Kebutuhan Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

BAB VII UTILITAS

Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam 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 propilen oksida adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik 6. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Steam

Steam digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan steam pada pabrik pembuatan propilen oksida dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Steam Pabrik nama alat jumlah uap kgjam Heater 1 21.953,4096 Heater 2 19.152,1906 Heater 4 97.537,1771 Heater 5 42.867,6527 Heater 6 80.838,4789 RB1 25.056,2466 RB2 58.133,8030 RB3 39.951,5829 Total 38.5490,5413 Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan temperatur 120°C dan tekanan 2 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 38.5490,5413 kgjam. Universitas Sumatera Utara Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20. Maka: Total steam yang dibutuhkan = 20 × 38.5490,5413 kgjam = 462588,6496 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 462588,6496 kgjam = 370070,9197 kgjam Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20 × 462588,6496 kgjam = 92517,7299 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan propilen oksida adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan air pendingin Kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan propilen oksida ditunjukkan pada tabel 7.2. Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Jumlah Air Pendingin kgjam Reaktor peroksidasi 3.511.007,8622 Reaktor epoksidasi 12.223.120,9240 Cooler 3 10.038.271,0500 Cooler 4 11.510.258,8100 Cooler 5 8.145.513,7220 Kondensor 1 56.574,9555 Kondensor 2 67.382,4793 Kondensor 3 67.382,4793 Total 45.619.512,2822 Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, Universitas Sumatera Utara maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown Perry, 1999. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Pers. 12-10, Perry, 1999 Di mana: W c = jumlah air pendingin yang diperlukan T 1 = temperatur air pendingin masuk = 30°C = 86°F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 45°C = 113°F Maka: W e = 0,00085 × 45.619.512,2822× 113 – 86 = 1046967,8069 kgjam 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 × 45.619.512,2822 = 91239,0246 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, 1999 kgjam 4 523483,903 1 3 09 1046967,80 W b = − = Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b =1046967,8069+91239,0246+ 4 523483,903 = 1661690,7349 kgjam 2. Air untuk berbagai kebutuhan Air Proses Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses pada Alat Kebutuhan Jumlah air kgjam Kebutuhan air proses 327,7452 Universitas Sumatera Utara Perhitungan kebutuhan air domestik: Menurut Metcalf et.al. 1991 kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40-100 literhari. Diambil 100 literhari × jam hari 24 1 = 4,16 ≈ 4 literjam ρ air = 1000 kgm 3 = 1 kgliter Jumlah karyawan = 128 orang Maka total air kantor = 4 × 128 = 512 literjam × 1 kgliter = 512 kgjam Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel 7.4. Tabel 7.4 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan Domestik Kebutuhan Jumlah air kgjam Kantor 512 Laboratorium 50 Kantin dan tempat ibadah 100 Poliklinik 30 Total 692 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 92517,7299 + 45619512,2822 + 327,7452 +692 = 45713049,7574 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan propilen oksida ini adalah dari air Sungai Belawan, Provinsi Sumatera Utara. Adapun kualitas air Sungai Belawan dapat dilihat pada tabel 7.5. Universitas Sumatera Utara Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Belawan No Analisa Satuan Hasil 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. I. FISIKA Bau Kekeruhan Rasa Warna Suhu II. KIMIA Total kesadahan dalam CaCO 3 Klorida NO 3 -N Zat organik dalam KMnO 4 COD SO 4 - Sulfida Fosfat PO 4 3- Cr +2 NO 3 NO 2 Hardness CaCO 3 pH Fe 2+ Mn 2+ Zn 2+ Ca 2+ Mg 2+ CO 2 bebas Cu 2+ NTU TCU °C mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl Tidak berbau 50,16 Tidak berasa 150 25 150 1,3 0,2 65 5 - 0,245 - - - 13 6,6 5 0,016 0,0012 12 15 132 0,0032 Analisa tidak bisa dilakukan, alat dan bahan kimia tidak tersedia Sumber: Laboratorium PERTAMINA BELAWAN 10 Maret 2012 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

7.2.1 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 Degremont, 1991.

7.2.1 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.

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. 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 trivalent. 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. 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 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 2NaCl + 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 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 = 1903887,9607 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 1903887,9607 = 95,1944 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 95,1944 = 51,4050 kgjam Universitas Sumatera Utara

7.2.3 Filtrasi

Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD dalam air Metcalf, 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, sebab tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan asetonitril 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 24 in 60,96 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 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 38 in 0,963 m. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 7 in 17,78 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 menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan. 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 Universitas Sumatera Utara 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. Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO 2 Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 692 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 6920,7 = 0,002 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. Alat demineralisasi dibagi atas: a. 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 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 Belawan mengandung kation Fe 2+ , Mn 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ , Zn +2 , dan Cu 2+ masing-masing 5 ppm, 0,016 ppm, 12 ppm, 15 ppm, 0,0012 ppm, dan 0,0032 ppm Tabel 7.5. Universitas Sumatera Utara 1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan kation = 5 + 0,016 + 12 + 15 + 0,0012 + 0,0032 = 32,0204 ppm 17,1 = 1,8725 grgal Jumlah air yang diolah = 2130,0500 kgjam = 3 3 galm 264,17 kgm 996,24 kgjam 2130,0500 × = 22186,7371 galjam Kesadahan air = 1,8725 grgal × 22186,7371 galjam × 24 jamhari = 997,0720 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 22186,7371 galjam = 369,7790 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 0,7854 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan: Total kesadahan air = 485232,9778 kghari Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Handbook 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 20 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 997,0720 = 49,8536 Tinggi resin = ft 63,4754 7854 , 49,8536 = Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 50,0806 ft 2 = 1,9635 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 997,0720 kgft 20 ft 1,9635 3 3 × = 0,0390 hari = 0,9452 jam Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 997,0720 kghari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 299,1216 lbhari Universitas Sumatera Utara = 135,8012 kghari = 5,6584 kgjam

b. 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 asetonitril 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 Anion Air sungai Belawan mengandung Anion Cl - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- , dan NO 3 - masing-masing 1,3 ppm, 5 ppm, 13 ppm, 0,245 ppm, dan 0,2 ppm Tabel 7.4. 1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan anion = 1,3 + 5 + 13 + 0,245 + 0,2 = 19,745 ppm 17,1 = 1,155 grgal Jumlah air yang diolah = 83670,7990 kgjam = 3 3 galm 264,17 kgm 996,24 kgjam 83670,7990 × = 22186,3522 galjam Kesadahan air = 1,155 grgal × 22186,7371 galjam × 24 jamhari = 615,0163 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 22186,7371 galjam = 369,7790 galmenit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion = 4 ft - Luas penampang penukar kation = 0,7854 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Universitas Sumatera Utara Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 1,5327 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgrft 12 kghari 615,0164 = 51,2514 ft 3 hari Tinggi resin = 785 , 51,2514 = 65,2551 ft Volume resin = 65,2551 ft × 0,7854 ft 2 = 51,2514 ft 3 Waktu regenerasi = kgrhari 615,0164 kgrft 12 ft 51,2514 3 3 × = 1 hari = 24 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 615,0164 kgrhari × 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 256,2568 lbhari = 116,3406 kghari =4,8475 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°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 Propilen oksida adalah sebagai berikut : 1. Al 2 SO 4 3 = 95,1944kgjam 2. Na 2 CO 3 = 51,4050 kgjam Universitas Sumatera Utara 3. Kaporit = 0,0020 kgjam 4. H 2 SO 4 = 5,6584 kgjam 5. NaOH = 4,8475 kgjam

7.4 Kebutuhan Listrik

 Kebutuhan Listrik untuk Penerangan Pabrik, Perumahan, dan lain – lain Luas area pabrik = 9.792 m 2 Penerangan rata-rata = 15 W m 2 Kebutuhan listrik = 158,7 kW Perincian perencanaan kebutuhan listrik dapat dilihat pada Tabel 7.6 berikut : Tabel 7.6 Perincian Kebutuhan Listrik No. Pemakaian Jumlah hP 1. Unit proses 29380,4183 2. Unit utilitas 98,9081 3. Penerangan Pabrik dan Perumahan 158,7000 Total 29638,0264 Total kebutuhan listrik = 29638,0264hp × 0,7457 kWhp = 22101,0763 kW Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 22101,0763 0,8 = 27626,3454kW

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar

Kebutuhan bahan bakar adalah : 1. Untuk bahan bakar generator Nilai bakar solar = 19860 btulb Perry,1999 Densitas solar = 0,89 kgl Perry,1999 Daya yang dibutuhkan = hp 1 btujam 5 , 2544 hp 37047,5330 × = 94267447,7951 btujam Universitas Sumatera Utara Jumlah solar yang dibutuhkan untuk bahan bakar generator adalah : literjam 2419,1120 kgl 0,89 kgjam 0096 , 53 21 kgjam 0096 , 53 21 btulb 19860 btujam 951 94267447,7 = = = = Digunakan 2 buah generator = 2 x 2419,1120 literjam = 4838,2239 literjam 2. Untuk bahan bakar ketel uap Steamuap yang dihasilkan ketel uap = 83670,7990 kgjam Panas laten saturated steam 120 °C = 2202,2 kJkg Smith, 2005 Hal 719 Panas yang dibutuhkan ketel = 66014,2300 kgjam × 2202,2 kjkg = 184259833,4680 kJjam = 184259833,4680 kJjam 1,05506 kJBtu = 174643938,2291 Btujam Efisiensi ketel uap = 75 Panas yang harus disuplai ketel = 75 , 2291 174643938, = 232858584,3055 Btujam Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb Perry, 1999 Jumlah bahan bakar =232858584,3055 Btujam19860 Btulb m x 0,45359 kglb m = 5318,3447 kgjam Kebutuhan solar = 5318,3447 kgjam 0,89 kgltr = 5975,6682 ltrjam Total kebutuhan solar =10813,8921 ltrjam

7.6 Unit Pengolahan Limbah