Kation Anion Exchanger

Kation Anion ExchangerOleh Kelompok 3 :Fadlillahi HafizRobi MaulanaRahmawatiRifter HanafiTrya Nungky VillarulIon ExchangerPertukaran ion merupakan suatu metode yang digunakan untuk memisahkan ion-ion yang tidak dikehendaki berada dalam larutan , untuk dipindahkan kedalam media padat yang disebut dengan media penukar ion, dimana media penukar ion ini melepaskan ion lain kedalam larutanAlatnyaIon ExchangerMekanisme Pertukaran ionJika suatu larutan yang mengandung anion atau kation dikontakkan dengan media penukar ion, maka akan terjadi pertukaran anion dengan mekanisme reaksi sebagai berikut :Mekanisme pertukaran anionA-+ R+B-=> B-+ R+A-Mekanisme pertukaran kationA++ R-B+=> B++ R-A+dimana:A = ion yang akan dipisahkan( pada larutan )B = ion yang menggantikan ion A(pada padatan/media penukar ion )R= bagian ionic / gugus fungsional pada penukar ion.

Contoh reaksiContoh reaksi pertukaran kation dan reaksi pertukaran anion:

Reaksi pertukaran kation :2NaR (s) + CaCl2 (aq) CaR(s) + 2 NaCl(aq).

Reaksi pertukaran anion :2RCl (s) + Na2SO4 R2SO4(s) + 2 NaCl.

Proses Demineralisasi suatu proses penghilangan garam-garam mineral yang ada didalam air, sehingga air yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang tinggi.Bahan penukar ion yang digunakan terdiri dari penukar kation dan penukar anion. Penukar kation dikenal orang dengan sebutan Resin asam karena penukar ion-nya adalah ion hidrogen (H+), sedangkan penukar anion dikenal dengan sebutan Resin basa karena penukar ion-nya adalah ion hidroksida (OH-).

ResinResin penukar ion (ion exchange) yang merupakan media penukar ion sintetis pertama kali dikembangkan oleh Adam dan Holmes.Bentuk resin penukar ion ini bermacammacam yaitu dapat berupa butiran, powder, membran atau fiber.Sifat-sifat resin yang baik adalah sebagai berikut:

Mempunyai kapasitas ikatan silang yangkuat yang dapat menghilangkan sejumlah ion tertentuResin dengan ukuran partikel kecil akan semakin baik, sebab dibutuhkan luaskontakyang besar

Resin mempunyai stabilitas yang dapatdigunakan dalam waktu yang lama, tidakmudah aus/rusak dalam regenerasi.Jenis-jenis resin yang digunakan:

Kation Asam Kuat Dinamakan demikian karena sifat kimia nya mirip dengan asam kuat. Resin sangat terionisasi di kedua asam (R-SO3H) dan garam (R-SO3Na). Regenerasi dilakukan menggunakan asam HCl atau H2SO4

Rekasi pada tahap layanan9Konsentrasi asam keseluruhan yang dihasilkan oleh reaksi diatas disebut Free Mineral Acid (FMA). Jika nilai FMA turun, berarti kemampuan resin mendekati titik habis dan regenerasi harus dilakukan.

Rekasi pada tahap RegenerasiKation Asam Lemah cekungan Dalam resin asam lemah. kelompok terionisasi adalah asam karboksilat (COOH) sebagai lawan dari kelompok asam sulfonat (SO3H) digunakan dalam resin asam kuat.Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap layanan untuk resin penukar kation asam lemah dengan siklus H, dinyatakan oleh reaksi-reaksi berikut ini:

Resin Anion Basa kuat Seperti resin asam kuat, resin dasar yang kuat sangat terionisasi dan dapat digunakan selama rentang pH seluruh. Resin ini digunakan dalam hidroksida (OH) bentuk untuk deionisasi air. Resin penukar kation asam kuat siklus hidrogen akan mengubah garam-garam terlarut menjadi asam, dan resin penukar anion basa kuat akan menghilangkan asamasam tersebut, termasuk asam silikat dan asam karbonat.

Regenerasi dengan sodium hidroksida pekat (NaOH) mengubah resin kelelahan ke bentuk hidroksida

Resin Anion Basa Lemah Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam kuat seperti HCl dan H2SO4, tetapi tidak dapat menghilangkan asam lemah seperti asam silikat dan asam karbonat, oleh sebab itu resin penukar anion basa lemah acap kali disebut sebagai acid adsorbers.

Resin penukar anion basa lemah dapat diregenerasi dengan NaOH, NH4OH atau N2CO3 seperti ditunjukkan oleh reaksi di bawah ini:

Mixed Bed Exchanger (Kation-Anion Exchanger)Mixed bed merupakan proses lebih lanjut dari kation anion exchanger sehingga didapat demin yang lunak. Proses yang terjadi pada mixed bed exchanger sama seperti pada kation anion exchanger. Dalam mixed bed exchanger terdapat resin kation dan anion yang berfungsi untuk menyempurnakan penghilangan ion-ion yang tersisa. Selama proses resin kation dan anion bercampur menjadi satu.Proses RegenerasiSuatu reaksi pertukaran ion hanya dapat berlangsung jika bahan penukar dapat menyediakan hidrogen atau hidroksida untuk menggantikan kation dan anion dari air mentah.Jika suatu kation dan anion tidak mampu lagi menukar, kation dan anion tersebut harus dikembalikan kepada keadaan awal melalui regenerasi.Regenerasi kation dilakukan dengan cara mengganti kembali ion H+yang telah jenuh dengan merekasikannya dengan H2SO4

RANGKAIAN DAN PROSES REGENERASI RESIN KATION DAN ANION DENGAN 2 TABUNGPada proses regenerasi 2 tabung, air mentah mula-mula masuk ke dalam tabung penukar kation. Di sini semua kation yang terkandung dalam air (terutama ion kalsium, magnesium dan natrium) ditukar dengan ion hidrogen. Dalam tabung berikutnya yang berisi penukar anion, maka anion (terutama ion khlorida, sulfat dan bikarbonat) ditukar dengan ion hidroksil. Ion hidrogen yang berasal dari penukar kation dan ion hidroksil dari penukar anion akan membentuk ikatan dan menghasilkan air. Setelah air terbentuk maka resin penukar ion harus diregenerasi. Pelaksanaan regenerasi pada proses tabung ganda sangat sederhanaLangkah-langkah regenerasi pada tabung campuran (mixbed) Sebelum melakukan regenerasi tabung mixbed terlebih dahulu harus dilakukan pemisahan resin penukar kation dan penukar anion dengan cara pemisahan menggunakan air (backwash dari bawah ke atas).

Untuk regenerasi, regeneran bersama dengan air dialirkan melewati kedua lapisan resin Asam khlorida encer dialirkan dari bawah ke atas melewati resin penukar kation, dan dikeluarkan dari tabung pada ketinggian lapisan pemisah.Kelebihan kedua regeneran kemudian dicuci dengan airKetinggian permukaan air dalam tabung diturunkan dan kedua resin penukar dicampur dengan cara memasukkan udara tekan dari ujung bawah tabung.Pencucian ulang tabung campuran (mixbed) dengan air dari atas ke bawah, sampai alat ukur konduktivitas menunjukkan kondisi kemurnian air yang diinginkan.

RANGKAIAN LENGKAP PROSES DEMINERALISASI (DEMIN) DAN PROSES REGENERASI RESIN KATION DAN ANION DENGAN 3 TABUNG

Untuk regenerasi resin kation:

Larutan HCl encer diinjeksikan dari bawah untuk membasahi resin dan dikeluarkan melalui drain (letaknya pada pertengahan layer resin kation dan anion). HCl tidak akan mungkin membasahi resin Anion karena sebelum naik keatas, HCl tersebut sudah keluar melalui drain.Untuk regenerasi resin anion:Larutan NaOH encer diinjeksikan dari atas tabung kemudian turun kebawah membasahi seluruh resin anion, namun agar NaOH tersebut tidak sampai ke resin kation maka dari bawah tabung diinjeksikan air dengan debit tertentu dan dikeluarkan bersama dengan regeneran NaOH melalui drain (letaknya pada pertengahan layer resin kation dan anion), dengan cara ini NaOH tidak sampai mengenai resin kation.

Untuk Regenerasi Tabung Mixbed (Kation-Anion) sbb:

Untuk melakukan regenerasi tabung mixbed sebelumnya harus dilakukan pemisahan resin kation dan anion yang terdapat di dalam tabung mixbed dengan cara melakukan backwash untuk menghilangkan suspended solid yang mengendap selama proses service demineralizedPada tabung mixedbed terdapat dua titik injeksi regeneran dan satu titik drain.Biasanya resin kation berada di layer bawah sedangkan resin anion berada di layer atas