Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
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 etanol 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. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan etanol
Tabel 7.1 Kebutuhan air sebagai umpan ketel
No Nama Alat
Jumlah kgjam
1 Tangki Sterilisasi ST-01
9005211,6510 2
Heater H-01 8463833,7000
3 Menara Destilasi MD-01
2142704,8490
Total 19611750,2000
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 Perry,2004
Total steam yang dibutuhkan = 1,2 x 19611750,2000= 23534100,24 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat dipergunakan kembali, sehingga
Kondensat dipergunakan kembali = 80 x 23534100,24 = 18827280,19 kgjam Kebutuhan tambahan ketel = 20 x 18827280,19 kgjam= 3765456,038 kgjam
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan etanol
adalah sebagai berikut: •
Air untuk umpan ketel uap = 3765456,038 kgjam •
Air untuk pendingin reaktor = 675,8852 kgjam •
Untuk air pendingin Cooler = 468271,0059 kgjam •
Untuk pendingin Fermentor = 5414,1935 kgjam Total air pendingin
= 474361,0846 kgjam 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, 1992 Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan:
W
e
= 0,00085 W
c
T
2
– T
1
Pers 12-10, Perry, 1992 Dimana:
W
c
= Jumlah air pendingin yang diperlukan = 474361,0846 kgjam
T
1
= Temperatur air pendingin masuk = 30
o
C = 86
o
F T
2
= Temperatur air pendingin keluar = 40
o
C = 104
o
F Maka : W
e
= 0,00085 x 474361,0846 104 – 86 = 7257,7246 kgjam
Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk kemenara air Perry,2004. Ditetapkan drift loss 0, 2, maka:
W
d
= 0,002 x 474361,0846 = 948,7222 kgjam.
Air yang hilang karena blowdown tergantung dari jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 2004. Ditetapkan 5 siklus maka:
W
b
=
1 −
S W
c
Perry, 1992
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
W
b
= 1
5 6
474361,084 −
= 118590,2712 kgjam Sehingga air tambahan pendingin = 7257,7246 + 948,7222 + 118590,2712
= 126796,7180 kgjam •
Air untuk R-01 = 92494,0397 kgjam
• Air untuk berbagai kebutuhan
Tabel 7.2 Diperkirakan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan
Kebutuhan Jumlah air kgjam
Domestik dan kantor 100
Laboratorium 30
Kantin dan tempat ibadah 50
Poliklinik 30
Total 210
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 3765456,038 + 126796,7180 + 92494,0397 + 210
= 3984956,796 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan etanol ini berasal dari Sungai Sei Silau
Asahan Bapedalda SUMUT, 2007. Kualitas air Sungai Sei Silau Asahan ini dapat dilihat pada Tabel 7.3 berikut ini:
Tabel 7.3 Kualitas Air Sungai Silau, Kuala Tanjung – Asahan
No. Parameter
Satuan Kadar
A. Fisika
1. Suhu
o
C 26,4
2. Padatan terlarut
mgL 56,4
B. Kimia Anorganik :
3. PH
mgL 6,7
4. Hg
2+
mgL 0,001
5. Ba
2+
mgL 0,1
6. Fe
2+
mgL 0,028
7. Cd
2+
mgL 0,001
8. Mn
2+
mgL 0,028
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
9. Zn
2+
mgL 0,008
10. Cu
2+
mgL 0,03
11. Pb
2+
mgL 0,01
12. Ca
2+
mgL 200
13. Mg
2+
mgL 100
14. F
-
mgL 0,001
15. Cl
-
mgL 60
16. NO
2 -
mgL 0,028
17. NO
3 -
mgL 0,074
18. SeO
3 2-
mgL 0,005
19. CN
-
mgL 0,001
20. SO
4 2-
mgL 42
21. H
2
SO
4 -
mgL 0,002
22. Oksigen terlarut DO
mgL 6,48
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 tampa bantuan bahan kimia.
Sedangkan partikel – partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya.
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
7.2.2 Klarifier
Klarifier merupakan proses penghilangan kekeruhan didalam air. Air dari sreening dialirkan ke clarifier setelah diinjeksi larutan alum, Al
2
SO
4 3
dan larutan soda abu Na
2
CO
3 .
Larutan alumunium 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 Bauman, 1971
Total kebutuhan air = 3984956,796 kgjam
Pemakaian larutan alumunium sulfat = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu
= 0,54 x 50 = 27 ppm Larutan alum dibutuhkan
= 50 . 10
-6
x 3984956,796 kgjam = 199,25 kgjam
Larutan soda abu dibutuhkan = 27 . 10
-6
x 3984956,796 kgjam = 107,5938 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.
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
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 = 210 kgjam Kaporit yang digunakan mengandung klorin 70
Kebutuhan klorin = 20 ppm dari berat air
Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporait = 20.10
-6
x 2100,7 = 0,006 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 terlarut dalam air dengan kation dari resin. Resin yang digunakan bermerek Daulite C-20. Reaksi yang terjadi adalah :
Na
2
R + Ca
2+
CaR + 2Na
+
Na
2
R + Mg
2+
MgR + 2 Na
+
Untuk regenerasi dipakai NaCl berlebih dengan reaksi:
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
CaR + 2NaCl Na
2
R + CaCl
2
MgR + 2NaCl Na
2
R + MgCl
2
2. Penukar Anion Anion Exchanger
Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek Dower 2. Reaksi
yang terjadi adalah: 2ROH + SO
2 2-
R
2
SO
4
+ 2 OH
-
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 Sei Silau Asahan mengandung kation Hg
2+
,Ba
2+
, Fe
2+
, Cd
2+
, Mn
2+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Zn
2+
, Cu
2+
, dan Pb
2+,
masing - masing 0,001 ppm, 0,1 ppm, 0,028 ppm, 0,01 ppm, 0,028 ppm, 0,008 ppm, 0,03 ppm, 0,01 ppm, 200 ppm, dan 100 ppm
Tabel 7.4 1 grainsgal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 0,01 + 0,1 + 0,028 + 0,001 + 0,028 + 0,008 + 0,03 + 0,01 + 200 + 100
= 300,206 ppm 17,1 = 17,5559 grainsgal
Jumlah air yang diolah = air umpan ketel = 3765456,038 kgjam
=
3 3
17 ,
264 23
, 998
8 3765456,03
m gal
x m
kg jam
kg = 3772,1327 galjam
Kesadahan air = 17,5559 grainsgal x 3772,1327 galjam x 24 jamhari = 1589356,433 grainshari = 1589,3564 kgrhari
Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 1589,3564 kgrhari
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Hand Book,1992; diperoleh : - Kapasitas resin
= 20 kgrft
3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaClft
3
resin Kebutuhan resin =
3
kgrft 20
kgrhari 1589,3564
= 79,4678 ft
3
hari
Tinggi resin = 14
, 3
79,4678 = 25 ft
Waktu regenerasi = kgrhari
1589,3564 kgrft
20 x
ft 79,4678
3 3
= 1 hari
Kebutuhan regenerant NaCl = 1589,3564 kgrhari
3 3
kgrft 20
kgft 6
= 476,8069 kghari. Perhitungan kesadahan anion
Air Sei Silau Asahan mengandung anion F
-
, Cl
-
, NO
2 -
, NO
3 -
, SO
4 2-
, CN
-
, SO
4 -
, H
2
SO
4 -
, masing – masing 0,001 ppm, 60 ppm, 0,028 ppm, 0,074 ppm, 0,005 ppm, 0,001 ppm, 42 ppm, dan 0,002 ppm Tabel 7.3
1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan anion = 0,001 + 60 + 0,028 + 0,074 + 0,005 + 0,001 + 42 + 0,002
= 102,109 ppm 17,1 = 5,9713 graingal
Jumlah air yang diolah = 3772,1327 galjam Kesadahan air
= 5,9713 graingal x 3772,1327 galjam x 24 jamhari = 540588,8638 grainhari = 540,5889 kgrhari
Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 540,5889 kgrhari
Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Hand Book,1992; diperoleh : - Kapasitas resin
=12 kgrft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin Jadi,
Kebutuhan resin =
3
kgrft 12
kgrhari 540,5889
= 45,049 ft
3
hari
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
Tinggi resin = 14
, 3
45,049 = 14,3468 ft
Waktu regenerasi = kgrhari
540,5889 kgrft
12 x
ft 45,049
3 3
= 1 hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 540,5889 kgrhari x
3 3
kgrft 12
kgft 5
= 225,2454 kghari.
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 etanol adalah sebagai berikut:
1. Al
2
SO
4 3
= 199,25 kgjam 2. Na
2
CO
3
= 107,5938 kgjam 3. Kaporit
= 0,006 kgjam 4. NaCl
= 476,8069 kghari.= 19,867 kgjam 5. NaOH
= 225,2454 kghari. = 9,3852 kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Berdasarkan Lampiran C dan Lampiran D kebutuhan listrik diperkirakan sbagai berikut:
1. Unit Proses = 1000 HP
2. Unit utilitas = 1500 HP
3. Ruang kontrol dan laboratorium = 40 HP
4. Penerangan dan kantor = 35 HP
5. Bengkel = 40 HP
Rabiyatul Adawiyah : Pembuatan Bioetanol Dari Molase Dengan Kapasitas 96.000 TonTahun, 2010.
Total kebutuhan listrik = 2615 HP
= 2615hp x 0,7457 kW HP = 1950.0055 KW
Efesiensi generator 80, maka Daya output generator = 1950.0055 0,8 = 2437,5069 KW
Generator digunakan sebanyak 2 buah generator diesel type AC : 400 V, 2500 kW 50 Hz, 3 phase, dimana 1 buah beroperasi dan 1 buah standby.
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar
Bahan bakar diperlukan untuk generator dan bahan bakar boiler.
Untuk bahan bakar generator
Nilai bakar solar = 19860 Btulb Labban,1971
Densitas solar = 0,89 kgltr Perry,1992
Kebutuhan listrik = 2437,5069 KW Daya generator = 2437,5069 0,8
= 3046,8836 KW x 0,9478 BtudetkW x 3600 detjam = 10396210,68 Btujam
Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan = 10396210,68 0,8 x 19860 = 654,3435 lbjam 1,958 lbltr
= 334,1898 ltrjam Untuk bahan bakar ketel uap
Uap yang dihasilkan ketel uap = 3765456,038 kgjam Panas laten steam pada 130
o
C, λ = 520 kkalkg Reklaitis, 1983
= 2063,4921 Btukg Panas yang dibutuhkan = 3765456,038 kgjam x 2063,4921 Btukg
= 7769988787 Btujam Jumlah bahan bakar = 7769988787 Btujam 261,573 Btuft
3
= 29704857,87ft
3
jam28,32ltrft
3
= 239477,0102 ltrjam
7.6 Unit Pengolahan Limbah
