Pengolahan Air Boiler/Chiller/ Cooling Tower Konvensional

Dalam industri, uap panas digunakan untuk energi pemanasan, pengupasan, penghilangan lendir, peningkatan kelembaban dan pembersihan. Uap panas juga digunakan dalam proses blanching, exhausting dan sterilisasi. Uap panas diproduksi dengan menggunakan boiler, yaitu tempat memanaskan air hingga air berubah menjadi uap. Dalam pengadaan air untuk produksi uap, sedapat mungkin dihindarkan penggunaan air yang banyak mengandung garam-garam kalsium dan magnesium (air sadah). Pengaruh penggunaan air sadah kurang baik karena dapat mempercepat timbulnya kerak pada bejana dan pipa sehingga mengurangi efisiensi kerja dan umur pakai alat. Demikian pula dengan tingkat keasaman air/alkalinitasnya. Jika air bersifat asam maka akan menyebabkan reaksi dan berakibat korosif terhadap logam, disamping akan berubah warna airnya juga umur pakai alat menjadi berkurang serta kekuatan terhadap tekanan akan semakin melemah karena menipisnya logam akibat korosif. Untuk itu air yang akan digunakan sebagai air baku boiler atau chill water diusahakan air dengan pH netral dan berupa air lunak.

2. Kesadahan air dan Cara Menghilangkannya
Air sadah adalah air yang banyak mengandung garam kalsium dan magnesium. Dalam industri pengolahan hasil pertanian, air sadah mempunyai beberapa kelemahan/kerugian, yaitu:

a.) Air sadah tidak efektif sebagai air pencuci, karena ion kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun, akibatnya menambah kebutuhan sabun dalam pencucian. Kesadahan juga meninggalkan endapan sebagai lapisan tipis pada permukaan benda yang dicuci.
b.) Kesadahan menyebabkan timbulnya endapan/kerak pada bejana dan pipa. Akibatnya proses produksi akan terganggu, umur alat menjadi berkurang.
c.) Tingginya kesadahan dapat juga menimbulkan rasa dan warna yang tidak dikehendaki.

Usaha pengurangan/penghilangan kesadahan air disebut pelunakan air. Ada dua jenis kesadahan air, yaitu kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh tingginya kandungan kalsium bikarbonat atau magnesium bikarbonat, dapat dihilangkan dengan cara pemanasan. Melalui pemanasan dapat menimbulkan endapan CaCO3 dan MgCO3 yang dapat dipisahkan dengan penyaringan.

Ca(HCO3)2 (aq) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)
Mg(HCO3)2 (aq) MgCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

Jika air banyak mengandung garam kalsium atau magnesium selain bikarbonat, kesadahannya disebut kesadahan tetap karena tak bisa dihilangkan dengan pemanasan. Cara pelunakannya dengan mereaksikan garam-garam tersebut dengan soda abu (Na2CO3) sehingga kalsium dan magnesium mengendap sebagai CaCO3 dan MgCO3. Contoh reaksinya:

CaSO4 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 (s) + Na2SO4 (aq)

MgSO4 (aq) + Na2CO3 (aq) MgCO3 (s) + Na2SO4 (aq)
CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 (s) + 2 NaCl (aq)
MgCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) MgCO3 (s) + 2 NaCl (aq)

Cara lain untuk melunakkan air adalah dengan penggunaan zeolit atau resin ion(penukar ion). Zeolit (atau disebut natrium zeolit) adalah batuan mineral sebagai natrium silikat, dengan rumus (2 SiO2Al2O3Na2O). Ion natrium dalam zeolit dapat bereaksi untuk pertukaran ion. Prinsip pelunakan dengan proses zeolit adalah mengganti ion kalsium dan magnesium dalam air dengan ion natrium dari zeolit. Sebaliknya, senyawa natrium zeolit berubah menjadi kalsium zeolit dan magnesium zeolit.
Reaksinya adalah sebagai berikut:

CaSO4 (aq) + Na2-zeolit (s) Ca-zeolit (s) + Na2SO4 (aq)
MgSO4 (aq) + Na2-zeolit (s) Mg-zeolit (s) + Na2SO4 (aq)
CaCl2 (aq) + Na2-zeolit (s) Ca-zeolit (s) + 2 NaCl (aq)
MgCl2 (aq) + Na2-zeolit (s) Mg-zeolit (s) + 2 NaCl (aq)
Ca(HCO3)2 (aq) + Na2-zeolit (s) Ca-zeolir (s) + 2 NaHCO3 (aq)
Mg(HCO3)2 (aq) + Na2-zeolit (s) Mg-zeolit (s) + 2 NaHCO3 (aq)

Setelah zeolit secara keseluruhan telah berubah dari natrium zeolit menjadi kalsium zeolit dan magnesium zeolit, maka zat itu tak dapat lagi digunakan untuk pelunakan. Oleh karena itu diperlukan regenerasi zeolit agar dapat digunakan lagi dalam proses yang sama. Regenerasi zeolit dilakukan dengan mereaksikan kalsium zeolit dan magnesium zeolit dengan garam NaCl sehingga terbentuk lagi natrium zeolit yang aktif.

2 NaCl (aq) + Ca-zeolit (s) Na2-zeolit (s) + CaCl2 (aq)
2 NaCl (aq) + Mg-zeolit (s) Na2-zeolit (s) + MgCl2 (aq)

3. Pelunakan air
Pelunakan air bertujuan untuk mengurangi kandungan garam kalsium dan magnesium dalam air sadah, sehingga dapat diperoleh air lunak. Caranya yaitu dengan menambahkan bahan kimia, sehingga garam kalsium dan magnesium berubah menjadi senyawa mengendap sehingga dapat dipisahkan. Bahan pelunak yang baik adalah Natrium karbonat (soda abu)

Untuk menghasilkan uap panas dalam proses produksi pengolahan digunakan boiler. Sebagai bahan baku boiler penghasil uap adalah air. Agar boiler dapat menghasilkan uap secara efektif, diperlukan air yang memenuhi persyaratan yaitu air dengan alkalinitas netral (pH ± 7) sehingga air tidak bersifat korosif. Air yang asam akan menimbulkan reaksi yang berakibat air berubah warna serta terjadi penipisan lapisan logam alat. Disamping pH air, kesadahan juga sangat mempengaruhi terhadap keselamatan dan efektifitas kerja boiler. Air sadah disamping dapat menimbulkan kerak pada permukaan alat yang semakin lama semakin menebal, yang pada akhirnya dapat menyebabkan penyumbatan pada pipa-pipa distribusi, jika tekanan uap sangat besar dapat membahayakan keselamatan, karena terjadi pemampatan dan dapat berakibat fatal dengan meledak/jebolnya pipa distribusi. Kerak yang terbentuk pada permukaan pipa boiler dapat mengurangi terjadinya transfer panas sehingga energi untuk mengubah air menjadi uap menjadi besar, karena adanya energi panas yang terserap oleh kerak. Oleh karena itu air baku boiler/chill water sebelum dialirkan kealat atau digunakan terlebih dahulu harus diketahui karakteristiknya, sehingga dapat diantisipasi jika air tidak memenuhi persyaratan.