Unit-unit Pengendali Debu (Partikulat)

1. Gravity Settling Chamber

Settling Chamber adalah alat pengendali partikulat pertama yang sering dipakai untuk menurunkan emisi debu. Saat ini sudah jarang dipakai karena tingkat efisiensinya yang rendah untuk patikel berukuran kecil.
Prinsip penyisihan partikulat dalam Gravity Settler, yaitu gas yang mengandung partikulat dialirkan melalui suatu ruang (chamber) dengan kecepatan rendah sehingga memberikan waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi ke bagian pengumpul debu (dust collecting hoppers).

 Kelebihan :
- Desain alat sederhana, mudah untuk dibuat konstruksinya
- Pemeliharaan yang mudah dan pemeliharaan sangat rendah.


Kekurangan :
- Ukurannya besar, memerlukan lahan yang luas
- Harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu

- Hanya efektif menyisihkan partikel berukuran besar (>50μm).

2. Siklon

Siklon adalah suatu peralatan mekanis yang digunakan untuk menyisihkan partikel dengan ukuran relatif besar dari suatu aliran gas. Memiliki bentuk yang khas, dapat ditempatkan di atap dari suatu instalasi atau di samping bangunan. Siklon diguanakan sebagai precleaner, didesain untuk menyisihkan >80% kandungan partikel yang berdiameter >20 mikron.

Prinsip penyisihan Siklon yaitu aliran gas bermuatan partikel memasuki siklon dan bergerak ke bawah akibat gaya sentrifugal dan gaya inersia dengan aliran berbentuk spiral, sedangkan partikel berukuran tertentu terlempar ke luar aliran spiral dan berbenturan dengan dinding siklon, lalu terendapkan pada bagian dasar siklon. Di dekat dasar siklon, aliran gas berbalik arah bergerak ke atas dalam putaran spiral (vorteks) yang lebih kecil, dan keluar lewat outlet pada bagian atas siklon.

 

 

Visualisasi dengan program fluent bisa ditampilkan distribusi aliran fluida dalam proses separasi,

berdasarkan berat partikel yg terkena efek centrifugal, bisa dilihat dalam tampilan dibawah ini :

 

Sedangkan efisiensi siklon separator terpengaruh beberapa hal, yaitu :

- Gaya sentrifugal

- Gaya angkat / Bouyancy force

- Gaya tahanan aliran / Drag force

- Pressure Drop juga mempengaruhi performance total

Hal tersebut bisa dilihat pada gambar berikut :

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 (terutama untuk partikel yang sangat kecil)

- Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop.

3. Electrostatic Precipitator

Electrostatic Precipitator (EP) adalah alat pengendali pencemar partikulat yang didasari pada konsep presipitasi akibat gaya elektrostatik. Sangat efektif sebagai pengendali partikulat yang berukuran <10 mikron. 

Cara kerja dari electro static precipitator (ESP) adalah (1) melewatkan gas buang (flue gas) melalui suatu medan listrik yang terbentuk antara discharge electrode dengan collector plate, flue gas yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral dan pada saat melewati medan listrik, partikel debu tersebut akan terionisasi sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan negatif (-). (2) Partikel debu yang sekarang bermuatan negatif (-) kemudian menempel pada pelat-pelat pengumpul (collector plate).

Debu yang dikumpulkan di collector plate dipindahkan kembali secara periodik dari collector plate melalui suatu getaran (rapping). Debu ini kemudian jatuh ke bak penampung (ash hopper), 

dan ditransport (dipindahkan) ke flyash silo dengan cara di vakum atau dihembuskan.

Bagian-bagian dari ElectristaticPrecipitator dapat dilihat pada gambar berikut,

 

Kelebihan :
- Efisiensi penyisihan partikel sangat tinggi
- Mampu menyisihkan partikel berukuran kecil
- Dapat menangani debit aliran gas besar dengan kehilangan tekan yang rendah. Kehilangan tekanan sekitar 2,458 x  10^-3 atm
- Dapat digunakan untuk pengumpul sistem kering bagi materi yang bernilai, atau pengumpul sistem basah untuk fume dan mist
- Dapat didesain aliran gas dengan temperatur cukup tinggi
- Biaya operasi rendah, kecuali untuk efisiensi yang sangat tinggi.

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 (>10^6 ohm.cm) atau terlalu rendah (10^4 - 10^7 ohm.cm)

- Ozon dihasilkan dari pemberian muatan negatif terhadap elektroda pada saat ionisasi gas

- Dibutuhkan personel yang memiliki keahlian khusus dalam pemeliharaan EP.

4. Fabric Filter / Baghouse

Fabric filter adalah unit pengendali pencemaran udara yang disisihkan melalui mekanisme impaksi, intersepsi dan difusi. Menggunakan bahan filter tertentu seperti nilon atau wol untuk menyisihkan partikel dari aliran gas. Salah satu kelebihan unit ini yakni dapat diterapkan untuk skala pembebanan kecil hingga tinggi.

Kriteria desain Fabric filter/ Baghouse dijelaskan dalam video berikut,

Alat ini umum digunakan di industri carbon black dan cemen serta industry lain yang menangani powder-powder yang jika dibiarkan akan menyebabkan pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan yang paling utama yaitu pencemaran udara berupa partikulat (debu). Mengingat debu yang dihasilkan dari pabrik semen sebenarnya merupakan produk juga (hanya belum sempurna), maka debu yang tertangkap alat pengendali partikulat akan dikembalikan lagi ke proses hingga diperoleh produk dengan kehalusan yang sesuai. Sedangkan untuk pencemaran air dan tanah tidak terlalu berdampak pada lingkungan.

Skema Baghouse dapat dilihat dari gambar berikut,

Di industri carbon black, alat ini digunakan untuk produk keluaran reaktor furnace (fluffy black) merupakan padatan tersuspensi dengan ukuran partikel yang sangat kecil (sekitar 0,3 mikron). Efektvitas pemisahan pada fabric bag filter adalah sebesar 99 – 99,9 %. Lapisan debu atau dust cake yang terkumpul dalam kain fabric bag filter sangat berkontribusi pada besarnya efisiensi pemisahan alat ini. Cake tersebut, menjadi pembatas dengan pori melengkung yang menyaring partikel selama melewati cake. Temperatur gas hingga 260 ^oC hingga 288 ^oC masih dapat ditangani dengan konfigurasi tertentu. Pressure drop yang terjadi pada sistem penyaringan alat ini adalah sekitar 5-20 inch H₂O. Batasan pada penggunaan bag filter adalah karakteristik gas (temperatur dan korosivitas) dan karakteristik partikel (tingkat kelengketan) yang berpengaruh pada kain dan operasi pemisahan yang terjadi.
 
Proses yang terjadi dalam fabric bag filter diawali dengan pengaliran produk reaksi berupa campuran antara carbon black dengan gas hidrogen, metan, CO₂, dll. Pengaliran campuran gas ini (fluffy black) dibantu dengan menggunakan fan. Fan tersebut ada yang dipasang pada saluran gas kotor (positive pressure baghouse) ada juga yang dipasang pada saluran gas bersih (negative pressure baghouse). Fluffy black selanjutnya melewati bag filter dan partikel carbon black tertahan pada permukaan kain atau serat. Setelah disaring pada selang waktu tertentu, aliran gas masuk compartment pertama dihentikan dan flaffy black dilewatkan melalui compartment lain.

Kelebihan :
- Efisiensi penyisihan partikulat yang sangat tinggi baik partikel kasar maupun halus, bahkan sangat halus
- Relatif tidak sensitif terhadap pertumbuhan aliran gas (efisiensi dan kehilangan tekan relatif tidak dipengaruhi oleh jumah muatan partikel pada inlet)
- Bahan yang terkumpul dapat direcovery untuk digunakan kembali pada proses atau dibuang
- Tidak dihasilkan air buangan.


Kekurangan :
- Partikulat tertentu memerlukan pengolahan  khusus untuk mengurangi terjadinya rembesan partikel pada filter
- Konsentrasi partikel pada kolektor (`50 g/m^3) dapat memicu terjadinya kebakaran atau bahaya ledakan
- Relatif memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi
- Umur kain saring dapat menjadi pendek akibat temperatur tinggi dan adanya partikulat yang bersifat alkali
- Materi higroskopis, kondensasi uap, atau komponen adhesif dapat mengakibathan penyumbatan pada fabric filter sehingga diperlukan aditif tertentu
- Personel yang melakukan penggantian kantong penyaring harus terlindungi sistem pernafasannya.



5. Particulate Scrubber
Wet scrubber dirancang dengan konsep menambah kadar air pada partikulat sehingga akan terpisah dari aliran udara emisi. Kriteria desain unit ini tergantung pada konsumsi energi yang diperlukan selama proses penyisihan, makin tinggi energi yang digunakan makin tinggi pula efisiensi penyisihannya.
Prinsip penyisihan menggunakan wet scrubber dapat melalui 4 mekanisme, diantaranya:
a. Impingement : memperbesar ukuran partikulat dengan membubukkan spray air pada jalur edar partikulat
b. Difusi : adanya gradien konsentrasi antara spray air dan partikulat menyebabkan difusi yang menghasilkan deposisi basah
c. Kondensasi : butir spray air terkondensasi pada permukaan partikulat
d. Manambah tingkat kelembaban dan gaya electrostatic antar partikel.