Kebutuhan Uap Kebutuhan Air

BAB VII UTILITAS

Utilitas dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama di dalam kelancaran proses produksi. Agar proses produksi tersebut dapat terus berkesinambungan, haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas yang baik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pra-rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Laktat ini meliputi: 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 natrium laktat dapat dilihat pada tabel 7.1. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Sebagai Media Pemanas No. Nama Alat Jumlah Uap kgjam 1 Tangki Mixer I M-103 102,5819 2 Fermentor R-108 24,2443 3 Tangki Koagulasi M-203 121,9770 4 Evaporator I FE-209 1064,8070 5 Evaporator II FE-311 244,3323 6 Reaktor Natrium Laktat R-403 233,4412 TOTAL 1791,3837 Steam yang digunakan adalah superheated steam dengan temperatur 120 o C dan tekanan 1 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 1791,3837 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar 10 Perry, 1999. Universitas Sumatera Utara Maka: total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 1791,3837 kgjam = 2328,7988 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 2328,7988 kgjam = 1863,0390 kgjam Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20 × 2328,7988 kgjam = 465,7598 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Asam oksalat adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan air untuk ketel 2. Kebutuhan air pendingin 3. Kebutuhan air proses 4. Kebutuhan air domestic

7.2.1 Kebutuhan Air Pendingin

Kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan natrium laktat ditunjukkan pada tabel 7.2. Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat No. Nama Alat Jumlah air pendingin kghari 1 Cooler E-105 1054,1962 2 Tangki Acidifier M-305 1684,8340 3 Tangki Mixer IV M-405 150,4813 Total 2889,5115 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. Universitas Sumatera Utara Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry, 1999 Di mana : W c = jumlah air pendingin yang diperlukan T 1 = temperatur air pendingin masuk = 25 °C = 77 °F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 70 °C = 158°F Maka: W e = 0,00085 2889,5115 158 – 77 = 176,8381 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: W d = 0,002 × 176,8381 = 0,3537 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3-5 siklus Perry, 1999. Ditetapkan 5 siklus, maka: 1 S W W e b   Perry, 1999 1 5 176,8381 W b   = 44,2095 kgjam Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 221,4013 kgjam

7.2.2 Kebutuhan Air Proses

Kebutuhan air proses pada pabrik natrium laktat ditunjukan pada tabel 7.3 Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses Pada Alat No. Nama Alat Jumlah air pendingin kghari 1 Tangki Mixer I M-103 721,6090 2 Tangki Koagulasi M-203 530,2702 3 Tangki Mixer III M-303 23,4767 4 Tangki Mixer IV M-405 11,0651 Total 1286,4210 Universitas Sumatera Utara

7.2.3 Kebutuhan Domestik

Kebutuhan air domestik pada pabrik natrium laktat ditunjukan pada tabel 7.4 Tabel 7.4 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan Domestik Kebutuhan Jumlah air kgjam Kantor dan domestik 120 org x 3,33 ltrjam 400 Laboratorium 62,5 ltrjam 62,2300 Kantin dan tempat ibadah 100 org x 5 ltrjam 497,8400 Poliklinik 25 ltrjam 24,8920 Total 989,8719 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 452,6404 + 248,9410 + 1286,4210 + 989,8719 = 2977,8743 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan natrium laktat ini berasal dari Sungai Cidanau, Banten dengan debit rata-rata Sungai Cidanau adalah 5,282 m 3 detik Irsyad, 2011. Kualitas air Sungai Cidanau dapat dilihat pada Tabel 7.5. Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Cidanau, Banten Parameter Satuan Kadar Suhu Kekeruhan pH Ammonium Aluminum Besi terlarut Kesadahan : Kalsium Magnesium Seng Timbal Mangan Timah Sianida Bikarbonat Karbonat C NTU mgL mgL mgL mgL CaCO 3 mgL CaCO 3 mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL ± 28 146 7,7 0,41 0,36 0,75 97,5 57,4 0,15 - 0,7 0,006 0,005 375,5 - Universitas Sumatera Utara Klorida Nitrat Nitrit Pospat Sulfat CO 2 bebas mgL mgL mgL mgL mgL mgL 21,2 0,15 0,01 0,6 5,4 33,0 Sumber : Data hasil rata-rata tahunan pemantauan kualitas air BPSDA – Provinsi Banten, 2011 Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water intake 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

7.2.4 Screening

Penyaringan 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 Degremont, 1991.

7.2.5 Sedimentasi

Setelah air disaring pada tahap screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan-padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan yang tidak terlarut. Universitas Sumatera Utara

7.2.6 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan 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 trivalent. 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. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah Degremont, 1991: Al 2 SO 4 3 + 6 Na 2 CO 3 + 6H 2 O 2AlOH 3 +12Na + + 6HCO 3 - + 3SO 4 3- 2Al 2 SO 4 3 + 6 Na 2 CO 3 + 6H 2 O 4AlOH 3 + 12Na + + 6CO 2 + 6SO 4 3- Reaksi koagulasi yang terjadi : Al 2 SO 4 3 + 3H 2 O + 3Na 2 CO 3 2AlOH 3 + 3Na 2 SO 4 + 3CO 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 2NaCl + CaCO 3 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 filter untuk penyaringan. Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54 Crities, 2004. Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan: Total kebutuhan air = 2963,4540 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Universitas Sumatera Utara Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 50×10 -6 × 2963,4540 = 0,1482 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27×10 -6 × 2963,4540 = 0,0800 kgjam

7.2.7 Filtrasi

Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD dalam air Metcalf, 1991. Material yang digunakan dalam medium filtrasi dapat bermacam-macam: pasir, antrasit crushed anthracite coal, karbon aktif granular Granular Carbon Active atau GAC, karbon aktif serbuk Powdered Carbon Active atau PAC dan batu garnet . Penggunaan yang paling umum dipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, sebab tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan etil akrilat menggunakan media filtrasi granular Granular Medium Filtration sebagai berikut: 1. Lapisan atas terdiri dari pasir hijau green sand. Lapisan ini bertujuan memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. 2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya atrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahap pada pengolahan effluent pabrik, perlu menggunakan bahan dengan luar permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar, seperti Biolite, pozzuolana ataupun Granular Active CarbonGAC Degremont, 1991. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel Metcalf Eddy, 1991. 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 tangki utilitas I 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, CaClO 2 . Khusus untuk air minum, setelah dilakukan proses klorinasi diteruskan ke penyaring Universitas Sumatera Utara air water treatment system sehingga air yang keluar merupakan air sehat dan memenuhi syarat-syarat air minum. Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO 2 Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 989,8719 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit = 2 × 10 -6 × 989,87190,7 = 0,00283 kgjam

7.2.8 Demineralisasi

Air untuk umpan ketel dan pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas: a. 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 Cidanau mengandung kation Fe 2+ , NH 4 + , Al 3+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ , dan Mg 2+ masing-masing 0,79 mgL, 0,34 mgL, 0,4 mgL, 0,1 mgL, 0,6 mgL, 0,008 mgL, 93,5 mgL, dan 55,8 mgL Tabel 7.5. Total kesadahan kation = 0,79 + 0,34 + 0,4 + 0,1 + 0,6 + 0,008+ 93,5 + 55,8 mgL = 151,438 mgL = 0,5736 ggal Universitas Sumatera Utara Jumlah air yang diolah = 3 3 galm 264,17 kgm 995,50 kgjam 465,760  = 123,5959 galjam Kesadahan air = 123,5959 galjam × 0,5736 ggal × 24 jamhari × 10 -3 kgg = 1,702 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 123,5959 galjam = 2,0599 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan: Total kesadahan air = 1,702 kghari Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Handbook 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 20 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Jadi kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 1,702 = 0,085 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 0,085 = 0,027 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 1,702 kgft 20 ft 7,85 3 3  = 92,268 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 1,702 kghari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 0,510lbhari = 0,0096 kgjam b. Penukar Anion Anion Exchanger Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroglikol dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA-410. Resin ini merupakan kopolimer stirena Lorch,1981. Reaksi yang terjadi: 2ROH + SO 4 2-  R 2 SO 4 + 2OH - Universitas Sumatera Utara 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 Anion Air Sungai Cidanau, mengandung Anion : nitrat, nitrit, pospat, Cl - , SO 4 2- , CN - , CO 3 2- , masing-masing 0,11 mgL, 0,03 mgL, 0,4 mgL, 20,5 mgL, 6 mgL, 0,008 mgL, dan 370,1 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan anion = 0,11 + 0,03 + 0,4 + 20,5 + 6 + 0,008 + 370,1 mgL = 397,148 mgL = 1,503 ggal Jumlah air yang diolah = 3 3 galm 264,17 kgm 995,50 kgjam 465,760  = 123,5959 galjam Kesadahan air = 123,5959 galjam × 1,503 ggal × 24 jamhari × 10 -3 kgg = 4,459 kghari Perhitungan ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 123,5959 galjam = 2,060 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan: Total kesadahan air = 4,459 kghari Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Handbook 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 20 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Jadi kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 4,459 = 0,372 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 0,372 = 0,118 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook , 1988 Universitas Sumatera Utara Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 4,459 kgft 12 ft 7,85 3 3  = 21,124 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 4,459kghari × 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 1,858 lbhari = 0,0351 kgjam

7.2.9 Deaerator

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