Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

BAB VII UTILITAS

Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pabrik Pembuatan minyak nilam ini 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

Dalam pabrik, uap digunakan sebagai media pemanas alat-alat perpindahan panas. Adapun kebutuhan uap pada pabrik pembuatan minyak nilam adalah sebanyak 1626,6125 kgjam yang digunakan pada ekstraktor, dan heat exchanger. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30 . Nalco, 1998 Maka kebutuhan uap = 30 ×1626,6125 = 487,9838 kgjam Total uap yang harus dihasilkan ketel = 1626,6125 + 487,9838 = 2114,5963 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat dipergunakan kembali sehingga : Kondensat yang dapat digunakan kembali = 80×2114,5963 = 1691,677 kgjam Kebutuhan air segar = 20×2114,5963 = 422,9193 kgjam Universitas Sumatera Utara

7.2 Kebutuhan Air

Kebutuhan air pada Pabrik Pembuatan minyak nilam ini mencakup kebutuhan air yang diperlukan untuk kebutuhan steam pada ekstraktor dan heat exchanger serta untuk memenuhi kebutuhan air pendingin pada unit ketel, water cooling tower, kebutuhan air domestik, laboratorium, kantor, poliklinik, tempat ibadah, dan lain – lain. Untuk mengetahui jumlah kebutuhan air maka dapat diuraikan sebagai berikut : - Kebutuhan air untuk umpan ketel = 422,9193 kgjam - Kebutuhan air pendingin = 2850,34132 kgjam Total kebutuhan air = 3273,26062 kgjam  Kebutuhan air pendingin Kebutuhan air pendingin pada pabrik pembuatan minyak nilam dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin No Nama Alat Nama Alat Kebutuhan kgjam 1 Cooler CD-101 65,3709 2 Kondensor CD-102 2784,97042 total 2850,34132 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, 1999. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Pers. 12-10 Perry, 1999 Di mana : W c = jumlah air pendingin yang diperlukan = 2850,34132 kgjam T 1 = temperatur air pendingin masuk = 25°C = 77°F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 40°C = 104°F Maka, W e = 0,00085 × 2850,34132 × 104-77 = 65,4153 kgjam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1999. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka: Universitas Sumatera Utara W d = 0,002 × 2850,34132 = 5,7007 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka: 1 S W W e b   Pers, 12-12, Perry, 1999 kgjam 3538 , 16 1 5 65,4153 W b    Sehingga make up air yang diperlukan = 65,4153 + 5,7007 + 16,3538 = 87,4698 kgjam  Air untuk berbagai kebutuhan Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan adalah seperti terlihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.2 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Jumlah air liter Domestik 800 Laboratorium 10 Pencucian Peralatan 15 Total 825 Sumber air untuk pabrik pembuatan minyak nilam ini berasal dari air tanah yang diperoleh dengan membuat sumur bor. Kualitas air dapat diasumsikan sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara Tabel 7.3 Kualitas Air Tanah Lhok Sukon Parameter Satuan Kadar Suhu pH Kekeruhan Besi Fe Clorida Cl Seng Zn Sulfat SO 4 Arsen Ar SiO 2 Kalsium Ca Magnesium Mg Zat organik °C - mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL 25 7 6-9 4,48 11 0.082 10 0.02 27 45 28 12 Sumber : Mobile oil, 2007 Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water intake facility yang juga merupakan tempat pengolahan awal air tanah dari sumur bor. Untuk pengolahan awal, dilakukan penyaringan, 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. Klarifikasi 3. Filtrasi 4. Demineralisasi 5. Deaerasi

7.2.1 Screening

Pengendapan merupakan tahap awal dari pengolahan air. Pada screening, 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. Air tanah yang dipompakan dari sumur bor kemudian Universitas Sumatera Utara dialirkan ke dalam bak pengendapan, dimana partikel padat yang berdiameter besar akan mengendap secara gravitasi. Diameter partikel padat berkisar antara 10 -4 meter. Baron, 1982

7.2.2 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan yang disebabkan oleh suspended solid di dalam air. Air dari bak pengendapan dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan larutan alum Al 2 SO 4 3 yang berfungsi sebagai koagulan dan larutan soda abu Na 2 CO 3 yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok- flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah overflow yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir sand filteruntuk penyaringan. Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54. Baron, 1982 Total kebutuhan air = 3273,26062 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 3273,26062 = 0,1637 kgjam Larutan soda abu yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 3273,26062 = 0,0884 kgjam

7.2.3 Filtrasi

Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikat bersama air. Penyaring pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan yaitu : a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau green sand setinggi 60,96 cm b. Lapisan II terdiri dari anterakit setinggi 31,75 cm c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil graved setinggi 17,78 cm Pada bagian bawah sand filter dilengkapi dengan strainer agar air menembus celah-celah pasir secara merata. Daya saring sand filter akan berkurang sehingga diperlukan pencucian back wash secara berkala. Selama pemakaian, daya saring Universitas Sumatera Utara sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik back washing. Dari penyaring ini, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, CaCIO 2 . Perhitungan kebutuhan kaporit, CaCIO 2 Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 825 liter : Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 x 8250,7 = 0,0024 kgjam

7.2.4 Demineralisasi

Air untuk umpan ketel harus semurni mungkin dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, yaitu proses penghilangan ion-ion terlarut dari dalam air. Alat demineralisasi dibagi atas:

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 bermerek Daulite C-20. Reaksi yang terjadi: 2H + R + Ca 2+  Ca 2+ R + 2H + 2H + R + Mg 2+  Mg 2+ R + 2H + Untuk regenerasi dipakai H 2 SO 4 berlebih dengan reaksi: Ca 2+ R + H 2 SO 4  CaSO 4 + 2H + R Mg 2+ R + H 2 SO 4  MgSO 4 + 2H + R

2. Penukar Anion Anion Exchanger

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek Dowex 2. Reaksi yang terjadi: Universitas Sumatera Utara 2ROH + SO 4 2-  R 2 SO 4 + 2OH - ROH + Cl -  RCl + OH - Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi: R 2 SO 4 + 2NaOH  Na 2 SO 4 + 2ROH RCl + NaOH  NaCl + ROH Perhitungan Kesadahan Kation Air tanah Lhok Sukon mengandung kation Ca 2+ ,Mg 2+ dan Fe masing-masing 45 ppm, 28 ppm dan 4,48 ppm. Tabel 7.1 1 grgal = 17,1 ppm  Jumlah air untuk umpan ketel = 422,9193 kgjam = 10150,0632 kghari = 3 3 17 , 264 998 0632 , 0150 1 m gal m kg hari kg  = 2686,715 galhari  Kesadahan awal = 1 , 17 48 , 4 28 45   = 4,531 grgal  Total kesadahan kation = 4,531 grgal × 2686,0632 galhari = 12173,505 grhari = 12,173 kghari Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 24,5 kgft 3 Direncanakan menggunakan resin sebanyak 10 ft 3 , sehingga : Jumlah air yang dapat diolah = hari kg hari kg ft ft kg 0632 , 10150 173 , 2 1 10 5 , 24 3 3   = 204285,343 kg Waktu regenerasi = ketel umpan air diolah yang air = kghari kg 10150,0632 204285,343 = 20,13 hari ≈ 20 hari Waktu regenerasi digunakan H 2 SO 4 66 o Be dimana pemakaiannya sebanyak 9,61 lbft 3 untuk setiap regenerasi. Baron, 1982 Maka kebutuhan H 2 SO 4 = 9,61 lbft 3 × 10 ft 3 = 96,1 lb × 20 hari × 0,454 kglb = 872,588 kgregenerasi Universitas Sumatera Utara Perhitungan Kesadahan Anion Air tanah Lhok Sukon mengandung anion Cl - , SO 4 2- , SiO 2 2- masing-masing 11 ppm, 10 ppm dan 27 ppm. Tabel 7.1 1 grgal = 17,1 ppm  Kesadahan awal = 11 + 10 + 27 = 48 ppm 17,1 = 2,807 grgal  Jumlah air untuk umpan ketel = 422,9193 kgjam = 10150,0632 kghari = 3 3 17 , 264 998 0632 , 0150 1 m gal m kg hari kg  = 2686,715 galhari  Total kesadahan kation = 2,807 grgal × 2686,715 galhari = 7541,61 grhari = 7,542 kghari Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 24,5 kgft 3 Direncanakan menggunakan resin sebanyak 10 ft 3 , sehingga : Jumlah air yang dapat diolah = hari kg hari kg ft ft kg 0632 , 10150 542 , 7 10 5 , 24 3 3   = 329722,28 kg Waktu regenerasi = ketel umpan air diolah yang air = hari kg kg 0632 , 10150 28 , 29722 3 = 32,48 hari ≈ 32,5 hari Dipakai 5 lb NaOHft 3 resin untuk setiap regenerasi : The Nalco Water Handbook Maka kebutuhan NaOH = 5 lbft 3 × 10 ft 3 = 50 lb × 32,5 hari × 0,454 kglb = 749,1 kgregenerasi

7.2.5 Deaerator

Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada tahap deaerasi ini, air dipanaskan pada deaerator hingga 90°C supaya gas-gas yang terlarut dalam air, seperti O 2 dan CO 2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan Universitas Sumatera Utara korosi. Penarikan gas-gas tersebut dilakukan dengan menginjeksikan steam melalui nozzle yang ada pada deaerator.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia untuk pengolahan air pada pabrik pembuatan kitosan adalah sebagai berikut: 1. Al 2 SO 4 3 = 0,1637 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 0,0884 kgjam 3. H 2 SO 4 = 1,818 kgjam 4. NaOH = 0,946 kgjam 5. Kaporit = 0,0024 kgjam

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut : 1. Unit proses = 100 hp 2. Unit utilitas = 80 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 50 hp 4. Penerangan dan kantor = 50 hp 5. Bengkel = 50 hp 330 hp Faktor keamanan 15 Perry, 1999 Total kebutuhan listrik = 1,15 × 330 hp = 379,5 hp = 282,993 kW Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 8 , 993 , 282 = 353,74 kW Dipakai 2 unit diesel generator AC 500 kW, 220-260 Volt, 50 Hz 1 unit cadangan berbahan bakar solar.

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar karena minyak solar mempunyai nilai bakar yang tinggi. Universitas Sumatera Utara Keperluan bahan bakar : Bahan bakar generator Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb Labban, 1971 Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Perry, 1999 Daya generator yang dihasilkan = 353,74 kW x 0,9478 Btudet.kW = 335,275 Btudet x 3600 detjam = 1206990 Btujam Jumlah bahan bakar = Btulb 19860 Btujam 1206990 = 60,775 lbjam x 0,454 kgjam = 27,592 kgjam Kebutuhan solar = kgl 0,89 kgjam 27,592 = 31,002 ljam x 24 jamhari = 774,048 lhari Keperluan bahan bakar ketel uap Uap yang dihasilkan ketel uap = 2114,5963 kgjam Reuse kondensat = 1691,677 kgjam Air umpan ketel = 422,9193kgjam entalpi saturated steam = 2205,54 kJkg 120 C, 1,98 atm Smith, 2001 = 527,137 kkalkg entalpi kondensat saturated liq. = 335,1 kJkg 80 C, 1 atm Smith, 2001 = 80,091 kkalkg entalpi air umpan = 167,6 kJkg 40 C, 1 atm Smith, 2001 = 40,057 kkalkg entapi feed ketel =       084 , 72 ,9193 22 4 1691,677 057 , 40 422,9193 091 , 80 1691,677      kkalkg Q ketel = 2114,5963 × 527,137 – 72,084 = 1067983,205 kkaljam Efisiensi ketel 75, maka Q = kkal 607 , 1423977 0,75 5 1067983,20  jam = 564720,32 Btujam Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb Perry, 1999 Universitas Sumatera Utara Jumlah bahan bakar = lbjam 435 , 28 19860 564720,32  = 12,898 kgjam densitas solar = 0,89 kgltr kebutuhan solar = ltrjam 492 , 14 0,89 12,898  Keperluan bahan bakar generator Daya generator yang dihasilkan = 500 kW 0,9478 BtudetkW3600 detjam = 1706040 Btujam Jumlah bahan bakar = 1706040 Btujam 19860 Btulb m  0,454 kglb m = 189,214 kgjam Kebutuhan solar = 189,214 kgjam 0,89 kgltr = 212,6 ltrjam Kebutuhan solar total = 14,492 + 212,6 = 227,092 ltrjam

7.6 Unit Pengolahan Limbah