Kebutuhan Uap Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik

TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BAB VII UTILITAS

Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi dalam sebuah pabrik. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik tersebut. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan Bio Oil dengan bahan baku tandan kosong kelapa sawit TKKS melalui proses pirolisis cepat adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik 6. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Uap

Steam Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik Pembuatan Bio Oil dari TKKS dengan Proses Pirolisis Cepat dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Steam Pabrik No. Nama Alat Kebutuhan Uap kgjam 1 Kolom Stripper 4.298,1514 Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan temperature 120 o C dan tekanan 2 bar. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 4.298,1514 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20. Maka : Total steam yang dibutuhkan = 1,2 × 4.298,1514 kgjam = 5.157,7816 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga: Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 5.157,7816 kgjam Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA = 4.125,2253 kgjam Jadi, total stea m yang dibutuhkan = 5.157,7816 – 4.125,2253 kgjam = 1.031,5563 kgjam 7.2 Kebutuhan Air 7.2.1 Kebutuhan air proses Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan air umpan ketel uap, air pendingin, maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Bio Oil dari bahan baku tandan kosong kelapa sawit melalui proses pirolisis cepat adalah sebagai berikut: Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik No. Nama Alat Kode alat Air Pendingin kgjam 1 Cooler E-201 67.884,1847 2 Condensor E-202 38.643,7204 3 Cooler E-203 3.484,8208 4 Cooler E-301 73.499,6413 5 Cooler CO 2 E-303 582,1227 Total 184.094,4898 Faktor keamanan = 20 Total Kebutuhan air pendingin, W c = 1,2 × 184.094,4898 = 220.913,3878 kgjam Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss , dan blowdown Perry dan Green, 2008. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan : W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry dan Green, 2008 dimana : W c = jumlah air pendingin yang diperlukan = 220.913,388 kgjam T 1 = temperatur air pendingin masuk = 30 °C = 86 °F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 45 °C = 113°F W e = 0,0085 × 220.913,388 × 113 – 86 = 50.699,623 kgjam Air yang hilang karena drift loss sekitar 0,1 ~ 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry dan Green, 2008. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka : Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA W d = 0,002 × W c = 0,002 × 220.913,388 = 441,827 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, sekitar 3 ~ 5 siklus Perry dan Green, 2008. Ditetapkan 5 siklus, maka : 1 S W W e b   Perry dan Green, 2008 W b = 1 5 50.699,623  = 12.674,906 kgjam Sehingga make-up air pendingin yang diperlukan, W m : W m = W e + W d + W b = 50.699,623 + 441,827 + 12.674,906 = 63.816,355 kgjam

7.2.2 Kebutuhan air lainnya

a. Kebutuhan air domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 –100 literhari Metcalf, 1991. Diambil 80 literhari = 3,333 literjam ρ air pada 30 o C = 995,68 kgm 3 ; Jumlah karyawan = 250 orang Maka total air domestik = 3,333 literjam × 250 = 833,333 literjam × 0,99568 kgliter = 829,733 kgjam b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 –1800 literhari Metcalf dan Eddy, 1991. Maka diambil 1500 literhari = 62,5 literjam = 62,230 kgjam. c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 –120 literhari Metcalf dan Eddy, 1991. Maka diambil 120 literhari = 5 literjam ρ air pada 30 o C= 995,68 kgm 3 ; Pengunjung rata – rata = 200 orang. Maka total kebutuhan airnya = 5 × 200 = 1000 literjam × 0,99568 kgliter = 995,680 kgjam. d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 400 – 600 ltrhari Metcalf dan Eddy, 1991. Maka diambil 600 literhari = 25 literjam = 24,8920 kgjam. Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan Tempat Jumlah kgjam Domestik 829,733 Laboratorium 62,230 Kantin dan tempat ibadah 995,680 Poliklinik 24,8920 Total 1.912,535 Total air untuk berbagai kebutuhan domestik, W d = 1.912,535 kgjam Sehingga total kebutuhan air adalah : Total kebutuhan air = Make-up air pendingin W m + Total air untuk berbagai kebutuhan domestik W d = 64.847,9112 + 1.912,535 Total kebutuhan air = 66.760,4466 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan bio oil dengan bahan baku tandan kosong kelapa sawit melalui proses pirolisis cepat ini adalah dari Sungai Silau, Kabupaten Asahan, Sumatera Utara. Adapun kualitas air Sungai Silau Asahan, Sumatera Utara dapat dilihat pada tabel 7.4 berikut : Tabel 7.4 Kualitas Sungai Silau Asahan, Sumatera Utara No Parameter Satuan Kadar 1 Suhu o C 26,4 2 Padatan terlarut mgL 56,4 3 pH mgL 6,7 4 Ba 2+ mgL 0,1 5 Fe 2+ mgL 0,028 6 Cd 2+ mgL 0,001 7 Mn 2+ mgL 0,028 8 Zn 2+ mgL 0,008 9 Cu 2+ mgL 0,03 10 Pb 2+ mgL 0,01 11 Ca 2+ mgL 200 12 Mg 2+ mgL 100 13 F - mgL 0,001 14 Cl - mgL 60 15 NO 2 - mgL 0,028 16 NO 3 - mgL 0,074 17 SeO 3 2- mgL 0,005 Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA No Parameter Satuan Kadar 18 CN - mgL 0,001 19 SO 4 2- mgL 42 20 Oksigen terlarut DO mgL 6,48 21 Alkalinitas CaCO 3 mgL 95 Sumber : Laporan Baku Mutu Air, BAPEDALDASU, 2006 Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water inta ke yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah dan kotoran yang terbawa bersama air. Selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu : 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Klarifikasi 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Deaerasi 7.2.3 Screening Penyaringan merupakan tahap awal dari pengolahan air. Pada s creening , partikel-partikel padat yang besar akan tersaring tanpa bantuan bahan kimia. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya Degremont, 1991.

7.2.4 Sedimentasi

Setelah air disaring pada Screening , di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada s creening . Untuk menghilangkan padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan. Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

7.2.5 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening dialirkan ke dalam cla rifier setelah diinjeksikan koagulan yaitu larutan alum Al 2 SO 4 3 dan larutan abu Na 2 CO 3 . Larutan Al 2 SO 4 3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na 2 CO 3 sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Pada bak clarifier , akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan menyingkirkan Suspended Solid SS dan koloid Degremont, 1991. Koagulan yang biasa dipakai adalah koagulan trivalen. Reaksi hidrolisis akan terjadi menurut reaksi : M 3+ + 3H 2 O MOH 3 + 3 H Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum penting untuk terjadinya koagulasi dan terbentuknya flok- flok flokulasi. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah Degremont, 1991 : Al 2 SO 4 3 + 6 Na 2 CO 3 + 6 H 2 O 2 AlOH 3 + 12 Na + + 6 HCO 3 - + 3 SO 4 3- 2 Al 2 SO 4 3 + 6 Na 2 CO 3 + 6 H 2 O 4 AlOH 3 + 12 Na + + 6 CO 2 + 6 SO 4 3- Reaksi koagulasi yang terjadi : Al 2 SO 4 3 + 3H 2 O + 3 Na 2 CO 3 2 AlOH 3 + 3 Na 2 SO 4 + 3 CO 2 Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanen menurut proses soda dingin menurut reaksi Degremont, 1991 : CaSO 4 + Na 2 CO 3 Na 2 SO 4 + CaCO 3 CaCl 4 + Na 2 CO 3 2 NaCl + CaCO 3 Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok-flok yang akan mengendap ke dasar cla rifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah overflow yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir sand filter untuk penyaringan. Pemakaian larutan alum umumnya 50 ppm Quipro, 2008 terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54 Crities, 2004. Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan: Total kebutuhan air = 66.760,4466 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 66.760,4466 = 3,3380 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 66.760,4466 = 1,8025 kgjam

7.2.6 Filtrasi

Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Penyaring pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu: a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau green sand b. Lapisan II terdiri dari antrasit c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil gravel Bagian bawah alat penyaring dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saring sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik back washing . Dari sand filter , air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan. Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, tempat ibadah, dan poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, CaClO 2 . Perhitungan kaporit yang diperlukan: Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1.912,535 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit = 2 ×10 -6 × 1.912,5350,7 = 0,00546 kgjam Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

7.2.7 Demineralisasi

Air umpan ketel uap dan air pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas:

7.2.7.1 Penukar Kation

Cation Exchanger Penukar kation berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg dan kation lain yang larut dalam air dengan kation dari resin. Resin yang digunakan bertipe gel dengan merek IRR –122 Lorch, 1981. Reaksi yang terjadi: 2H + R + Ca 2+ Ca 2+ R + 2H + 2H + R + Mg 2+ Mg 2+ R + 2H + 2H + R + Mn 2+ Mn 2+ R + 2H + Untuk regenerasi dipakai H 2 SO 4 dengan reaksi: Ca 2+ R + H 2 SO 4 CaSO 4 + 2H + R Mg 2+ R + H 2 SO 4 MgSO 4 + 2H + R Mn 2+ R + H 2 SO 4 MnSO 4 + 2H + R Perhitungan Kesadahan Kation Air Sungai Silau mengandung kation Ba 2+ , Fe 2+ , Cd 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ , Pb 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ masing-masing 0,1 mgL, 0,028 mgL, 0,001 mgL, 0,028 mgL, 0,008 mgL, 0,030 mgL, 0,01 mgL, 200 mgL, dan 100 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan kation = 300,205 mgL = 0,0300205 gL Jumlah air yang diolah = 64.847,9112 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,5 kgjam 2 64.847,911  = 65.141,046 Ljam Kesadahan air = 0,0300205grL× 65.141,06 Ljam×24 jamhari×10 -3 kggr = 469,336 kghari Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 64.847,9112 kgjam = 286,807 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook , 1988 diperoleh : Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA - Diameter penukar kation = 7 ft – 6 in = 3,353 m 3 - Luas penampang penukar kation = 44,2 ft 2 = 4,1063 m 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 469,336 kghari Dari Tabel 12.5, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 469,336 = 23,467 ft 3 hari Volume minimum resin pada 30 in = 110 ft 3 Tabel 12.4, Nalco, 1988 Tinggi resin yang dibutuhkan per alat penukar kation = 2 , 44 110 = 2,489 ft Waktu regenerasi = kghari 469,336 kgft 20 ft 110 3 3  = 4,687 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 469,336 kgrhari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 140,801 lbhari = 2,661 kgjam

7.2.7.2 Penukar Anion

Anion Exchanger Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat di dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA-410 Lorch,1981. Reaksi yang terjadi : 2ROH + SO 4 2- R 2 SO 4 + 2 OH - ROH + Cl - RCl + OH - Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi : R 2 SO 4 + 2 NaOH Na 2 SO 4 + 2 ROH RCl + NaOH NaCl + ROH Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Perhitungan Kesadahan Anion Air Sungai Rokan, mengandung Anion : F - , Cl - , NO 2 - , NO 3 - , SeO 3 -2 , CN - , SO4 2- , masing-masing 0,001 mgL, 60 mgL, 0,028 mgL, 0,074 mgL, 0,005 mgL, 0,001 mgL dan 42 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan anion = 102,109 mgL = 0,102109 gL Jumlah air yang diolah = 64.847,9112 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,5 kgjam 2 64.847,911  = 65.141,046 Ljam Kesadahan air = 0,1021090 grL × 65.141,046 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 159,636 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 65.141,046 Ljam Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook , diperoleh: - Diameter penukar anion = 7 ft – 6 in - Luas penampang penukar anion = 44,2 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 159,636 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook , diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgrft 12 kghari 159,636 = 13,303 ft 3 hari Volume minimum resin pada 30 in = 110 ft 3 Tabel 12.4, Nalco, 1988 Tinggi resin yang dibutuhkan per alat penukar kation = 2 , 44 110 = 2,489 ft Waktu regenerasi = kghari 159,636 kgft 12 ft 110 3 3  = 8,269 hari Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Kebutuhan regenerant NaOH = 159,636 kgrhari × 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 66,515 lbhari = 1,2571 kgjam

7.2.8 Deaerasi

Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger dan kondensat bekas sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada deaerator ini, air dipanaskan hingga 90°C supaya gas-gas yang terlarut dalam air, seperti O 2 dan CO 2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan panas yang terdapat pada kondensat steam yang kembali ke dalam deaerator.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia untuk utilitas pada pabrik pembuatan gas Bio Oil adalah sebagai berikut: 1. Al 2 SO 4 3 = 3,3380 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 1,8025 kgjam 3. Kaporit = 0,00546 kgjam 4. H 2 SO 4 = 2,661 kgjam 5. NaOH = 1,2571 kgjam Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses danUtilitas Proses Daya hp Utilitas Daya hp C-101 1 C-701 0,25 RC-101 1 M-701 9 C-102 1 P-701 2 DM-101 12,5 P-702 2 S-101 2 P-703 0,25 C-103 2 P-704 0,25 C-105 1 P-705 1 C-104 2 P-706 2 J-201 0,5 P-707 1 J-301 1 P-708 2 J-302 1 P-709 0,25 P-710 0,25 P-711 2 P-712 0,25 P-713 5 P-714 7 T-701 0,25 T-702 0,25 T-704 T-706 T-707 0,25 0,25 0,25 Sub Total 25 Sub Total 35,75 Total 60,75 2. Ruang kontrol dan laboratorium = 20 hp 3. Penerangan dan kantor = 20 hp 4. Bengkel = 30 hp Kebutuhan listrik = 130,75 hp × 0,7456999 kWhp = 97,5003 kW Safety factor = 20 Total Kebutuhan listrik = 97,5003 kW × 1,2 = 117,0004 kW Efisiensi generator 80, maka : Perry, 1997 Daya output generator = 117,0004 0,8 = 146,2505 kW Universitas Sumatera Utara TONI RIZKI ARUAN 080405010 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Untuk perancangan dipakai Generator Diesel AC, 300 kW, 220-240 volt, 50 Hz sebanyak 3 unit 2 unit untuk operasi normal dan 1 unit untuk cadangan.

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar