Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009

BAB VII UTILITAS

Utilitas merupakan unit penunjang utama guna memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, agar proses produksi dapat terus berlangsung secara berke- sinambungan maka haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas yang baik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan Shampoo 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

Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas alat-alat perpindahan panas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Shampoo dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1: Kebutuhan uap sebagai media pemanas Nama Alat Jumlah Uapkgjam Reaktor 101 125,0859 Reaktor 102 636,3506 Mixer 201 18,0417 Total 779,4782 Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30 . Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 779,4782 kgjam = 1.013,3217 kgjam. Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 1.013,3217 kgjam = 810,6574 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20 × 1.013,3217 kgjam = 202,6643 kgjam.

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Shampoo adalah sebagai berikut:  Air untuk umpan ketel uap = 202,6643 kgjam  Air pendingin Tabel 7.2: Kebutuhan air pendingin pada alat Nama Alat Jumlah Air kgjam Cooler 201 604,8154 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, 1997 Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 1 – T 2 Perry, 1997 Di mana: W c = jumlah air masuk menara = 604,8154 kgjam T 1 = temperatur air masuk = 40°C = 104°F T 2 = temperatur air keluar = 28°C = 82,4 °F Maka, W e = 0,00085 × 604,8154 × 104-82,4 = 11,1044 kgjam Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka: W d = 0,002 × 604,8154 = 1,2096 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 3 siklus, maka: W b = 1 − S W e = 1 3 11,1044 − = 5,5522 kgjam Perry, 1997 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 11,1044+ 1,2906 + 5,5522 = 17,9472 kgjam  Air proses Tabel 7.3: Kebutuhan air proses pada alat Nama alat Jumlah Air kgjam Mixer 101 19,4017 Mixer 102 35,4427 Mixer 201 649,7050 Total 704,5494  Air untuk berbagai kebutuhan Tabel 7.4: Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Nama Tempat Jumlah Air kgjam Domestik dan kantor 300 Lab 50 Kantin dan tempat ibadah 100 Poliklinik 30 Total 480 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 202,6643 + 17,9472 + 704,5494 + 480 Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 = 1405,1609 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan Shampoo ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Debit air sungai 12 m 3 detik Bapedal Sumut, 22 September 2006. Kualitas air Sungai Deli dapat dilihat pada tabel 7.5 di bawah ini : Tabel 7.5 Kualitas air Sungai Deli Parameter Satuan Keterangan Debit Total Amonia NH 3 -N Besi Fe Cadmium Cd Clorida Cl Mangan Mn Calcium Ca Magnesium Mg Oksigen terlarut O 2 Seng Zn Sulfat SO 4 Tembaga Cu Timbal Pb Hardness CaCO 3 m 3 detik mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL 12 0,0005 0,42 0,023 60 0,028 45 28 5,66 0,0004 42 0,01 0,648 95 Lokasi Sampling: Sungai Deli Sumber: Laporan Baku Mutu Air, Bapedal SUMUT, 22 September 2006 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 meliput i 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 Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 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.

7.2.2 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 soda 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 dengan penyesuaian pH basa dan bereaksi substitusi dengan ion-ion logam membentuk senyawaan karbonat yang kurangtidak larut. 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 soda abu = 1 : 0,54 Baumann, 1971. Total kebutuhan air = 1405,1609 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Massa alum yang dibutuhkan = 50 ×10 -6 × 1405,1609 = 0,0703 kgjam Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Massa soda abu yang dibutuhkan = 27 ×10 -6 × 1405,1609 = 0,0379 kgjam

7.2.3 Filtrasi

Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD dalam air Metcalf, 1984. 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 umumdipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, menimbang tipe lain cukup mahal Kawamura,1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan Shampoo 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. Lapisan yang digunakan setinggi 24 in 60,96 cm. 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. Pada pabrik ini, digunakan anterasit setinggi 12,5 in 31,75 cm. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 7 in 17,78 cm 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 Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 filter, 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, CaClO 2 . Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO 2 : Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 480 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 x 480 0,7 = 0,0014 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 Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Perhitungan Kation Air sungai Deli mengandung kation Fe 2+ ,Cd +2 ,Mn 2+ ,Ca 2+ ,Mg 2+ ,Zn +2 ,Cu 2+ dan Pb +2 masing-masing 0,42 mgl; 0,023 mgl; 0,028 mgl; 45 mgl; 28 mgl; 0,0004 mgl; 0,01 dan 0,648 mgl Bapedal SUMUT, 2006. Total konsentrasi kation = 0,42 + 0,023 + 0,028 + 45 + 28 + 0,0004 + 0,01 + 0,648 = gal l 2642 , mg g 1000 1 ltr mg 1294 , 74 r t × × = 0,01958 grgal Air yang diolah adalah air umpan ketel uap. Jumlah air yang diolah = 3 3 galm 264,17 x kgm 996,24 kgjam 202,6643 = 53,649 galjam Kesadahan air = 0,01958 grgal x 53,649 galjam x 24 jamhari = 25,2108 grhari = 0,0252 kghari Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 202,6643 kgjam Total kesadahan air = 0,0252 kghari Dari Tabel 12.4 , Nalco, 1979, diperoleh: - Diameter penukar kation = 1 ft - Luas penampang penukar kation = 0,7854 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit paralel satu unit operasi Volume resin yang diperlukan: Dari Tabel 12.2, Nalco, 1979, diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb NaCl ft 3 resin Kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 0,0252 = 0,001 ft 3 hari Tinggi resin = 7854 , 0,001 = 0,0013 ft tinggi minimum resin = 2,5 ft Nalco,1979 Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Direncanakan tinggi resin = 2,5 ft Volume resin = 2,5 ft × 0,7854 ft 2 = 1,9635 ft 3 Waktu regenerasi H 2 SO 4 = kghari 0,0252 kgft 20 ft 1,9635 3 3 × = 1.944,0594 hari = 46.657,4257 jam Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 0,0252 kghari x 3 3 20 6 ft kg ft lb = 0,0061 lbhari = 0,0027 kghari

2. Penukar Anion Anion Exchanger

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA-410. Resin ini merupakan kopolimer stirena DVB Lorch,1981. Reaksi yang terjadi: 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 Anion Air Sungai Deli mengandung Anion Cl - , SO 4 2- , CO 3 2- masing-masing 60 mgl; 42 mgl dan 95 mgl Bapedal SUMUT, 2006. Total konsentrasi anion = 60 + 42 + 95 = gal ltr 2642 , mg g 1000 1 ltr mg 197 × × = 0,05204 grgal Jumlah air yang diolah = 3 3 galm 264,17 x kgm 996,24 kgjam 202,6643 = 53,649 galjam Total anion dalam air = 0,05204 grgal × 53,649 galjam × 24 jamhari = 67,0055 grhari = 0,067 kghari Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Perhitungan Ukuran Anion Exchanger : Jumlah air yang diolah = 202,6643 kgjam Dari Tabel 12.3 , Nalco, 1988, diperoleh: - Diameter penukar anion = 1 ft - Luas penampang penukar anion = 0,7854 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 0,0537 kghari Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, Kebutuhan resin = 3 kgft 12 kghari 0,0537 = 0,0045 ft 3 hari Tinggi resin = 7845 , 0,0045 = 0,0057 ft Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 0,0057 ft x 0,7845 ft 2 = 0,0045 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 0,0537 kgft 12 x ft 0,0045 3 3 = 1 hari = 24 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 0,0537 kghari x 3 3 kgft 12 lbft 5 = 0,0224 lbhari = 0,01 kghari = 0,0004 kgjam

7.2.5 Deaerator

Deaerator berfungsi untuk memanaskan air dan menghilangkan gas terlarut yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger 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 selain itu deaerator juga berfungsi sebagai preheater, mencegah perbedaan suhu yang mencolok antara air make-up segar Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 dengan suhu air dalam boiler. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan pemanas listrik.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia untuk pengolahan air pada pabrik pembuatan Shampoo adalah sebagai berikut : 1. Al 2 SO 4 3 = 0,0703 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 0,0379 kgjam 3. Kaporit = 0,0014 kgjam 4. H 2 SO 4 = 0,0027 kgjam 5. NaOH = 0,0004 kgjam

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses = 1,1 hp 2. Unit Utilitas = 1,85 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 10 hp 4. Penerangan dan kantor = 10 hp 5. Bengkel = 10 hp Total kebutuhan listrik = 32,95 hp × 0,7457 kWhp = 24,5708 kW Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 24,5708 0,8 = 30,7135 kW Dipakai 2 unit diesel generator AC 1000 kW, 220-260 Volt, 50 Hz 1 unit cadangan

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap pipa api dan pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar karena minyak solar memiliki nilai bakar yang tinggi. Kebutuhan bahan bakar adalah: Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Untuk bahan bakar Generator Nilai bakar solar = 19.860 Btulb Perry,1955 Densitas solar = 0,89 kgliter Perry,1955 Daya generator = 30,7135 kW × 0,9478 BtudetkW x 3600 detikjam = 104.796,9831 Btujam Jumlah solar = lb kg 45359 , Btulb Btujam 860 . 19 31 104.796,98 × = 2,3935 kgjam Kebutuhan solar = Btulb kgjam 89 , 2,3935 = 2,6893 kgjam Untuk bahan bakar ketel uap pipa api Massa umpan masuk = Massa kondensat + Massa air tambahan = 810,6574 kgjam + 202,6643 kgjam = 1013,3217 kgjam Kondisi uap yang dihasilkan boiler : 100 o C, 1 atm superheated steam H v 100 o C; 1 atm = 2676,1 kJkg Kondisi kondensat dalam tangki kondensat: 100 o C, 1 atm saturated liquid H l 100 o C; 1 atm = 419,064 kJkg Kondisi air tambahan dari deaerator: 90 o C; 1 atm H90 o C;1 atm = 377,6232 kJkg Neraca panas boiler: dt dQ = Q out - Q in = 1.013,3217 × 2676,1 – 810,6574 × 419,064 + 202,6643 × 377,6232 = 2.295.502,127 kJjam = 2.175.707,663 Btujam Efisiensi panas ketel uap, η = 75 heat lose 25 panas pembakaran bahan bakar Total kebutuhan panas = 75 , 663 2.175.707, = 2.920.286,684 Btujam Herri Putra : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Shampoo Dengan Bahan Baku Sodium Layryl Ether Sulfonat Kapasitas Produksi 8.000 Ton Tahun, 2009. USU Repository © 2009 Kebutuhan bahan bakar = Btulb Btujam 19860 684 2.920.286, = 147,0436 lbjam = 66,6975 kgjam = kgltr kgjam 89 , 66,6975 = 74,9410 ltrjam Total kebutuhan solar = 2,6893 literjam + 74,9410 ltrjam = 77,6303 ltrjam

7.6 Unit Pengolahan Limbah