4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Abu Boiler Pabrik Kelapa Sawit Ketel uap (boiler) adalah suatu bejana tertutup yang terbuat dari baja digunakan untuk menghasilkan uap. Di dalam furnace, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi panas melalui proses pembakaran. Uap yang dihasilkan dari sebuah ketel dapat digunakan sebagai fluida kerja maupun media pemanas untuk berbagai macam keperluan industri (Djokosetiarjo. 1987). Dalam pabrik kelapa sawit, ketel uap (boiler) merupakan bagian terpenting karena boiler berperan penting sebagai sumber tenaga dan sumber uap yang akan dipakai untuk mengolah kelapa sawit. Ketel uap merupakan suatu alat konversi energi yang mengubah air menjadi uap bersuhu sekitar 2500 - 3000 °F dengan cara pemanasan dan panas yang dibutuhkan air untuk penguapan diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada ruang bakar ketel uap (UNEP. 2004). Pembakaran cangkang serta serabut kelapa sawit menghasilkan limbah berupa abu yang tidak dimanfaatkan dan dikelola dengan baik sehingga dapat menyebabkan kerusakan lingkungan. Abu pembakaran dari boiler pabrik kelapa sawit tersebut disebut palm oil fuel ash (POFA), Farandia. (2015). Hasil pembakaran limbah kelapa sawit menyisakan produk samping seperti abu layang sebesar ± 100 kg/minggu dan abu kerak boiler sekitar 3 sampai dengan 5 ton/minggu (Mulia. 2007). Abu boiler kelapa sawit merupakan limbah dari sisa pembakaran cangkang dan serabut buah kelapa sawit di dalam dapur atau tungku pembakaran boiler dengan suhu 700 °C - 800 °C (Elhusna, dkk. 2013). Menurut Nugroho (2013) komposisi abu hasil pembakaran cangkang dan serabut kelapa sawit adalah sebagai berikut :
14
Embed
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Abu Boiler Pabrik Kelapa Sawit
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Abu Boiler Pabrik Kelapa Sawit
Ketel uap (boiler) adalah suatu bejana tertutup yang terbuat dari baja
digunakan untuk menghasilkan uap. Di dalam furnace, energi kimia dalam
bahan bakar diubah menjadi panas melalui proses pembakaran. Uap yang
dihasilkan dari sebuah ketel dapat digunakan sebagai fluida kerja maupun
media pemanas untuk berbagai macam keperluan industri (Djokosetiarjo.
1987).
Dalam pabrik kelapa sawit, ketel uap (boiler) merupakan bagian terpenting
karena boiler berperan penting sebagai sumber tenaga dan sumber uap yang
akan dipakai untuk mengolah kelapa sawit. Ketel uap merupakan suatu alat
konversi energi yang mengubah air menjadi uap bersuhu sekitar 2500 -
3000 °F dengan cara pemanasan dan panas yang dibutuhkan air untuk
penguapan diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada ruang bakar ketel
uap (UNEP. 2004).
Pembakaran cangkang serta serabut kelapa sawit menghasilkan limbah
berupa abu yang tidak dimanfaatkan dan dikelola dengan baik sehingga dapat
menyebabkan kerusakan lingkungan. Abu pembakaran dari boiler pabrik
kelapa sawit tersebut disebut palm oil fuel ash (POFA), Farandia. (2015).
Hasil pembakaran limbah kelapa sawit menyisakan produk samping seperti
abu layang sebesar ± 100 kg/minggu dan abu kerak boiler sekitar 3 sampai
dengan 5 ton/minggu (Mulia. 2007). Abu boiler kelapa sawit merupakan
limbah dari sisa pembakaran cangkang dan serabut buah kelapa sawit di
dalam dapur atau tungku pembakaran boiler dengan suhu 700 °C - 800 °C
(Elhusna, dkk. 2013).
Menurut Nugroho (2013) komposisi abu hasil pembakaran cangkang dan
serabut kelapa sawit adalah sebagai berikut :
5
Tabel 2.1 Komposisi Abu Cangkang dan Serabut Kelapa Sawit
Senyawa Berat (%)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
Na2O
K2O
45.5
1.83
1.91
11.16
0.09
4.91
2.1.1 Jenis Abu Boiler
Pembakaran cangkang dan fiber kelapa menghasilkan abu dalam 2 jenis yaitu
abu dasar (bottom ash) dan abu terbang (fly ash).
a. Kerak Boiler ( bottom ash )
Bottom ash merupakan abu hasil pembakaran boiler yang tidak tertampung
pada dust collector. Abu dasar tertinggal pada oven pembakar sebagai butiran
abu padat atau leburan kerak yang memadat. Ukuran bottom ash relatif besar
sehingga memiliki bobot yang berat untuk dibawa oleh gas buang dan
umumnya terkumpul pada dasar ataupun disekitar oven pembakar
(Simarmata. 2017).
Bottom ash adalah abu yang telah mengalami proses penggilingan dari kerak
pada proses pembakaran cangkang dan serat pada suhu 700 0C sampai 800 0C
pada dapur boiler. Abu kerak boiler cangkang kelapa sawit merupakan
biomasa dengan kandungan silika (SiO2) yang potensial dimanfaatkan (Reza,
dkk. 2014).
Adapun kandungan unsur-unsur kimia yang terdapat pada limbah fly ash
kelapa sawit yaitu silika (SiO2) sebesar 40,60 %, (Fe2O3) sebesar 63,4 %,
kalsium oksida (CaO) sebesar19,60 %, magnesium oksida (MgO) sebesar
1,30 %, (K2O) sebesar 13,80 %, (SO3)sebesar 0,44 %, (Al2O3) sebesar 3,71 %
dan (LOI) sebesar 5,01 % (Yahya, Z. 2013).
6
b. Abu Terbang ( fly ash )
Abu terbang (fly ash) cangkang dan fiber kelapa sawit merupakan limbah
padat utama hasil pembakaran boiler. Limbah fly ash kelapa sawit ini
memiliki sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi dan sifat-sifat
mineral pengotor dalam cangkang kelapasawit serta proses pembakarannya.
Dalam proses pembakaran cangkang dan fiber kelapa sawit, abu yang
dihasilkan memiliki titik leleh yang lebih tinggi dari pada temperatur
pembakarannya. Kondisi ini menghasilkan abu dengan butiran yang sangat
halus berwarna gelap dan bobot yang lebih ringan dibandingkan abu bottom
ash.
Kandungan unsur-unsur kimia yang terdapat pada limbah fly ash kelapa sawit
yaitu silika (SiO2) sebesar 63,4 %, (Fe2O3) sebesar 63,4 %, kalsium oksida
(CaO) sebesar 4,3 %, magnesium oksida (MgO) sebesar 3,7 %, (K2O)
sebesar 6,3 %, (SO3) sebesar 0,9 %, (Al2O3) sebesar 5,5 % dan (LOI)
sebesar 6,0 %.
2.1.2 Abu Boiler Kelapa Sawit Sebagai Adsorben
Di antara beberapa limbah pertanian yang diteliti sebagai penyerap untuk
penyisihan polutan, biomassa kelapa sawit sangat penting karena berbagai
bagian seperti batang, daun daun, tandan kosong, dan cangkang telah diteliti
secara berlanjut sebagai penyerap untuk menghilangkan beragam jenis dari
polutan. Limbah pertanian berbasis kelapa sawit mendapat perhatian luas
karena efektif sebagai adsorben dan murah serta baik untuk menghilangkan
berbagai polutan.
Saat ini, biomassa dibiarkan tinggal di perkebunan untuk memberikan nutrisi
organik kepohon kelapa sawit atau dibakar secara ilegal atau digunakan
sebagai bahan bakar padat di dalam boiler untuk menghasilkan uap atau
listrik di pabrik. Selain itu, biomassa kelapa sawit atau abu yang berasal dari
pembakaran dapat dikonversi menjadi adsorben untuk mengadsorpsi gas
beracun dan logam berat dan polutan lainnya (Telaumbanua, Juang. 2017).
7
2.2 Adsorben
Adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan
dari pelarutnya, sedangkan adsorben merupakan suatu media penyerap yang
pada umumnya adalah senyawa karbon. Agar dapat berfungsi sacara efesien
pada proses pemisahan secara komersial, baik untuk pemisahan pada fasa
bulk atau untuk proses pemurnian, material adsorben harus memiliki voluime
internal (pori-pori) yang tinggi yang dapat diakses oleh komponen yang ingin
dihilangkan (diserap) dari fluida sehingga akan membuat kapasitas adsorpsi
seemakin tinggi. Adsroben juga harus memiliki kinetika adsorpsi yang relatif
cepat yang akan menunjukkan kemampuan adsorben tersebut mengikat
adsorbat. Dalam pembuatan adsorben harus diperhatikan harga bahan baku
dan metode untuk menghasilkan adsorben yang relatif murah/ekonomis
(Webber. 1972).
Klasifikasi adsorben berdasarkan jenisnya :
a. Adsorben Karbon
Adsorben karbon adalah bahan padat berpori tinggi dimana karena sifat
permukaan menyebabkan terakumulasinya bahan organik dan non polar.
Adsorben karbon diproduksi dari bahan organik seperti kayu, kokas
petroleum, gambut, batu bara, cangkang kelapa sawit, dan lain lain. Karbon
aktif merupakan jenis adsorben yang paling terkenal dan banyak digunakan
dalam pengolahan air limbah. Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari
dehidrasi, karbonisasi bahan baku dan aktivasi. Proses karbonisasi mengubah
bahan organik menjadi karbon primer dimana merupakan campuran abu, tar,
karbon amorphous, dan Kristal karbon. Selama karbonisasi, produk yang
terdekomposisi/tar terdeposisi di pori-pori, kemudian dihilangkan pada proses
aktivasi.
b. Silika Gel
Silika gel bersifat inert, tidak beracun, polar dan bentuk amorphous stabil (<
400 oC) dari SiO2. Silika gel merupakan hasil reaksi dari sodium silikat dan
asam asetat, kemudian mengalami proses aging, pickling, dan lain-lain.
Adsorben silikat yang berhubungan termasuk magnesium silikat, kalsium
8
silikat, dan lain-lain. Silika gel umumnya digunakan sebagai adsorben untuk
senyawa polar. Selain itu, juga dapat digunakan untuk menyerap ion-ion
logam dengan prinsip pertukaran ion namun kemampuannya untuk menyerap
logam terbatas. Kemampuan adsorpsi dan sifat kimia silika gel sangat
tergantung pada keberadaan struktur grup Si-OH pada permukaan.
c. Zeolit (Molecular Sieve)
Zeolit adalah kristal silikat yang terdiri dari oksida alkali atau logam alkali
tanah (Na, K, Ca) dan dikarakterisasi dengan struktur pori dengan dimensi
masingmasing pada rentang ukuran molekul. Pemisahan molecular sieve
berdasarkan pada ukuran molekul dan bentuk disebabkan ukuran pori yang
kecil (< 1 nm) dan distribusi pori yang sempit. Beberapa spesimen zeolit
berwarna putih, kebiruan, kemerahan, coklat karena hadirnya oksida besi atau
logam lainnya. Struktur zeolite dapat dibedakan dalam tiga komponen yaitu
rangka alumino silikat, ruang kosong saling berhubungan yang berisi kation
logam dan molekul air dalam fase occluded. Sifat kimia zeolit antara lain
mengalami hidrasi pada suhu tinggi, sebagai penukar ion, dan mengadsorpsi
gas dan uap.
d. Polimer
Beberapa adsorben polimer bersifat hidrofilik dan ada yang bersifat
Hidrofobik. Harga adsorben polimer sepuluh kali lebih mahal dibandingkan
adsorben lainnya. Aplikasi adsorben ini adalah proses recovery dan
pemurnian antibiotik dan vitamin, penghilangan warna (decolorization),
pemisahan bahan organik halogen dari air, perawatan limbah industri tertentu
seperti larutan fenol dan recovery VOC dari offgas. Contoh adsorben polimer
adalah polistirenadivinil benzena, polimetakrilat, etilvinilbenzena, dan lain-
lain.
e. Alumina Aktif
Alumina aktif diproduksi dari alumina yang terhidrasi (Al2O3.nH2O)
dimanan = 1 atau 3, dengan cara dehidrasi (kalsinasi) pada kondisi terkontrol
untuk mendapatkan n = 0,5. Ketika alumina terhidrasi dipanaskan, grup
hidroksil meninggalkan struktur bahan padat berpori dari alumina aktif.
9
Bahan ini berwarna putih, transparan, dan berkapur. Alumina aktif digunakan
untuk menghilangkan uap air dari gas, menghilangkan limbah logam berat
seperti As (V), Cl-, F-, PO43- dari air.
2.3 Aktivasi
Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap karbon yang bertujuan untuk
memperbesar pori - pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon
atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga karbon mengalami
perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya
bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi (Sembiring, 2003).
Aktivasi adalah perubahan secara fisik dimana luas permukaan dari karbon
meningkat dengan tajam dikarenakan terjadinya penghilangan senyawa tar
dan senyawa sisa-sisa pengarangan (Siti Mu’jizah. 2010).
Daya serap karbon aktif semakin kuat bersamaan dengan meningkatnya
konsentrasi dari aktivator yang ditambahkan. Hal ini memberikan pengaruh
yang kuat untuk mengikat senyawa-senyawa tar keluar melewati mikro pori -
pori dari karbon aktif sehingga permukaan dari karbon aktif tersebut semakin
lebar atau luas yang mengakibatkan semakin besar pula daya serap karbon
aktif tersebut (Tutik M dan Faizah H. 2001).
Pada proses aktivasi yang mempergunakan garam mineral, asam dan basa
sebagai aktivator, dimana aktivator ini ditambahkan pada bahan dasar
sebelum dilakukan proses pembakaran atau karbonisasi. Maka pada saat
proses karbonisasi dilakukan activator tersebut akan mengikat karbon yang
baru berbentuk dengan gaya adhesi sehingga bila activator tersebut dicuci
dengan air maka akan diperoleh karbon yang mempunyai permukaan lebih
terbuka sehingga mempunyai gaya adhesi yang lebih besar (Siti Jamilatun.
2014).
Aktivasi karbon aktif dapat dilakukan melalui 2 cara, yakni aktivasi secara
kimia dan aktivasi secara fisika (Yessy meisrilestari. 2013).
10
2.3.1 Aktivasi Secara Kimia
Aktivasi kimia merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa
organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Bahan-bahan pengaktif
seperti garam kalsium klorida (CaCl2), magnesium klorida (MgCl2), seng