Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik

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 xylitol dari tongkol jagung adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan listrik 5. Kebutuhan bahan bakar 6. Kebutuhan udara pendingin 7. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Uap Steam

Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan xyltiol dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Sebagai Media Pemanas Nama Alat Jumlah Uap Kgjam Reaktor Hidrolisis R-101 689,0278 Heater H-101 1239,8065 Reaktor Hidrogenasi R-201 3471,8719 Knock Out Drum K-201 1526,7779 Evaporator E-301 146,7621 Total 7074,2462 Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan temperatur 200 o C, tekanan 16 bar. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 7074,2462 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20. Maka: Universitas Sumatera Utara Total steam yang dibutuhkan = 1,2 × 7074,2462 kgjam = 8489,0954 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 8489,0954 kgjam = 6791,2764 kgjam Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20 × 8489,0954 kgjam = 1697,8191 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan xylitol adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan air untuk ketel Air untuk umpan ketel uap = 1697,8191 kgjam 2. Kebutuhan air proses Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan xylitol adalah 2680,3275 kgjam 3. Kebutuhan air untuk pendingin Kebutuhan air pendingin pada pabrik pembuatan xyltiol dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Jumlah Air Pendingin Kgjam Subcooler HE-101 7309,0803 Subcooler HE-102 27547,3972 Cooler HE-201 7588,2312 Subcooler HE-202 25459,1294 Cooler HE-301 555,3857 Total 68459,2238 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, 1997. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan : W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry, 1997 dimana : W c = jumlah air pendingin yang diperlukan T 1 = temperatur air pendingin masuk = 25°C = 77°F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 50°C = 122°F W e = 0,0085 × 68459,2238 × 122-77 = 2618,5653 kgjam Air yang hilang karena drift loss sekitar 0,1-0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka : W d = 0,002 × 68459,2238 = 136,9184 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, sekitar 3-5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 3 siklus, maka : 1 S W W e b − = Perry, 1997 1 3 2618,5653 W b − = = 1309,2827 kgjam Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 2618,5653 + 136,9184 + 1309,2827 = 4064,7664 kgjam 4. Air untuk berbagai kebutuhan Perhitungan kebutuhan air domestik: Menurut Metcalf et.al. 1991 kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40-100 literhari. Diambil 50 literhari × jam 24 hari 1 = 2,0833 ≈ 2 literjam ρ air = 1000 kgm 3 = 1 kgliter Universitas Sumatera Utara Jumlah karyawan = 150 orang Maka total air kantor = 2 × 150 = 300 literjam × 1 kgliter = 300 kgjam Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel berikut : Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan Domestik Kebutuhan Jumlah air kgjam Kantor 300 Laboratorium 100 Kantin dan tempat ibadah 100 Poliklinik 100 Total 600 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 1697,8191 + 2680,3275 + 4064,7664 + 600 = 9042,9130 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan xylitol ini adalah dari Sungai Deli, Kawasan Industri Medan, Provinsi Sumatera Utara. Adapun kualitas air Sungai Deli, Daerah Kawasan Industri Medan dapat dilihat pada tabel berikut Bapedal, 2004 : Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Deli, Daerah Kawasan Industri Deli Parameter Satuan Kadar Suhu Nitrat NO 3 -N Nitrit NO 2 -N Clorida Cl Sulfat SO 4 Iron Fe Timbal Pb Mangan Mn Sianida CN Total Dissolved Solid Tembaga Cu Hardness as CaCO 3 Kalsium Magnesium °C mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL ± 28 0,2 0,1 8,7 16 0,873 1,142 0,154 0,0018 31,6 0,113 87 43 28 Lokasi Sampling: Sungai Deli, daerah Labuhan Sumber : Bapedal, 2004 Universitas Sumatera Utara Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik xylitol diperoleh dari sungai Deli 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. 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. Universitas Sumatera Utara

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 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 = 9042,9130 kgjam Universitas Sumatera Utara Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 0,4521 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 0,2442 kgjam

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 xylitol 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 10,24 in 26,06 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 5,33 in 13,55 cm. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 2,99 in 7,59 cm Metcalf Eddy, 1991. Bagian bawah alat penyaring dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saring sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan Universitas Sumatera Utara regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik back washing. Dari sand filter, air dipompakan ke menara 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 = 600 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 6000,7 = 0,0017 kgjam

7.2.4 Demineralisasi

Air umpan ketel uap dan air 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 Universitas Sumatera Utara Perhitungan Kesadahan Kation Air sungai Deli mengandung kation Fe 2+ , Pb 2+ , Mn 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ , dan Mg 2+ masing- masing 0,873 ppm, 1,142 ppm, 0,154 ppm, 0,113 ppm, 43 ppm, dan 28 ppm Tabel 7.4. Dimana 1 ggal = 17,1 ppm Total kesadahan kation = 4,2855 ggal Jumlah air yang diolah = 5762,5855 kgjam = 3 3 galm 264,17 kgm 996,24 kgjam 5762,5855 × = 1513,1646 galjam Kesadahan air = 4,2855 ggal × 1513,1646 galjam × 24 jamhari = 157,4832 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 1513,1646 galjam Dari Tabel 12.4 Nalco 1988, diperoleh data-data berikut: - 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 = 157,4832 kghari Dari Tabel 12.2 Nalco 1988, diperoleh: - Kapasitas resin = 16 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 10 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgft 16 kghari 157,4832 = 9,8427 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 9,8427 = 3,1346 ft Tinggi minimum resin adalah 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 Universitas Sumatera Utara Waktu regenerasi = kghari 157,4832 kgft 20 ft 7,85 3 3 × = 0,7975 hari = 19.1411 jam Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 157,4832 kghari × 3 3 kgft 16 lbft 10 = 98,4270 lbhari = 1,8603 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 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 Anion Air Sungai Deli, Labuhan mengandung Anion Cl - , SO 4 2- , CN - , CO 3 2- , masing-masing 8,7 ppm, 16 ppm, 0,0018 ppm, dan 87 ppm Tabel 7.4. Dimana 1 ggal = 17,1 ppm Total kesadahan anion = 6,5323 ggal Jumlah air yang diolah = 5762,5855 kgjam = 3 3 galm 264,17 kgm 996,24 kgjam 5762,5855 × = 1531,1646 galjam Kesadahan air = 6,5323 ggal × 1531,1646 galjam × 24 jamhari = 240,0475 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 1531,1646 galjam Dari Tabel 12.4 Nalco 1988, diperoleh: Universitas Sumatera Utara - 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 = 240,0475 kghari Dari Tabel 12.7 Nalco 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgft 12 kghari 240,0475 = 20,0040 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 20,0040 = 6,3707 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988 Volume resin = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,8500 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 240,0475 kgft 12 ft 7,8500 3 3 × = 0,3924 hari = 9,4181 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 240,0475 kghari × 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 100,0198 lbhari = 1,8904 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. Universitas Sumatera Utara

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia untuk pengolahan air pada pabrik pembuatan xylitol adalah sebagai berikut: 1. Al 2 SO 4 3 = 0,4521 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 0,2442 kgjam 3. Kaporit = 0,0017 kgjam 4. H 2 SO 4 = 1,8603 kgjam 5. NaOH = 1,8904 kgjam

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses = 300 hp 2. Unit Utilitas = 400 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 100 hp 4. Penerangan dan kantor = 30 hp 5. Bengkel = 40 hp 6. Perumahan = 100 hp Total kebutuhan listrik = 300 + 400 + 100 + 30 + 40 + 100 hp = 970 hp × 0,7457 kWhp = 723,329 kW Efisiensi generator 80, maka Daya output generator = 723,329 kW0,8 = 904,1613 kW Sumber tenaga listrik yang dipakai untuk memenuhi kebutuhan energi listrik secara keseluruhan di pabrik, diperoleh dari PLN dan generator set genset.  PLN Sumber tenaga listrik dari PLN mempunyai kapasitas maksimum 1.100 KW. Tetapi dalam pelaksanaannya jumlah listrik yang dipergunakan hanya berkisar antara 200 – 300 kW. Penggunaannya hanya untuk kebutuhan kantor, tempat ibadah, kantin, laboratorium, bengkel, lampu jalan, dan lampu pabrik. Universitas Sumatera Utara  Generator Set Genset Mengingat seringnya dilakukan pemadaman bergilir oleh PLN maka kebutuhan sumber listrik untuk pengoperasian listrik selain dari PLN, juga diperoleh dari generator. Generator yang digunakan adalah jenis generator diesel AC 1000 kW, 220 – 240 V, 50 Hz, 3 phase yang mempunyai keuntungan :  Tenaga dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai dengan kebutuhan dengan menggunakan transformator  Daya dan tenaga listrik yang dihasilkan relatif besar  Tenaga listrik stabil  Kawat penghantar yang digunakan lebih sedikit  Motor 3 phase harganya relatif lebih murah dan sederhana

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar