VII-60
BAB VII
UTILITAS
Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting.
Karena suatu proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada. Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus
dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik.
Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan gliserol adalah sebagai berikut:
1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan listrik 4. Kebutuhan bahan bakar
5. Unit pengolahan limbah
7.1 Kebutuhan Uap Steam
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap yang digunakan yaitu uap pada 150
o
C, 1 atm dan 275
o
C, 53,3 atm superheated steam. Kebutuhan uap pada 275
o
C, 53,3 atm, pada pabrik pembuatan gliserol hanya pada Kolom Hidrolisa sedangkan uap pada 150
o
C, 1 atm digunakan pada evaporator dan heater
. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Pabrik Pembuatan Gliserol
Nama alat Jumlah Steam
kgjam
Evaporator I E-301 314,9141
Evaporator II E-302 70,2366
Heater I HE-101 968,783
Heater II HE-102 760,943
Kolom Hidrolisa R-201 2213,66
Total 12009,096
Universitas Sumatera Utara
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 Perry dkk, 1999 maka :
Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,2 × 12009,096 kgjam = 14410,9152 kgjam
Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali maka kondensat yang dapat digunakan kembali adalah :
= 80 × 22858,1 = 11528,7322 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk ketel :
= 14410,9152-11528,7322 kgjam = 2882,18304 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada pabrik pembuatan
gliserol ini adalah sebagai berikut: Air untuk umpan ketel = 2882,18304 kgjam
Air Pendingin :
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat
Nama alat Jumlah Air
Pendingin kgjam
Cooler I HE-204 6071,99
Total
6071,99 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 dkk, 1999. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan:
W
e
= 0,00085 W
c
T
2
– T
1
Perry dkk, 1999
Di mana: W
c
= jumlah air masuk menara T
1
= temperatur air masuk T
2
= temperatur air keluar
Universitas Sumatera Utara
Maka, W
e
= 0,00085 6071,99 140-86
= 278,70 kgjam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1
– 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry dkk, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka:
W
d
= 0,002
6071,99 = 12,1440 kgjam
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3
– 5 siklus Perry dkk, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka:
W
b
= 1
S
W
e
= 1
5 278,70
= 69,6761 kgjam
Perry dkk, 1999 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W
e
+ W
d
+ W
b
= 278,70 + 12,1440 + 69,6761 = 360,5244 kgjam
Air Proses Tabel 7.3 Kebutuhan air proses pada alat
Nama alat Jumlah Air kgjam
Kolom Hidrolisa 8721,7209
Total 8721,7209
Air untuk berbagai kebutuhan a. Kebutuhan air domestik
Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 – 100 ltrhari
…... Met Calf Eddy, 1991
Diambil 100 ltrhari x
jam hari
24 1
= 4,167 ρ
air
= 996,23 kgm
3
= 0,99623 kgliter Jumlah karyawan = 145 orang
Universitas Sumatera Utara
Maka total air domestik = 4,167 x 145 = 604,215 ltrjam x 0,99623 kgliter = 601,93 kgjam
b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000
– 1800 ltrhari. Metcalf Eddy 1991 Maka diambil 1300 ltrhari = 54,17 kgjam
c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah Kebutuhan air untuk kantin dan tempat ibadah adalah 400
– 120 ltrhari. Metcalf Eddy, 1991 Maka diambil 100 ltrhari = 4,167 kgjam
ρ
air
= 996,23 kgm
3
= 0,99623 kgliter Pengunjung rata
–rata = 110 orang Maka total kebutuhan airnya = 4,167 x 110
= 458,333 ltrjam x 0,99623 kgltr = 456,6 kgjam
d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1000
– 1500 ltrhari. Metcalf Eddy, 1991 Maka diambil 1200 ltrhari = 50 kgjam
Tabel 7.4 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan
Kebutuhan Jumlah air kgjam
Domestik dan Kantor 601,93
Laboratorium 54,17
Kantin dan tempat ibadah 456,6
Poliklinik 50
Total 1162,7
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 4952,6 + 5863,031 + 1162,7 = 11597,3 kgjam
Sumber air untuk pabrik pembuatan gliserol dari cpo dan air adalah dari Sungai Deli Labuan kec. Medan Labuan, Medan, Propinsi Sumatera Utara. Adapun
kualitas air Sungai Deli Labuan, Medan dapat dilihat pada tabel 7.5 sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Deli Labuan, Medan No
Parameter Jumlah mgl
1. 2.
3. 4.
5. 6.
7. 8.
9. 10.
11. 12.
13. 14.
15. 16.
17. 18.
19. 20.
21. 22.
23. 24.
25. 26.
27. Alkalinitas
Aluminium Arsen
Bikarbonat Karbonat CO
3
Clorida Cl Calsium Ca
CO
2
Bebas PH
Ignation Residu Kesadahan Total
Kesadahan Kalsium Kesadahan Magnesium
Kekeruhan Magnesium Mg
Nitrat NO
3
Suspensi Water Sulfat SO
4
Total Solid Zat Organik
Tembaga Seng Zn
Ferrum Cu Amoniak NH
3
Timbal Pb Oksigen Terlarut
Nitrit 69,28
0,004 Tidak nyata
84,520 Tidak nyata
10,03 10,5
7,340 6,500
200,00 4,500
10,5 25,39
290 NTU 26,290
Tidak nyata Tidak nyata
99,360 216,400
2,250 Tidak nyata
Tidak nyata Tidak nyata
Tidak nyata Tidak nyata
Tidak nyata Tidak nyata
Laporan Baku Mutu Air, Bapedal SUMUT, 2010
Unit Pengolahan Air
Universitas Sumatera Utara
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan gliserol ini diperoleh dari sungai Deli Labuan yang terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan
air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water reservoar
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
Degremont, 1991 : 1. Screening
2. Sedimentasi 3. Koagulasi dan flokulasi
4. Filtrasi 5. Demineralisasi
6. Deaerasi
7.2.1 Screening
Tahap screening merupakan tahap awal dari pengolahan air. Adapun tujuan screening adalah Degremont, 1991:
- Menjaga struktur alur dalam utilitas terhadap objek besar yang mungkin merusak fasilitas unit utilitas.
- Memudahkan pemisahan dan menyingkirkan partikel-partikel padat yang besar yang terbawa dalam air sungai.
Pada tahap ini, partikel 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 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
7.2.3 Koagulasi dan Flokulasi
Koagulasi dan flokulasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al
2
SO
4 3
dan Na
2
CO
3
soda abu. Larutan Al
2
SO
4 3
berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na
2
CO
3
sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pambantu 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 alum. 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. Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al
2
SO
4 3
. Sedangkan pengatur pH dipakai larutan soda abu Na
2
CO
3
yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. 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 permanent menurut proses soda dingin menurut reaksi Degremont, 1991
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
Na
2
SO
4
+ CaCO
3
CaCl
2
+ Na
2
CO
3
2NaCl + CaCO
3
Universitas Sumatera Utara
Selanjutnya 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
= 13127,138 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm Pemakaian larutan soda abu
= 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum Al
2
SO
4 3
yang dibutuhkan = 50.10
-6
× 13127,138 = 0,6563 kgjam Larutan abu soda Na
2
CO
3
yang dibutuhkan = 27.10
-6
× 13127,138 = 0,3544 kgjam
7.2.4 Filtrasi
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD dalam air
Metcalf Eddy, 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, menimbang tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991.
Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan gliserol 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 10 in 25,4 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
Universitas Sumatera Utara
permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar, seperti Biolite, pozzuolana ataupun Granular Active CarbonGAC Degremont, 1991. Pada
pabrik ini, digunakan antrasit setinggi 20 in 50,8 cm. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 16 in 40,64 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
filter , air dipompakan ke bak penampungan 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 = 1162,7 kgjam
Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin
= 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit
= 2.10
-6
× 1162,70,7 = 0,00332 kgjam
7.2.5 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, dimana alat demineralisasi
dibagi atas : a. Penukar kation
Berfungsi untuk mengikat logam – logam alkali dan mengurangi kesadahan air
yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan Mn yang larut dalam air dengan kation hidrogen dan resin. Resin yang digunakan
bertipe gel dengan merek IR –22 Lorch, 1981.
Reaksi yang terjadi : 2H
+
R + Ca
2+
Ca
2+
R + 2H
+
2H
+
R + Mg
2+
Mg
2+
R + 2H
+
Universitas Sumatera Utara
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 Deli Labuan, Medan mengandung kation Fe
2+
, Cd
2+
, Pb
2+
, Mn
2+
, Ca
2+
, Zn
2+
, Al
3+
dan Mg
2+
masing-masing 0 mgL, 0 mgL, 0 mgL, 0 mgL, 10,5 mgL, 0 mgL, 0,004 mgL, dan 26,29 mgL Tabel 7.5.
Total kesadahan kation = 0 + 0 + 0 + 0 + 10,5 + 0 + 0,004 + 26,29 mgL = 36,794 mgL = 0,0368 gL
Jumlah air yang diolah = 2882,183 kgjam =
3 3
Lm 1000
kgm 996,24
kgjam 2882,183
= 2893,0609 Ljam Kesadahan air
= 0,0368 grL × 2893,0609 Ljam × 24 jamhari × 10
-3
kggr = 2,5547 kghari
Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 2882,183 kgjam = 12,7377 galmenit
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 2 ft – 0 in
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 2,5547 kghari Dari Tabel 12.2, 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 2,5547
= 0,1277 ft
3
hari
Universitas Sumatera Utara
Tinggi resin =
14 ,
3 0,1277
= 0,0407 ft Tinggi minimum resin 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 2,5547
kgft 20
ft 7,85
3 3
= 61,45 hari Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 2,5547 kghari ×
3 3
kgrft 20
lbft 6
= 0,7664 lbhari = 0,0145 kgjam
Perhitungan kesadahan anion : Perhitungan Kesadahan Anion
Air Sungai Deli Labuan, Medan mengandung Anion : Cl
-
, SO
4 2-
, CO
3 2-
, masing- masing 10,3 mgL, 99,36 mgL, 0 mgL Tabel 7.5.
Total kesadahan anion = 10,3 + 99,36 + 0 mgL = 103,39 mgL = 0,1094 grL
Jumlah air yang diolah = 2882,183 kgjam =
3 3
Lm 1000
kgm 996,24
kgjam 2882,183
= 2893,061 Ljam Kesadahan air
= 0,1094 grL × 2893,061 Ljam × 24 jamhari × 10
-3
kggr = 7,5953 kghari
Ukuran Anion Exchanger
Jumlah air yang diolah = 2882,183 kgjam = 12,7377 galmenit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh:
- Diameter penukar anion = 2 ft
– 0 in - Luas penampang penukar anion
= 3,14 ft
2
- Jumlah penukar anion = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 7,5953 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh :
- Kapasitas resin = 12 kgft
3
Universitas Sumatera Utara
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
kgrft 12
kghari 7,5953
= 0,6329 ft
3
hari
Tinggi resin =
14 ,
3 0,6329
= 0,2016 ft Tinggi minimum resin 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988
Volume resin = 2,5 ft × 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 7,5953
kgft 12
x ft
7,85
3 3
= 12,4024 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 7,5953 kghari x
3 3
kgrft 12
lbft 5
= 3,1647 lbhari = 0,0599 kgjam
7.2.6 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 koil pemanas.
Kebutuhan Listrik
Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik
No. Pemakaian
Jumlah Hp
1. Unit proses
280 2.
Unit utilitas 1400
3. Ruang kontrol dan Laboratorium
30 4.
Bengkel 40
5. Penerangan dan perkantoran
30
Universitas Sumatera Utara
6. Perumahan
100
Total
1880
Total kebutuhan listrik = 1880 hp × 0,7457 kWHp = 1401,9 kW
Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 1401,9 0,8 = 1752,395 kW
7.4 Kebutuhan Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap dan pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar, karena minyak solar memiliki efisiensi dan nilai
bakar yang tinggi.
Keperluan bahan bakar generator Nilai bahan bakar solar
= 19860 Btulb
m
Perry dkk,
1999 Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL
Daya output generator = 1752,395 kW
Daya generator yang dihasilkan = 1752,395 kW 0,9478 Btudet.kW3600 detjam
= 5979311,932 Btujam Jumlah bahan bakar = 5979311,932 Btujam19860 Btulb
m
0,45359 kglb
m
= 136,5637 kgjam Kebutuhan solar = 136,5637 kgjam 0,89 kgltr
= 153,442 literjam Keperluan bahan bakar ketel uap KU-01
Uap yang dihasilkan ketel uap = 2537,85 kgjam
Entalpi superheated steam 150 C = 2776,2 kJkg
Smith, 2001
Entalpi air kondensat 90 C
= 376,92 kJkg Smith,
2001 Panas yang dibutuhkan ketel =
= 2537,85 kgjam 2776,2
– 376,92 kJkg
Universitas Sumatera Utara
= 6089019 kJjam Efisiensi ketel uap = 85
Panas yang harus disuplai KU-01 = 6089019kJjam0,85
=7163552 kJjam Keperluan bahan bakar ketel uap KU-02
Uap yang dihasilkan ketel uap = 11873,06 kgjam
Entalpi superheated steam 275 C = 2817 kJkg
Smith, 2001 Entalpi air kondensat 222
C = 898,182 kJkg
Smith, 2001
Panas yang dibutuhkan ketel = = 11873,06 kgjam
2817 – 898,182 kJkg
= 22782246 kJjam Efisiensi ketel uap = 85
Panas yang harus disuplai KU-02 = 22782246 kJjam0,85
= 26802643 kJjam Panas total yang harus disuplai ketel = 7163552 + 26802643 = 33966194 kJjam
Nilai bahan bakar solar = 24763 Btulb = 46162,07 kJkg Perry
dkk, 1999
Jumlah bahan bakar = 33966194 kJjam46162,07 kJkg = 735,8031 kgjam
Kebutuhan solar = 735,8031 kgjam0,89 kgltr = 826,7450 literjam
Total kebutuhan solar = 826,7450 + 153,442 literjam = 980,1874 literjam
7.5 Unit Pengolahan Limbah