VII-1
BAB VII UTILITAS
Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama didalam 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 kalsium klorida, 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. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Kalsium klorida sebagai berikut :
Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Nama Alat
Jumlah Uap kgjam
Reaktor asam 5,076
Reaktor penetral 0,053
Evaporator 16,515
Rotary Dryer 1,250
Total 22,895
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 Perry dkk,1999
Tingkat kebocoran 10 Total steam yang dibutuhkan = 0,3 + 1 x 22,895 = 29,763 kgjam
Diperkirakan 80 kondensat dapat dipergunakan kembali, sehingga Kondensat yang dipergunakan kembali = 80 x 29,763 = 23,811 kgjam
Kebutuhan tambahan untuk ketel = 20 x 29,765 kgjam = 5,953 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Kalsium
klorida adalah sebagai berikut: Air untuk umpan ketel uap
Air Proses
Tabel 7.2 Kebutuhan air sebagai air proses Nama Alat
Jumlah Air kgjam Tangki Pelarutan HCl TP-01
254,375 Tangki Pelarutan CaOH
2
TP-02 44,725
Total 299,100
Air untuk berbagai kebutuhan Tabel 7.3 Diperkirakan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan
Kebutuhan Jumlah air kgjam
Domestik dan kantor 283,333
Laboratorium 70,833
Kantin dan tempat ibadah 141,667
Poliklinik 70,833
Total 566,667
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 5,953 + 299,100 + 566,667
= 895,530kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan kalsium klorida ini adalah dari Muara Sungai
Asahan Tanjung balai, Provinsi Sumatera utara. Adapun kualitas air Muara Sungai Asahan dapat dilihat pada tabel berikut :
Kualitas air Sungai ini dapat dilihat pada Tabel 7.4, berikut ini:
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Asahan Tanjung balai, Sumatera utara No Parameter
Range mgliter 1
Padatan terlarut 32,8
2 Kekeruhan
290 NTU 3
Suhu 30,60
O
C 4
Daya hantar listrik 66,20 uscm
5 pH
7,1
Tabel 7.5 Kandungan Bahan Kimia Air Sungai Asahan Tanjung Balai No Bahan Kimia
Range mgliter 1
Alumunium 0,020
2 Besi
2,250 3
Flourida 0,200
4 Klorida
4,000 5
Mangan 0,150
6 Nitrat
0,470 7
Seng 0,040
8 Sulfit
0,065 9
BOD 6,000
10 COD 14,000
11 Alkalinitas 29,000
12 Kesadahan 36,000
13 Nitrit 0,003
14 Oksigen terlarut -
15 Sulfat 0,000
16 Tembaga 0,000
Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka dilokasi 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 kelokasi pabrik untuk
diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air dipabrik terdiri dari beberapa tahap yaitu:
1. Penyaringan Awal Screening 2. Klarifikasi
3. Filtrasi 4. Demineralisasi
5. Deaerasi
7.2.1 Penyaringan Awal 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 didalam air. Air dari screening
dialirkan ke clarifier setelah diinjeksi larutan alum, Al
2
SO
4 3
dan larutan soda abu Na
2
CO
3.
Larutan alum berfungsi sebagai koagulan utama dan soda abu sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk
mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok -
flok yang akan mengendap kedasar clarifier karena gaya grafitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah overflow yang selanjutnya akan masuk kepenyaring
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 Total kebutuhan air
= 895,530 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 x 50 = 27 ppm
Larutan alum dibutuhkan = 895,530. 10
-6
x 50 = 0,045 kgjam Larutan soda abu dibutuhkan = 877,187. 10
-6
x 27 = 0,024 kgjam
7.2.3 Filtrasi
Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Penyaringan pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan
yaitu : a. Lapisan l terdiri dari pasir hijau green sand setinggi 24 in = 60,96 cm
b. Lapisan ll terdiri dari anterakit setinggi 12,5 in = 31,75 cm c. Lapisan lll terdiri dari batu kerikil gravel setinggi 7 in = 17,78 cm
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 ulang back washing. Dari sand filter,
air dipompakan kemenara sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan. Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses
demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah , serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan
klor untuk membunuh kuman – kuman dalam air. Klor yang digunakan biasanya
berupa kaporit, Ca ClO
2.
Khusus untuk air minum, setelah dilakukan proses klorinasi diteruskan ke penyaringan air water treatment system sehingga air yang
keluar merupakan air sehat yang memenuhi syarat – syarat air minum tanpa harus
dimasak terlebih dahulu. Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 566,667 kgjam
Kaporit yang digunakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 20 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = 20.10
-6
x 566,6670,7 = 0,016 kgjam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan pendinginan pada reaktor harus murni dan bebas dari garam
– garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi. 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 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+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 + H2SO4 → MnSO4 + 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 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 Kation Air Sungai Asahan, Tanjung Balai mengandung kation Fe
2+
, Mn
2+
, Zn
2+
, Al
2+
dan Alkalinitas
lainnya masing-masing 2,25 mgliter, 0,15 mgliter, 0,47 mgliter, 0,020 mgliter dan 29 mgliter Tabel 7.4
Total kesadahan kation = 2,25 + 0,15 + 0,04 + 0,020 + 29 mgliter = 31,460 mgliter x 3,7854 x 10
-3
grgal = 0,119 grgal
Jumlah air yang diolah =
galjam 573
, 1
galm 264,17
x kgm
000 1
kgjam ,953
5
3 3
Kesadahan air =
kghari 0,004
gr 1000
jamhari 24
× galjam
1,573 ×
al 0,1191grg
Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 0,004 kghari
Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Hand Book,1992; diperoleh : - Kapasitas resin
= 20 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H
2
SO
4
ft
3
resin Kebutuhan resin =
20 0,004
= 0,00002 ft
3
hari Tinggi resin =
14 ,
3 0,00002
= 0,00001 ft Volume resin = 2,500 ft x 3,14 ft
2
= 7,8500 ft
3
Waktu regenerasi = kghari
0,004 kgft
20 ft
7,85
2 3
= 34.932 hari
Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 0,004 kghari x
3 3
kgrft 20
lbft 6
= 0,001 lbhari = 0,00003 kgjam.
Perhitungan kesadahan anion Air sungai Asahan, Tanjung Balai mengandung Anion Cl
-
, SO
3 2-
, NO
3 2-
, NO
2 -
, dan F
-
masing-masing 4 mgliter, 0,065 mgliter, 0,470 mgliter, 0,003 mgliter dan 0,200 mgliter Tabel 7.4.
Total kesadahan anion = 0,2 + 0,065 + 0,470 + 0,003+0,2 mgliter
= 4,738 mgliter x 3,7854 x 10
-3
grgal = 0,0179 grgal
Jumlah air yang diolah =
galjam 573
, 1
galm 264,17
x kgm
000 1
kgjam ,953
5
3 3
Kesadahan air =
kghari 0,001
gr 1000
jamhari 24
× galjam
1,573 ×
grgal 0,0179
Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 0,001 kghari
Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Hand Book,1992; diperoleh : - Kapasitas resin
=12 kgrft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin Kebutuhan resin =
3
kgrft 12
kgrhari 0,001
= 0,0001 ft
3
hari
Tinggi resin =
14 ,
3 0,0001
= 0,00003 ft Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 0,00003 ft x 3,14 ft
2
= 0,0001 ft
3
Waktu regenerasi = kghari
0,001 kgft
12 x
ft 0,0001
3 3
= 1 hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 0,001 kghari x
3 3
kgft 12
lbft 5
= 0,001 lbhari = 0,00001 kgjam.
7.2.5 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
o
C supaya gas – gas yang terlarut dalam air,
seperti O
2
dan CO
2
dapat dihilangkan, sebab gas – gas tersebut dapat menyebabkan
korosi. Pemanasan digunakan dengan menggunakan koil pemanas didalam Deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan Asam oksalat adalah sebagai berikut:
1. Al
2
SO
4 3
= 0,045 kgjam 2. Na
2
CO
3
= 0,024 kgjam 3. Kaporit
= 0,016 kgjam 4. H
2
SO
4
= 0,001 kghari 5. NaOH
= 0,0002 kghari 7.4 Kebutuhan Listrik
Berdasarkan Lampiran C dan Lampiran D kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut untuk proses listrik digunakan pompa, pengaduk, conveyer:
1. Unit Proses = 300 HP
2. Unit utilitas = 200 HP
3. Ruang kontrol dan laboratorium = 100 HP
4. Penerangan dan kantor = 50 HP
5. Bengkel = 50 HP
6. Perumahan = 100 HP
Total kebutuhan listrik = 800 HP
= 800 HP x 0,7457 kW HP = 596,5600 kW Efesiensi generator 80, maka
Daya output generator = 596,5600 0,8= 745,7000 kW Digunakan sebanyak 2 buah generator diesel type AC : 220-240 V, 1500 kW 50 Hz,
3 fase, dimana 1 buah beroperasi dan 1 buah standby.
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan untuk generator dan ketel uap adalah solar. Nilai bakar solar = 19.860 Btulb
Labban,1971 Densitas solar
= 0,89 kgltr Perry dkk,1999
Untuk bahan bakar generator
Kebutuhan listrik = 596,5600 kW
Daya generator = 596,56000 0,8
= 745,7000 kW x 0,9478 BtudetkW x 3.600 detjam = 2.544.388,0560 Btujam
Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan = 2.544.388,0560 19.860 x 0,4539
= 58,1122 lbjam 0,89 lbltr = 65,2946 ltrjam
Untuk bahan bakar ketel uap Uap yang dihasilkan ketel uap = 29,763 kgjam
Pada 100
o
C, 1 atm kondensat yang digunakan kembali ΔHl = 419,1 kJkg
Pada 90
o
C, 1 atm air keluar dari Daerator ΔHl = 376,990 kJkg
Pada 150
o
C, 1 atm ΔHv = 2.768,899 kJkg
Maka panas yang dibutuhkan adalah 2.768,899 – 419,1 + 376,990 = 1.972,809
kJkg.
Panas yang dibutuhkan =
055 ,
1 kJkg
1.972,809 x
kgjam 29,763
= 55.656,078 Btujam Efisiensi
= 75 Panas yang dibutuhkan = 55.656,0780,75 = 74.208,104 Btujam
Jumlah bahan bakar =
45359 ,
Btulb 19.860
Btujam 74.208,104
= 1,695 kgjam0,89 kgliter = 1,904 literjam
Total kebutuhan bahan bakar solar = 65,295 literjam + 1,904 literjam = 67,199 literjam
7.6 Unit Pengolahan Limbah