Kebutuhan Uap air Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

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 Fenol dari Tandan Kosong Kelapa Sawit TKKS adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan uap air steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik 6. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Uap air

Steam Kebutuhan steam pada pabrik pembuatan Fenol adalah sebesar 145300,865 kgjam, yaitu yang berasal dari keperluan reaktor prehidrolisis R-102, reaktor hidrolisis R-102, heater E-204, reboiler I E-306, reboiler II E-307. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan fenol dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Steam Pabrik Nama Alat Jumlah uap kgjam Reaktor Prehidrolisis R-101 6857,952 Reaktor Hidrolisis R-102 643,350 Heater E-204 30047,550 Reboiler I E-306 60001,678 Reboiler II E-307 47750,335 Total 145300,865 Universitas Sumatera Utara Tambahan untuk faktor keamanan dan faktor kebocoran diambil sebesar 20 . Perry, et al., 2007 Jadi total steam yang dibutuhkan, W s : W s = 1,2 × 145.300,865 kgjam = 174.361,038 kgjam Total steam yang menjadi kondensat = 145.300,865 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga Kondensat yang digunakan kembali = 80 x 145.300,865 kgjam = 116240,692 kgjam Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20 × 145.300,865 kgjam = 29060,173 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

7.2.1 Kebutuhan air pendingin

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan air umpan ketel uap, air pendingin, maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Fenol adalah sebagai berikut: Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik No. Nama Alat Kode alat Air Pendingin kgjam 1 Cooler 1 E-101 16362,891 2 Cooler 2 E-102 132918,786 3 Cooler 3 E-202 49090,076 4 Cooler destilat 2 E-303 1361,764 5 Cooler bottom 1 E-305 35740,035 6 Cooler bottom 2 E-304 1278,007 7 Condenser E-201 19380,934 8 Condenser destilat 1 E-301 392923,353 9 Condenser destilat 2 E-302 15161,249 Total 664217,094 Faktor kemanan = 20 Total Kebutuhan air pendingin, W c = 1,2 × 664217,094 = 797060,513 kgjam Universitas Sumatera Utara 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, 2007. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan : W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry, et al, 2007 dimana : W c = jumlah air pendingin yang diperlukan = 664217,094kgjam T 1 = temperatur air pendingin masuk = 28 °C = 82 °F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 90 °C = 194 °F W e = 0,0085 × 664217,094 × 194 – 82 = 756091,603 kgjam Air yang hilang karena drift loss sekitar 0,1 ~ 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 2008. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka : W d = 0,002 × W c = 0,002 × 664217,094 = 159412,103 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, sekitar 3 ~ 5 siklus Perry, 2008. Ditetapkan 5 siklus, maka : 1 S W W e b   Perry, et al, 2007 W b = 1 5 756091,603  = 189022,901 kgjam Sehingga make-up air pendingin yang diperlukan, W m : W m = W e + W d + W b = 756091,603 + 159412,103 + 189022,901 = 1133586,780 kgjam

7.2.2 Kebutuhan air proses

1. Kebutuhan air proses Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan fenol adalah 96224,460 kgjam yaitu yang berasal dari reaktor prehidrolisis R-101 dan reaktor hidrolisis R-102. Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan bioetanol ditunjukkan pada tabel 7.3. Universitas Sumatera Utara Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses Pabrik Kebutuhan Jumlah air kgjam Reaktor Prehidrolisis R-101 30000 Reaktor Hidrolisis R-102 66224,460 Total 96224,460

7.2.3 Kebutuhan air lainnya

a. Kebutuhan air domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40–100 ltrhari Metcalf, 1991. Diambil 80 literhari = 3,33 literjam ρ air pada 30 o C = 995,68 kgm 3 Geankoplis, 2003 Jumlah karyawan = 160 orang Maka total air domestik = 3,33 literjam × 160 = 532,8 ltrjam × 0,99568 kgliter = 531,029 kgjam b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 ltrhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 1500 ltrhari = 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 Geankoplis, 2003 Pengunjung rata – rata = 100 orang. Maka total kebutuhan airnya = 5 × 100 = 500 ltrjam × 0,99568 kgliter = 497,840 kgjam d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 400 – 600 ltrhari. Metcalf dan Eddy, 1991. Maka diambil 600 ltrhari = 24,892 kgjam Universitas Sumatera Utara Tabel 7.4 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan Tempat Jumlah kgjam Domestik 531,029 Laboratorium 62,230 Kantin dan tempat ibadah 497,840 Poliklinik 24,8920 Total 1115,991 Total air untuk berbagai kebutuhan domestik, W d = 1115,991 kgjam Sehingga total kebutuhan air adalah : Total kebutuhan air = 29060,173 + 1133586,780 + 96224,460 + 1115,991 Total kebutuhan air = 1230927,231 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan fenol ini adalah dari Sungai Rokan, Kabupaten Bengkalis, Provinsi Riau. Dimana sungai Rokan dengan panjang 150 km memiliki potensi debit pada musim kemarau 80 m 3 detik dan pada musim hujan 120 m 3 detik Buana, 2008. Adapun kualitas air Sungai Rokan, Riau dapat dilihat pada tabel 7.5 berikut: Universitas Sumatera Utara Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Rokan, Riau No Analisa Satuan Metode Hasil I. FISIKA 1. Bau SMWW-206 Tidak berbau 2. Kekeruhan NTU SMWW-214 A 115,16 3. Rasa SMWW-211 Tidak berasa 4. Warna TCU SMWW-204 150 5. Suhu C SMWW-212 25 6. TDS mgl APHA-208 C 186

II. KIMIA

1. Total kesadahan dalam CaCO 3 mgl SMWW-309 B 130 2. Chloride mgl ASTM D-512 1,3 3. NH 3 -N mgl APHA-418 AB Nil 4. Zat organik dalam KMnO 4 COD mgl SMCA C-48 65 5. SO 4 - mgl ASTM D-516 0,0025 6. Sulfida mgl APHA-428 D 0,00012 7. Cr +2 mgl APHA-117 A Nil 8. NO 3 - mgl ASTM D-3867 0,0031 9. NO 2 mgl ASTM D-3867 - 10. Chlorine mgl CCAM-M2 Nil 11. Ph mgl ASTM D-1293 6,6 12. Fe 2+ mgl AAS 10 13. Mn 2+ mgl AAS 0,016 14. Zn 2+ mgl AAS 0,0012 15. Pb 2+ mgl AAS Nil 16. Ca 2+ mgl AAS 63 17. Mg 2+ mgl AAS 87 18. CO 2 bebas mgl ASTM D-513 E 132 19. Cu 2+ AAS 0,0032 Sumber : Laboratorium PERTAMINA UP II DUMAI, 2008 Universitas Sumatera Utara 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 Screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel- partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan.

7.2.6 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening dialirkan ke dalam clarifier 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 Universitas Sumatera Utara 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 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 untuk kekeruhan sebesar 146 NTU adalah 25 ppm Quipro, 2008 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 = 1230927,231 kgjam Pemakaian larutan alum = 19,719 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 19,719 = 10,648 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 19,719.10 -6 × 1230927,231 = 24,2728 kgjam Universitas Sumatera Utara Larutan abu soda yang dibutuhkan = 10,648.10 -6 × 1230927,231 = 13,1073 kgjam

7.2.7 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 = 1115,991 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit = 2 ×10 -6 × 1115,9910,7 = 0,003 kgjam

7.2.8 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

Universitas Sumatera Utara 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 Rokan mengandung kation Fe 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Pb 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ dan Cu 2+ masing-masing 10 mgL, 0,016 mgL, 0,0012 mgL, 63 mgL, 87 mgL, 132 mgL, dan 0,0032 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan kation = 10 + 0,016 + 0,0012 + 63 + 87 + 132 + 0,0032 mgL = 160,020 mgL = 0,160020 gL Jumlah air yang diolah = 29060,173 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,5 kgjam 29060,173  = 29191,535 Ljam Kesadahan air = 0,16002 grL × 29191,535 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 112,110 kghari Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 29191,535 kgjam = 129,107 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 5 ft – 0 in = 3,353 m 3 - Luas penampang penukar kation = 19,6 ft 2 = 1,820 m 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Universitas Sumatera Utara Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 112,110 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 112,110 = 5,605 ft 3 hari Volume minimum resin pada 30 in = 49 ft 3 Tabel 12.4, Nalco, 1988 Tinggi resin yang dibutuhkan per alat penukar kation = 6 , 19 49 = 2,5 ft Waktu regenerasi = kghari 112,110 kgft 20 ft 49 3 3  = 8,741 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 112,110 kgrhari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 33,633 lbhari = 0,636 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 Perhitungan Kesadahan Anion Air Sungai Rokan, mengandung Anion : CO 3 2- , SO 4 2- , Sulfida, NO 3 2- , masing-masing 130 mgL, 0,0025 mgL, 0,00012 mgL, 0,0031 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan anion = 130 + 0,0025 + 0,00012 + 0,0031 mgL Universitas Sumatera Utara = 130,006 mgL = 0,130 grL Jumlah air yang diolah = 29060,173 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,5 kgjam 4 196.982,90  = 29191,535 Ljam Kesadahan air = 0,130 grL × 29191,535 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 91,082 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 29191,535 Ljam Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, 1988, diperoleh: - Diameter penukar anion = 5 ft – 0 in - Luas penampang penukar anion = 19,6 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 91,082 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgrft 12 kghari 91,082 = 7,590 ft 3 hari Volume minimum resin pada 30 in = 49 ft 3 Tabel 12.4, Nalco, 1988 Tinggi resin yang dibutuhkan per alat penukar kation = 6 , 19 49 = 2,5 ft Waktu regenerasi = kghari 91,082 kgft 12 ft 49 3 3  = 6,456 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 91,082 kgrhari × 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 37,951 lbhari = 0,717 kgjam

7.2.9 Deaerator

Universitas Sumatera Utara 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 180°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 fenol adalah sebagai berikut: 1. Al 2 SO 4 3 = 23,8456 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 12,8766 kgjam 3. Kaporit = 0,003 kgjam 4. H 2 SO 4 = 0,636 kgjam 5. NaOH = 0,717 kgjam

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses = 54,5 hp 2. Unit Utilitas = 107,3 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 35 hp 4. Penerangan dan kantor = 35 hp 5. Bengkel = 50 hp 6. Perumahan = 100 hp Total kebutuhan listrik = 54,5 + 107,3 + 35 + 35 + 50 + 100 = 394,550 hp × 0,7457 kWhp = 294,2159 kW Faktor keamanan 20 , maka kebutuhan listrik = 1,2 x 294,2159 = 353,059 kW Efisiensi generator 80 , maka Daya output generator = 353,059 0,8 = 441,3238 kW Universitas Sumatera Utara Untuk perancangan dipakai 4 unit generator diesel AC 700 kW, 220-240 Volt, 50 Hertz, 3 fase 2 unit pakai dan 2 unit cadangan.

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap dan pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar karena minyak solar efisien dan mempunyai nilai bakar yang tinggi serta bahan baku yang tidak terkonversi. Keperluan Bahan Bakar Generator Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb m Perry, 1999 Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Perry, 1999 Daya output generator = 441,3238 kW Daya generator yang dihasilkan = 441,3238 kW 0,9478 BtudetkW3600 detjam = 1505832,2593 Btujam Jumlah bahan bakar = 1505832,2593 Btujam 19860 Btulb m  0,45359 kglb m = 34,3923 kgjam Kebutuhan solar = 34,3923 kgjam 0,89 kgliter = 77,2860 literjam Keperluan Bahan Bakar Ketel Uap Uap yang dihasilkan ketel uap = 29060,1731 kgjam Panas laten saturated steam 180 C = 2013,1 kJkg Reklaitis, 1987 Panas yang dibutuhkan ketel = 29060,1731 kgjam  2013,1 kJkg 1,05506 kJBtu = 55451217,4462 Btujam Efisiensi ketel uap = 85 Panas yang harus disuplai ketel = 55451217,4462 Btujam 0,85 = 65236726,4073 Btujam Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb Perry, 1997 Jumlah bahan bakar = 65236726,4073 Btujam 19860 Btulb m  0,45359 kglb m = 1489,9661 kgjam Kebutuhan solar = 1489,9661 kgjam 0,89 kgliter = 1751,4052 literjam Universitas Sumatera Utara

7.6 Unit Pengolahan Limbah