BAB VII
UTILITAS
Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama 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 LAS adalah
sebagai berikut: 1.
Kebutuhan uap steam 2.
Kebutuhan air 3.
Kebutuhan bahan kimia 4.
Kebutuhan bahan bakar 5.
Kebutuhan energi 6.
Unit pengolahan limbah
7.1 Kebutuhan Uap
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan LAS dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 7.1 Kebutuhan uap sebagai media pemanas
Nama Alat Kebutuhan uap kgjam
Heater-1 129,4313
Heater-2 152,0795
Heater-3 138,7274
Heater-4 246,4743
Total 666,7125
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 10 . Jadi total uap yang dibutuhkan = 1,1 x 666,7125kgjam
= 866,7262 kgjam.
VII-1
Universitas Sumatera Utara
Diperkirakan 80 uap dapat digunakan kembali, sehingga : Uap digunakan kembali = 80 x 666,7125kg jam
= 533,37 kgjam Air untuk ketel uap = 866,7262 - 533,37 kgjam
= 333,3562 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik
pembuatan LAS adalah sebagai berikut: •
Air umpan ketel = 333,3562 kgjam •
Air Proses Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan LAS digunakan pada mixing
tank, kebutuhan air proses berjumlah 7.960,405 kgjam •
Air pendingin Kebutuhan air pendingin pada pabrik pembuatan LAS digunakan pada reaktor
sulfonasi, kebutuhan air pendingin berjumlah 1.023.292,5832 kgjam Air pendingin bekas dari reaktor sulfonasi digunakan kembali untuk
kebutuhan air pendingin pada reaktor netralisasi. 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
2
– T
1
Pers. 12-10, Perry, 1997
Di mana : W
c
= jumlah air pendingin yang diperlukan = 1.023.292,5832 kgjam
T
1
= temperatur air pendingin keluar = 10°C = 50°F T
2
= temperatur air pendingin masuk = 50°C = 122°F Maka, W
e
= 0,0085 x 1.023.292,5832 x 122-50 = 62.625,5060 kgjam
Universitas Sumatera Utara
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 x 1.023.292,5832 = 2.046,5851 kgjam
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus,
maka:
1 S
W W
e b
− =
Pers, 12-12, Perry, 1997
kgjam 3765
, 656
. 15
1 5
62.625,506 W
b
= −
= Sehingga air tambahan yang diperlukan :
= 62.625,5060 + 2.046,5851 + 15.656,3765 = 80.328,4678 kgjam
• Air untuk berbagai kebutuhan
Air untuk berbagai kebutuhan juga dapat dilihat dari tabel berikut ini.
Tabel 7.2 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan
Kebutuhan Jumlah air kgjam
Domestik dan kantor 200
Laboratorium 50
Kantin dan tempat ibadah 100
Poliklinik 50
Total 400
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 80.328,4678 +7.960 + 333,3562 + 400
= 89.022,2290 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan LAS ini berasal dari Sungai Sei Silau
Asahan Bapelda SUMUT, 2009.
Universitas Sumatera Utara
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
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 di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water intake yang juga
Universitas Sumatera Utara
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. 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 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.
Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok- flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya grafitasi, sedangkan air
jernih akan keluar melimpah overflow yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir sand filter untuk penyaringan.
Pemakaian larutan alum umumnya 5-50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54
Baumann, 1971. Total kebutuhan air
= 89.022,2290 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm
Universitas Sumatera Utara
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 x 50 = 27 ppm
Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10
-6
x 89.022,2290 = 4,4511 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan
= 27.10
-6
x 89.022,2290 = 2,4036 kgjam
7.2.3 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 anterakit 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.
Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses softener dan deaerasi. 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
. Khusus untuk air minum, setelah dilakukan proses klorinasi diteruskan ke penyaring air water treatment system sehingga air yang
keluar merupakan air sehat dan memenuhi syarat-syarat air minum tanpa harus dimasak terlebih dahulu.
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 400 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Gordon, 1968
Total kebutuhan kaporit = 2.10
-6
x 4000,7 = 0,00114 kgjam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi.
Universitas Sumatera Utara
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:
Na
2
R + Ca
2+
→ CaR + 2Na
+
Na
2
R + Mg
2+
→ MgR + 2Na
+
Untuk regenerasi dipakai NaCl berlebih dengan reaksi: 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 Dowex 2.
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 mengandung kation Fe
2+
,Mn
2+
,Ca
2+
,Mg
2+
,Zn
+2
, Cu
2+
, Pb
+2
dan Cd
+2
masing-masing 0,028 ppm, 0,028 ppm, 200 ppm, 100 ppm, 0,008 ppm, 0,03 ppm 0,01 dan 0,001 Tabel 7.3.
1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan kation = 0,028 + 0,028 + 200 + 100 + 0,008 + 0,03 + 0,01 +
0,001 ppm = 300,105 ppm 17,1
= 17,55 grgal
Universitas Sumatera Utara
Jumlah air yang diolah = 333,35625 kgjam = 88,4448 galjam Kesadahan air
= 17,55 grgal x 88,4448 galjam x 24 jamhari = 37.252,9506 grhari
Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 333,35625 galjam = 88,4448 galjam
Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar kation
= 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 37,253 kghari
Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin
= 12 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaClft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
kgft 12
kghari 37,253
= 3,1044 ft
3
hari Tinggi resin
= 14
, 3
1044 ,
3 = 0,9886 ft
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
Waktu untuk regenerasi = kghari
37,2529 kgft
12 x
ft 7,85
3 3
= 2,5286 hari = 60,6878 jam
Kebutuhan regenerant NaCl = 37,2529 kghari x
3 3
kgft 12
lbft 5
= 7,0408 lbhari = 0,29337 kgjam
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan Kesadahan Anion
Air sungai mengandung Anion Cl
-
60 ppm, SO
-2
42 ppm, CO
-2
95 ppm, SO
4 -2
42 ppm, CN
-1
0,001 ppm,SeO
3 -2
0,005 dan NO
3 -2
0,074 ppm 1 grgal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 239,08 ppm 17,1
= 13,9812 grgal Jumlah air yang diolah
= 333,35625 galjam = 88,4448 galjam Kesadahan air
= 13,9812 grgal x 88,4448 galjam x 24 jamhari
= 29.677,7309 grhari =29,6777 kghari Ukuran Anion Exchanger
Jumlah air yang diolah = 88,4448 galjam Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh:
- Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 29,6777 kghari
Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin
= 12 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin
Jadi, kebutuhan resin =
3
kgft 12
kghari 29,6777
= 2,4731 ft
3
hari Tinggi resin
= 14
, 3
4731 ,
2 = 0,7876 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook
Volume resin = 0,7876 ft x 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
Universitas Sumatera Utara
Waktu regenerasi =
kgrhari 29,6777
kgft 12
x ft
7,85
3 3
= 3,17 hari = 76,17 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 29,6777 kghari x
3 3
kgrft 3,14
lbft 5
= 12,3657 lbhari = 0,2337 kgjam
7.2.5 Deaerator
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari 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 di dalam deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan LAS adalah sebagai berikut:
1. Al
2
SO
4 3
= 4,4511 kgjam 2. Na
2
CO
3
= 2,4036 kgjam 3. Kaporit
= 0,0011 kgjam 4. NaCl
= 0,2933 kgjam 5. NaOH
= 0,2337 kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses
= 300 hp 2. Unit Utilitas
= 100 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 30 hp
4. Penerangan dan kantor = 30 hp
5. Perumahan = 130 hp
6. Bengkel = 40 hp
Total kebutuhan listrik = 530 hp x 0,7457 kWhp = 395,221 kW
Efisiensi generator 80 , maka Daya output generator = 395,221 0,8 = 494,0265 kW
Universitas Sumatera Utara
7.5 Keperluan Energi 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 dkk,1999
Kebutuhan listrik = 494,02625 KW Daya generator = 494,02625 KW x 0,9478 BtudetkW x 3600 detjam
= 1685657,087 Btujam Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan = 1685657,087 19860 x 0,45359
= 38,49935539 kgjam = 43,25770269 ltrjam
Untuk bahan bakar ketel uap Uap yang dihasilkan dari air fresh
= 666,7125 kgjam Panas laten superheated steam 100
°C = 2256,9 kJkg
Panas yang dibutuhkan ketel = 666,7125 kgjam
× 2256,9 kJkg 1,05506 kJBtu = 1.426.259,186 Btujam
Efisiensi ketel uap = 75 Panas yang harus disuplai ketel
= 1.426.259,186 Btujam 0,75 = 1.901.678,915 Btujam Jumlah bahan bakar = 1.901.678,915 19860 x 0,45359
= 43,4331 kgjam = 48,8013 ltrjam
7.6 Unit Pengolahan Limbah
