Berapa temperatur yang harus dicapai jika gas yang mengandung toulena sebanyak 500 ppm menjadi 50 ppm?

PENYELESAIAN

500 ppm → 50 ppm → 5 x 10-5 mm Hg

p = Y.P

= 5 x 10-5 x 760 mmHg = 0,038 mmHg

Pers. Antoine

Log p = A – ((B / (T +C))

Log 0,038 = 9,95334 – ((1343,943) / ( T+ 219,377))

T = - 58, 87 o C

BIOFILTRASI

Proses penyisihan gas pencemar dengan memanfaatkan aktifitas mikroorganisme

Penggunaan untuk menghilangkan bau

Skema biofiltrasi:

Pemantauan Dan Pengendalian Pencemaran Udara 8

Documents

Pencemaran Udara 1

Pencemaran Udara Ambien

Pencemaran Udara Keslan

PPT PENCEMARAN UDARA

Pencemaran Udara Dan Pencemaran Kebisingan

Pemantauan Dan Pengendalian Pencemaran Udara 6

Pencemaran udara ^ ^

Kebijakan pencemaran-udara

Pencemaran Air Udara

Pencemaran Udara Airport

pencemaran udara.

PENCEMARAN UDARA print

Udara Dan Pencemaran

Pencemaran Udara - Khoi

IOT PEMANTAUAN PENCEMARAN UDARA DAN BUNYI DI...

Pencemaran Udara