Upload
yustian-putra-syafa
View
188
Download
19
Embed Size (px)
Citation preview
Apa itu Partikulat?
Pengendalian Debu (Partikulat)
2
Contoh
Dust (debu), Smoke, Fumes, Mists / Fog, Aerosol
Partikulat
adalah butiran berbentuk padat atau cair
Ukuran
dinyatakan dalam mikron ( ), 1 = 10-6
> 100 , cepat mengendap, non dispersive particle
< 100 , tersuspensi di udara (dikenal sbg Total
Suspended Particulate, TSP)
<1 , tersuspensi permanen di udara
Pengendalian Debu (Partikulat)
3
Asal : Proses mekanis-> pemecahan partikel padatmenjadi lebih kecil
Grinding
Crushing
Drilling
Ukuran : 1 – 1000an( )
Sifat:
Cepat mengendap
Bentuk tak beraturan (irregular shape)
Contoh Partikulat: Dust
Pengendalian Debu (Partikulat)
4
Asal : sisa pembakaran materi organik
Ukuran: 1- 10 mikron
Contoh Partikulat: Ash
Fly ashBottom ash
Ukuran Partikel (hal 5-7)
Daerah transparan
dengan tinggi
sekitar 1- 2 mm,
suhu cukup tinggi,
HC dlm bentuk gas
Asap rokok jelas terlihat.
Asap rokok tersebut
mengandung partikulat
yang berasal dari
hidrokarbon yang
memadat dengan ukuran
0.01 – 1
Seiring dengan gas hasil
pembakaran yang terus
naik ke udara, gas
tersebut bercampur
dengan udara yang lebih
dingin sehingga gas
berubah menjadi partikulat
yang terlihat dalam bentuk
asap.
Abu
rokok
Contoh Partikulat: Smoke
Ukuran : 0.01-1 ( )
5
Pengendalian Debu (Partikulat)
Pengendalian Debu (Partikulat)
6 Asal :
uap kondensasi nukleasi
kondensasi bila T= dew point
T >530anoC, atau <150anoC)
Nukleasi
(1)senyawa organik
(2) logam dan senyawa logam
(3) senyawa klorida
Ukuran : 0.1 - 1 m
Sifat : tersuspensi di udara (gerakbrown
Contoh : Hasil oksidasi uap logampada peleburan logam
Contoh Partikulat: Fume
Contoh: pembakaran dlminsinerator
spt : Hg, Pb, PbO2, Cd, CdO, CdCl2, As2O3 akanmenguap dlminsinerator-
umumnya mengalamikondensasi (saat alirangas melewati heat exchanger) krn sdhmencapai dew pointnya,-> nukleasi (0.005 – 1 mikron)
Karakteristik Partikulat: DistribusiUkuran
Pengendalian Debu (Partikulat)
9
Distribusi ukuran partikel : informasi mengenai kisaran variasi ukuran partikel dari yang
terkecil sampai ukuran terbesar. berguna dalam menentukan jenis alat pengendali yang akan
dipilih. Alat sampling : cascade impactor bekerja seperti saringan yang dapat memisahkan ukuran
partikel.
Contoh : hasil sampling distribusi partikulat :
Kisaran ukuran ( m) 0-2 2-5 5-9 9-15 15-25 >25
Berat (mg) 4.5 179.5 368 276 73.5 18.5
Persen berat (%) 0.5 19.5 40.0 30.0 8.0 2.0
Karakteristik Partikulat: Settling Velocity
Specific gravity is the ratio of the density (mass of a unit volume) of a substance to the
density (mass of the same unit volume) of a reference substance.
20oC
11
Pengendalian Debu (Partikulat)
Specific gravity = density of particle/density of dry air.
Alat Pengendali Partikulat
Pengendalian Debu (Partikulat)
12
Gravity Settling Chamber
Cyclone
Electrostatic Precipitator
Fabric Filter
Wet Scrubber
Alat Pengendali dan Ukuran Partikel yang Dapat Dikendalikan
13
Pengendalian Debu (Partikulat)
Ukuran
Partikulat
Alat
Pengendali
Mekanisme Penyisihan
Gaya Sentrifugal
Impaksi
Intersepsi
Difusi
Gaya Elektrostatik
Gaya Gravitasi
14
Pengendalian Debu (Partikulat)
Gravity Settling
chamber
Cyclone
Electrostatic Precipitator
Wet Srubber
Fabric filter
Gravity Settling Chamber
Prinsip penyisihan partikulat :aliran gas yang mengandung partikulat
dialirkan melalui suatu ruang (chamber) dengan kecepatan rendah sehinggamemberikan waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi kebagian pengumpul debu (dust collecting hoppers).
Faktor penentu : Vs , kecepatan mengendap (terminal settling velocity)
Ukuran partikel tersisihkan: ukuran besar (sangat kasar, supercoarse) sekitar >=70 mikrometer
18
2 gp
pt dgV
Vt = Terminal settling velocity m/detik
g = percepatan gravitasi, 9.81 m/detik2
dp = diameter partikel m
p = massa jenis partikel kg/m3
g = massa jenis gas kg/m3
µ = viskositas kinematik fluida (udara) kg/(m.detik)
15
Pengendalian Debu (Partikulat)
Deskripsi alat
16
Gravity Settling Chamber: Konsep Desain
Pengendalian Debu (Partikulat)
= Efisiensi penyisihan %
L = total panjang chamber m
Vt = Terminal settling velocity m/detik
H = tinggi chamber m
Vg = kecepatan aliran gas
horizontal
m/detikg
VH
tVL
Memperpendek H Memperpanjang L
Bagaimana
Cara
meningkatkan
efisiensi?
Pengendalian Debu (Partikulat)
17
Kelebihan :
Desain alat sederhana
mudah untuk dibuat konstruksinya
Pemeliharaan yang mudah dan biaya pemeliharaan sangat rendah
Kekurangan :
ukurannya besar, perlu lahan yang luas
harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu
hanya dapat menyisihkan partikel berukuran besar
Gravity Settling Chamber
Kelebihan dan Kekurangan
1. Mekanisme penyisihan partikel pada suatu unit gravity settling chamber
terutama dilakukan oleh gaya berikut ini:a. Elektrostatik
b. Impaksi
c. Sentrifugal
d. Gravitasi
2. Settling chamber biasanya digunakan untuk menyisihkan partikel dengan
dominasi ukuran distribusi partikel sebagai berikut:a. Antara 1 – 10 mikron
b. Kurang dari 10 mikron
c. Antara 10-50 mikron
d. Lebih besar dari 50 mikron
3. Meningkatkan flowrate gas suatu settling chamber, akan mengakibatkan hal
berikut ini:a. Penurunan efisiensi penyisihan
b. Peningkatan efisiensi penyisihan
c. Tidak ada perubahan efisiensi penyisihan
18
Pengendalian Debu (Partikulat)
Gravity Settling Chamber: Contoh Soal
Pengendalian Debu (Partikulat)
19
Deskripsi Alat
cyclone
cyclone2
inlet
outlet
body
hopper
Cyclone
Prinsip penyisihan
gaya inersia partikel-> sentrifugal
Udara mengandung partikulat “dipaksa” utkberputar seperti siklon
Massa partikel menyebabkan partikelterlempar dari “vortex”
Partikel besar memasuki “hopper”, bagianbawah siklon, aliran udara berputar ke atasdan keluar lewat lubang exit
Faktor penentu desain
Kecepatan inlet gas, diameter partikel
Perbandingan ukuran bagian2 cyclone
Catatan penting
pengumpul awal (pre-collector), pelindungalat pengendali partikulat efisiensi tinggi (sptfabric filter, electrostatic precipitator )
Tidak cocok digunakan bagi industri yang mengemisikan partikulat basah, krn dapatterkumpul di dinding siklon atau di inlet
Pengendalian Debu (Partikulat)
21
Kelebihan :
Capital cost yang rendah
Peralatan relatif sederhana
Dapat dioperasikan pada temperatur tinggi
Pemeliharaan mudah
Merupakan sistem pengumpul kering
Kebutuhan lahan relatif tidak luas
Kekurangan :
Efisiensi rendah untuk partikel yang sangat kecil
Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop
Cyclone: Kelebihan dan Kekurangan
22
Cyclone: Konsep Desain
Tipe Siklon
High
Efficiency
Conventional High
Throughput
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
Body Diameter,D/D 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Height of Inlet,H/D 0.5 0.44 0.5 0.5 0.75 0.8
Width of Inlet,W/D 0.2 0.21 0.25 0.25 0.375 0.35
Diameter of Gas Exit,De/D0.5 0.4 0.5 0.5 0.75 0.75
Length of Vortex Finder,S/D 0.5 0.5 0.625 0.6 0.875 0.85
Length of Body,Lb/D1.5 1.4 2.0 1.75 1.5 1.7
Length of Cone,Lc/D2.5 2.5 2.0 2.0 2.5 2.0
Diameter of Dust Outlet,Dd/D0.375 0.4 0.25 0.4 0.375 0.4
Pengendalian Debu (Partikulat)
Ukuran Efisiensi Penyisihan(%)
(mikron) Konvensional Effisiensi Tinggi
< 5 <50 50-80
5-20 50-80 80-90
15-40 80-95 95-99
>40 95-99 95-99
23
Cyclone: Konsep Desain
Pengendalian Debu (Partikulat)
i
e
V
NRt
2
t
WVt
R
VdV
igpp
t18
22
5.0
(
9
gpie
g
pVN
Wd
Cyclone: Konsep Desain
Pengendalian Debu (Partikulat)
24
Ukuran partikel yang dapat diendapkan
dpc = ukuran partikel yang dapat
diendapkan sebanyak 50%, disebut
juga “cut size diameter 50%”
dp = ukuran partikel terkecil yang
dapat diendapkan (Partikel lebih
besar dari dp akan disisihkan 100%)
5.0
(
9
gpie
g
pVN
Wd
5.0
(2
9
gpie
g
pcVN
Wd
dp = diameter partikel m
g = Viskositas gas kg/(m detik)
W = Lebar inlet m
Ne = Banyaknya putaran pada outer vortex
Vi = Kecepatan masuk gas m/detik
p = massa jenis partikel kg/m3
g = massa jenis gas kg/m3
Ne1
HLb
Lc
2
Cyclone: Konsep Desain
Pengendalian Debu (Partikulat)
25
Efisiensi penyisihan partikel ukuran tertentu (distribusi ukuran diketahui)
2_
1
1
pjpc
j
dd
j = Efisiensi pengumpulan untuk kisaran ukuran
partikel ke-j
dpc = Diameter partikel yang tersisihkan sebanyak 50%
dpj = Diameter partikel ke-j
jjo m
o = Efisiensi penyisihan secara
keseluruhan
%
j = Efisiensi pengumpulan untuk kisaran
ukuran partikel ke-j
%
mj = Fraksi massa partikel pada kisaran
ukuran ke j
Efisiensi siklon secara keseluruhan
Pengendalian Debu (Partikulat)
26
Cyclone: Konsep Desain
2
e
VD
WHKH
Kehilangan tekanan (pressure drop), persamaan Shepperd dan
Lapple
Hv = Kehilangan tekan dinyatakan dalam
jumlah head kecepatan inlet
K = Konstanta yang tergantung dari
konfigurasi siklon dan kondisi operasi
H = Tinggi inlet m
W = Lebar inlet m
De = Diameter outlet gas m
Vig HVP2
2
1
P = Kehilangan tekan (berkisar 250 – 4000 Pa)
g = Massa jenis gas
Vi = Kecepatan masuk gas
Hv = Kehilangan tekan dinyatakan dalam jumlah head
kecepatan inlet
Efisiensi dan Kehilangan Tekan
Efisiensi rendah : 5 - 10 cm kolom air
Efisiensi sedang: 10 - 15 cm kolom air
Efisiensi tinggi : 20 - 25 cm kolom air
PQw ij
Kebutuhan daya aliran dapat dihitung dengan rumus:
Pengendalian Debu (Partikulat)
27
Multi siklon setelah boiler kayu,
ditempatkan sebelum fabric filter
1038oC
704oC
427oC
Cyclone: Contoh Aplikasi
Cyclone: Contoh Soal
Pengendalian Debu (Partikulat)
28
Contoh soal: (gampang pisan… )
1. Dalam mendisain suatu cyclone, ukuran yang paling menentukan adalah:a. Diameter badan cyclone
b. Tinggi inlet cyclone
c. Lebar outlet cyclone
d. Tinggi Cyclone
Electrostatic Precipitator (EP)
29
Pengendalian Debu (Partikulat)
Prinsip Penyisihan
Partikel diberikan muatan negatif (negative charging)
sehingga menimbulkan gaya elektrostatis.
Gaya ini akan berinteraksi sehingga partikulat akan
mengalami presipitasi pada sistem pengumpul
(berbentuk plat atau tabung) yang bermuatan positif.
Collection
plate
Discharge
electrode
Electrostatic Precipitator: Klasifikasi EP30
Pengendalian Debu (Partikulat)
Desain stuktur discharge electrode dan collection electrode
Tubular EP
Plate EP
Pemberian muatan
Single Stage EP
Two Stange EP
Temperatur gas buang
Hot side EP (Tgas buang > 300oC)
Cold side EP (Tbuang 204oC)
Pembersihan elektroda pengumpul
Wet EP
Dry EP
33
Pengendalian Debu (Partikulat)
Electrostatic Precipitator
Kelebihan dan Kekurangan EP
Kelebihan :
Efisiensi penyisihan partikel sangat tinggi
Mampu menyisihkan partikel berukuran kecil (0.1 -10 mikron)
Dapat menangani debit aliran gas besar dengan kehilangan tekan yang rendah.
o Kehilangan tekanan sekitar 2.54 cm H2O
o (<< jika dibandingkan dengan scrubber ataupun bag house dgn p : 25 – 250 cm H2O )
Dapat digunakan untuk pengumpul sistem kering bagi materi yang bernilai, atau pengumpul sistem basah untuk fume dan mist
Dapat didisain aliran gas dengan temperatur cukup tinggi
Biaya operasional rendah, kecuali untuk efisiensi yang sangat tinggi
34
Pengendalian Debu (Partikulat)
Kekurangan :
Capital cost yang tinggi
Hanya menyisihkan partikulat dan tidak dapat menyisihkan pencemar dalam bentuk gas
Tidak terlalu fleksibel
Memerlukan lahan yang luas
Tidak dapat digunakan untuk partikel yang memiliki resistivitas elektrik (electrical resistivity) yang terlalu tinggi (>1010 ohm.cm) atau terlalu rendah (104-107 ohm.cm)
Ozon dihasilkan dari pemberian muatan negatif terhadap elektoda pada saat ionisasi gas
Dibutuhkan personel yang memiliki keahlian khusus dalampemeliharaan EP
Electrostatic Precipitator
Kelebihan dan Kekurangan EP
Electrostatic Precipitator: Resistivity
Pengendalian Debu (Partikulat)
35
Resistivity: daya tahan partikel terhadap pengaruh kuat medanlistrik(ohm-cm).
Resistivity rendah: 104-107 ohm.cm (fly ash, carbon black): mudahkehilangan muatan saat mendekati pengumpul, kurang kuat tertahanpd permukaan pengumpul->efisiensi berkurang
Resistivity normal 107-1010 ohm.cm -> tidak mudah kehilanganmuatan, tertahan kuat pd permukaan pelat pengumpul
Resistivity tinggi: > 1010 ohm.cm (pembakaran batubara rendahsulfur)
Mengurangi perbedaan voltase, mengurangi daya tarik menarik
Terjadi back corona: terjadi perbedaan potensial yg besar pd lapisan debu terkumpul terbentuk ion gas positif netralisasimuatan negatif pd partikel yg sedang bermigrasi ke pelatpengumpul, kecepatan tergantung kuat medan listrik
Electrostatic Precipitator
Sulfur vs Resistivity37
Pengendalian Debu (Partikulat)
Fabric Filter (FF)
Pengendalian Debu (Partikulat)
38
1. Gas kotor masuk
2. Gas kotor didorongfan ke FF
3. Partikel berat jatuhke hopper
4. Partikel keciltersaring di bag filter
5. Udara bersihkeluar
Mekanisme Penyaringan
dalam Fabric Filter
Prinsip Penyisihan
mekanisme impaksi,
intersepsi dan difusi
Klasifikasi berdasarkan
metode pembersihan
Shaking FF
Reverse air FF
Pulse jet FF
Fabric Filter
Reverse Air FF
Pengendalian Debu (Partikulat)
39
Reverse-air-type fabric filter
banyak digunakan di industri besar.
aliran gas bermuatan partikel dialirkan dari bagian bawah melewati bagian dalam bag (kain saring).
dust cake :
terakumulasi pada bagian dalam permukaan bag.
Pembersihan:
Aliran gas dilewatkan dengan aliran berlawanan dari luar ke dalam bag, untuk menyisihkan dust cake.
Gas yang digunakan untuk membersihkan cake ini difilter kembali dan dilepaskan ke udara.
Fabric Filter
Pulse Jet Fabric Filter
Pengendalian Debu (Partikulat)
40
Pulse jet fabric filter
Gas bermuatan partikel dialirkanmengelilingi bagian luar bag
dust cake
akan terakumulasi pada bagian luarpermukaan bag.
Pembersihan:
aliran udara bertekanan dilewatkandengan singkat pada bagian atas tiapbag sesuai dengan kolom bag yang akan dibersihkan.
Aliran udara bertekanan bergerak kebawah pada tiap bag dan melepaskandust cake dari bag
Fabric Filters
Kelebihan dan Kekurangan
Pengendalian Debu (Partikulat)
41
Kelebihan :
Efisiensi penyisihan partikulat yang sangat tinggi baik partikel kasar maupun halus, bahkan sangat halus
Relatif tidak sensitif terhadap perubahan aliran gas:
Bahan yang terkumpul dapat direcovery untuk digunakan kembali pada proses atau dibuang
Tidak dihasilkan air buangan
Fabric Filters
Kelebihan dan Kekurangan
Pengendalian Debu (Partikulat)
42
Kekurangan: Partikulat tertentu memerlukan pengolahan khusus untuk mengurangi
terjadinya rembesan partikel pada filter konsentrasi partikel pada kolektor ( 50g/m3) dapat memicu terjadinya
kebakaran atau bahaya ledakan jika terdapat percikan api secara tidak sengaja;
Relatif memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi (penggantian kantongpenyaring, dan lain lain)
kain saring :o dapat terbakar jika digunakan untuk mengkoleksi debu yang mudah
teroksidasio Umur kain saring dapat menjadi pendek akibat temperatur tinggi dan
adanya partikulat atau gas yang bersifat alkali Materi higroskopis, kondensasi uap, atau komponen adhesif dapat
mengakibatkan penyumbatan pada fabric filter sehingga diperlukan aditif tertentu
Personel yang melakukan penggantian kantong penyaring harus terlindungi sistem pernafasannya
Fabric Filter: Konsep Desain
Pengendalian Debu (Partikulat)
43
Faktor penentu perencanaan
o karakteristik partikulato porositas dust cakeo konsentrasi dalam aliran udarao Jenis filter dan merknyao Jenis mekanisme pembersihan
o Pola aliran udara dalam kolektoro suhu dan kelembaban aliran
udarao Air to cloth ratio
Particulate Wet Scrubbers
Pengendalian Debu (Partikulat)
46
Prinsip Penyisihan
Impingement : memperbesar ukuran partikulat dengan menumbukkan spray air pada jalur edar partikulat
Difusi: adanya gradien konsentrasi antara spray air dan partikulat menyebabkan difusi yang menghasilkan deposisi basah
Kondensasi: butir spray air terkondensasi pada permukaan partikulat
Menambah tingkat kelembaban dan gaya elektrostatik antar partikel
Faktor Penentu
Ukuran partikel
Kecepatan partikel
Kecepatan droplet
Pengendalian Debu (Partikulat)
49
Kelebihan :
netralisasi partikel korosif dan yang mudah terbakar
dapat menurunkan emisi yang suhunya tinggi serta memungkinkan untuk menggabungkan dengan penyisihan gas
Kebutuhan lahan relatif tidak luas
Kekurangan :
Menimbulkan masalah pencemaran air
Produk dikumpulkan dalam kondisi basah
Masalah korosi lebih sering timbul daripada menggunakan sistem kering
Kehilangan tekanan dan energi yang dibutuhkan tinggi
Kebutuhan biaya pemeliharaan relatif tinggi
Particulate Wet Scrubbers
Kelebihan dan Kekurangan
Pemilihan Alat Pengendali Partikulat
Pengendalian Debu (Partikulat)
51 Konsentrasi > 230 gram/m3), perlu unit
pengendali pendahuluan
Cyclone
partikulat yang akan disisihkan
berukuran kasar
konsentrasi relatif tinggi (> 35
gram/m3)
tidak terlalu diperlukan efisiensi
penyisihan yang tinggi
Wet Scrubber
partikel halus harus disisihkan dengan
efisiensi yang relatif tinggi
partikulat dan gas yang disisihkan
bersifat mudah terbakar
digunakan untuk menyisihkan
partikulat dan gas sekaligus
Fabric Filter
dibutuhkan efisiensi penyisihan yang
sangat tinggi
partikel yang bernilai dikumpulkan
dalam kondisi kering
gas selalu berada diatas dew point
volume cukup rendah
temperatur relatif rendah
Electrostatic Precipitator
efisiensi yang sangat tinggi
diperlukan untuk menyisihkan
partikel halus
volume gas yang harus ditangani
sangat besar
partikel yang disisihkan perlu
direcovery
Pemilihan Alat Pengendali Partikulat
Pengendalian Debu (Partikulat)
52
Prinsip dasar Nama Alat
Ukuran Partikel
Yang Efektif
Dapat
Disisihkan
T. OperasiKehilangan
Tekan p
Persen
Penyisi
han
Biaya
m T (oC) mmH2O % Investasi
Operasi dan
Pemeli-
haraan
Gravitasi
Gravity settler
/settling
chamber
50,
50-1000d.p - 400 10-15 40-60 Murah Murah
Sentrifugal Siklon3,
3-100d.p - 400 50-150 85-95 Sedang Sedang
Scrubbing Wet scrubber0.1,
0.1-100
Tidak
terbatas300-900 80-95 Sedang Mahal
Filtrasi Fabric filter0.1,
0.1 – 20
Tidak
terbatas100-200 90-99 Sedang Sedang
ElektrostatikElectrostatic
Precipitator0.03, 0.05 -20 d.p - 400 10-20 90-99.9 Mahal Sedang
Pengendalian Debu Industri Semen
Pengendalian Debu (Partikulat)
54
Sumber:http://www.intensiv-filter.com/en/geschaeftsfelder/zement-kalk-gips/
EP/Bag filter for
clinker cooler
EP/Bag filter for
cement finish mill
EP/Bag filter for
kiln-/raw mill
EP/Bag filter for
alkali bypass
Cement finish mill
Rotary kiln
Clinker cooler
Main Stack
EP/Bag filter for coal
grinding plant
Pengendalian Debu PLTU Batubara
Pengendalian Debu (Partikulat)
56
EP: dry type, 4
section double
flow
Sumber: Takasago Coal Fired Power Station
(J Power, Takasago City, Hyogo Prefecture, Japan)
Pengendalian Debu PLTU Batubara
Pengendalian Debu (Partikulat)
57
EP
Sumber: Shinko Kobe Power Station (Kobe,
Hyogo Prefecture, Japan)
Pengendalian Debu (Partikulat)
58EP
5mg/nm3
( =99.9%
)
180 C
scrubber
electrodynamic
Venturi
scrubber
105 C
DeNOx and
dioxin
destruction
Sumber: http://www.gym-hartberg.ac.at/gym/gwk/Fba/spittelau/spittelau.htm
saturation
temperature
of 60-65 C
Pengendalian Debu Waste to Energy Plant
1mg/Nm3
HF, HCl,, SO2,,
Spittelau Plant, Vienna, Austria