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 BtudetkW3600 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