Teknologi Desalinasi Menggunakan Multi Stage Flash Distillation (MSF)

IFFATUL IZZA SIFTIANIDA (37895)Program Studi Teknik NuklirFakultas Teknik | UNIVERSITAS GADJAH MADA

Teknologi Desalinasi Menggunakan Multi Stage Flash Distillation (MSF)

ABSTRAK

Lebih dari 70 % permukaan Bumi ditutupi oleh air. Meskipun tampaknya air

berlimpah, namun masalah yang sebenarnya yaitu jumlah air tawar yang tersedia.

97,5% dari air yang ada di seluruh bumi adalah air asin (air laut) dan hanya

menyisakan 2,5 % sebagai air tawar. Peningkatan jumlah penduduk dan ragam

aktifitas manusia serta tuntutan untuk hidup lebih baik, kebutuhan terhadap air bersih

juga semakin meningkat. Pemenuhan kebutuhan air bersih dapat menggunakan

teknologi desalinasi. Desalinasi adalah proses untuk menghilangkan kadar garam

yang berlebih dalam air untuk mendapatkan air yang dapat dikonsumsi oleh makhluk

hidup. Terdapat dua jenis utama tipe teknologi yang digunakan dalam desalinasi

dapat diklasifikasi menjadi dua yaitu termal atau membran. Teknologi termal

dibedakan menjadi tiga yaitu Multi Stage Flash Distillation (MSF), Multi Effect

Distillation (MED) dan Vapor Compression Distillation (VCD). Pokok bahasan yang akan

dibahas pada tugas ini yaitu teknologi desalinasi dengan metode multi stage flash distillation

(MSF). Proses MSF menggunakan distilasi melalui beberapa (multi stage)

tahapan/kamar.

Kata kunci : air bersih, desalinasi, multi stage distillation.

I. PENDAHULUAN

Lebih dari 70 % permukaan Bumi ditutupi oleh air. Meskipun tampaknya air

berlimpah, namun masalah yang sebenarnya yaitu jumlah air tawar yang tersedia.

97,5% dari air yang ada di seluruh bumi adalah air asin (air laut) dan hanya

menyisakan 2,5 % sebagai air tawar. Sedangkan, kurang dari 1% air tawar di dunia

dapat diakses untuk kebutuhan manusia secara langsung. Sumber air di daratan dalam

bentuk danau, sungai, mata air, air tanah, danau bawah tanah dan sungai bawah tanah.

Akan tetapi pada masa sekarang sumber air tawar semakin tercemari oleh berbagai

aktivitas manusia. Adanya pencemaran terhadap sumber air tawar menyebabkan

berkurangnya kualitas dan kuantitas air tawar yang ada di daratan.

Dengan semakin meningkatnya jumlah penduduk dan ragam aktifitas manusia

serta tuntutan untuk hidup lebih baik, kebutuhan terhadap air bersih juga semakin

meningkat. Peningkatan kebutuhan ini di satu sisi dan penurunan kualitas sistem tata

air tawar di sisi lain akan menyebabkan terjadinya kelangkaan air bersih. Pada tahun

2025, diperkirakan dua per tiga penduduk dunia akan mengalami kekurangan air

bersih, khususnya di Afrika, Amerika Latin dan Asia Selatan dan Asia Tenggara.

Konservasi air yang lebih baik, manajemen air, kontrol polusi dan reklamasi

air merupakan bagian dari solusi tentang air. Demikian juga sumber air tawar baru,

termasuk desalinasi air laut. Teknologi desalinasi telah diaplikasikan sejak

pertengahan abad 20 dan diterapkan secara luas di Timur Tengah dan Afrika Utara.

Kapasitas yang dihasilkan dari teknologi desalinasi sebanyak 20 juta m3/hari di

seluruh dunia pada tahun 1995 dan telah mengalami peningkatan setiap tahunnya

dengan rerata 1 juta m3/hari.

II. TEKNOLOGI DESALINASI

Desalination plant adalah metode perubahan fase, yaitu air laut yang

dipanaskan untuk menghasilkan uap air. Kemudian dikondensasi untuk

menghasilkan air tawar. Ada beberapa metode desalination plant. Ditinjau dari

media pemisah, desalination plant dibagi menjadi dua yaitu pemisah membran

dan thermal. Pada pemisah membran ada dua metode yaitu Electro Dialysis (ED)

dan Reverse Osmosis (RO). Electro Dialysis menggunakan potensial listrik untuk

memisahkan garam yang melalui membran. Fresh water tertinggal di belakang

sebagai hasil produk. Sedangkan Reverse Osmosis menggunakan metode tekanan,

tekanan digunakan untuk memisahkan fresh water yang mengalir melalui membran

dan garam tertinggal dibelakang.

Pada umumnya proses desalination dengan pemisah thermal meliputi Multi-

Stage Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED) dan Thermal vapor

Compression (TVC). Ketiga proses tersebut dioperasikan menggunakan prinsip

pengurangan tekanan uap dari air dan terjadi proses boiling pada temperatur rendah

tanpa ada tambahan panas. Perbedaan utama diantara MSF dengan MED adalah

metode evaporasi dan perpindahan panas. Pada proses MSF air laut langsung masuk

ke bagian heat recovery section untuk pemanasan awal melalui tube. Dan akhirnya

dipanaskan di brine heater kemudian mengalir melalui flash chamber . Pada stage

bagian bawah, mengalir brine yang selanjutnya dikeluarkan. Proses evaporasi hanya

terjadi secara konveksi pada tube dan evaporasi dari aliran brine ”flashing” pada

setiap stage untuk memproduksi vapor. Pada MED plant, evaporasi berasal dari air

laut yang menyentuh heat transfer surface. Air laut melewati condenser yang dipanasi

oleh kondensasi uap panas kemudian mengalami kondensasi di sisi lain dari tube.

Kemudian air laut melewati sejumlah preheater di setiap effect lalu mengalami

pemanasan oleh steam yang berasal dari boiler sebagai sumber untuk meningkatkan

temperatur menjadi saturation temperature. Sedangkan pada Thermal Vapor

Compression, uap keluar dari chamber kemudian mengalami recompressed dengan

media pressure steam ejector dan menghasilkan uap sebelum masuk kembali sebagai

heating steam di evaporator. Steam jet ejector ini harus didesain dan dioperasikan

pada kondisi kritis pada keadaan normal dan operasi yang steady. Hal in

dikarenakan adanya pengaruh tekanan yang masuk. Jika ejector didesain untuk

beroperasi pada kondisi full stable range, maka mass flow rate pada entrainment

vapor akan konstan untuk kondisi discharge pressure yang berbeda.

III. MSF (MULTI STAGE FLASH)

Proses kerja MSF, 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. 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 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-

980C 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 m3/hari per unit, teknologi MSF lebih

lazim digunakan dibanding proses lain. Skema proses desalinasi MSF dapat dilihat

Gambar 1.

Gambar 1. Proses Desalinasi MSF

Gambar 2 menunjukkan diagram yang disederhanakan dari suatu proses

desalinasi MSF standar once through. Pada Gambar ini, Sebuah evaporator terdiri

dari beberapa tahapan berturut-turut (penguapan ruang) dipertahankan pada

penurunan tekanan dari tahap pertama (panas) ke tahap terakhir (dingin) . Air laut

mengalir melalui tabung penukar panas atau heat exchanger di mana dihangatkan

dengan kondensasi dari uap yang dihasilkan dalam setiap tahap . Suhunya meningkat

dari suhu laut menjadi suhu masuk pemanasan brine. Air laut kemudian mengalir

melalui pemanas brine di mana ia menerima panas yang diperlukan untuk proses

(umumnya dengan kondensasi uap). Pada saluran keluar pemanas brine, ketika

memasuki sel pertama, air laut terlalu panas dibandingkan dengan suhu dan tekanan

pada tahap 1 . Oleh karena itu akan segera flash yaitu pelepasan panas, sehingga

menguap, untuk mencapai kesetimbangan. Uap yang dihasilkan dikondensasikan

menjadi air tawar pada tubular exchanger di bagian atas stage . Proses ini

berlangsung lagi ketika air dimasukkan ke tahap berikutnya, dan sampai tahapan

terakhir dan terdingin. Air tawar yang terakumulasi membangun produksi distilat

yang diekstrak dari tahap paling dingin . Air laut sedikit konsentrat dari tahapan ke

tahapan dan membangun aliran brine yang diekstrak dari tahap terakhir dimana

medium pemanas berupa uap yang terkodensasi.

Gambar 2.. Desalinasi tipe Multi stage flash distillation once through

Pada MSF once through, evaporator menggunakan aliran air laut dengan

alasan untuk mendinginkan dan produksi distilat. Hal ini memiliki 2 konsekuensi

dalam desain pabrik yaitu :

Seluruh aliran air laut dipanaskan pada suhu tinggi, dan dapat

menyebabkan kenaikan harga operasi.

Aliran air laut tidak dapat diturunkan dibawah nilai yang

diperbolehkan dalam kondisi keamanan kerja, tahapan harus di desain

untuk operasi saat musim dingin, menyebabkan peningkatan volume

evaporator dan kenaikan harga investasi.

Kedua poin tersebut menyebabkan pemisahan dua fungsi (pendingin dan produksi).

Pendingin dengan aliran air laut melewati condenser dari kedua tahapan

terakhir, dinamakan heat reject section. Setelah meninggalkan evaporator, bagian air

yang dihangatkan ditolak ke laut. Hanya pada bagian ini air dibandingkan

keseluruhan air pendingin.

Untuk semakin meningkatkan penggunaan energi, sebagian brine dicampur

dengan umpan air laut dan diresirkulasikan. Sistem MSF semacam ini disebut sebagai

sistem MSF dengan resirkulasi brine. Diagram sistem desalinasi MSF dengan

resirkulasi brine dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 3. Multi Stage Flash proses dengan daur ulang brine

Pabrik MSF dengan brine daur ulang secara luas digunakan di seluruh dunia .

Pabrik desalinasi once through seharusnya hanya digunakan untuk pabrik kecil

(ketika biaya bahan kimia tidak penting) dan di daerah di mana suhu air laut tetap

mendekati konstan sepanjang tahun.

ReferensiHuman Appropriation of the World's Fresh Water Supply. (n.d.). Retrieved maret 13, 2014,

from Global Change Program: http://www.globalchange.umich.edu/globalchange2/lectures/freshwater_suppy/freshwater.html

Krishna, H. (1989). World Wide Web. Retrieved maret 10, 2014, from Introduction to Desalination Technologies : http://www.twdb.state.tx.us/publications/reports/numbered_reports/doc/R363/C1.pdf

Nuclear Desalination. (n.d.). Retrieved maret 11, 2014, from International Atomic Energy Agency: http://www.freepublic.com/focus/news/660315/posts

SASAKURA ENGINEERING CO.LTD., ”Desalination Plant”. (n.d.). PT. Sasakura Indonesia.

Sidem desalination. (n.d.). Retrieved maret 13, 2014, from MSF: http://www.sidem-desalination.com/en/Process/MSF/

TECHNICAL REPORTS SERIES, NO.400 "Introduction of Nuclear Desalination". (2000). Vienna: IAEA.