Kebutuhan Steam uap Kebutuhan Air

BAB VII UTILITAS

Utilitas dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama di dalam kelancaran proses produksi. Agar proses produksi tersebut dapat terus berkesinambungan, haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas yang baik. Berdasarkan kebutu↓annya, utilitas pada βPra–rancangan Pabrik pembuatan poliasam laktat dari dekstrosa ” ini meliputi : 1. Kebutuhan steam uap 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik 6. Sarana pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Steam uap

Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan uap sebagai media pemanas. Adapun kebutuhan st eam uap pada βPra–Rancangan Pabrik pembuatan poliasam laktat dari dekstrosa ” ini adala↓ : Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Nama Alat Jumlah Uap kgjam Evaporator I EV-101 22328,80395 Evaporator II dan III EV-102 dan EV-103 9741,8394 Reaktor Prepolimerisasi R-204 6431,2337 Reboiler E-326 7,8659 Reaktor Polimerisasi R-205 932,6100 Steam Ejector 15102,9979 Total 54.545,3509 Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan temperatur 250 C dan Universitas Sumatera Utara tekanan 1 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 54.545,3509 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar 10 . Perry, 1999 maka : Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 54.545,3509kgjam = 70.908,9561 kgjam. Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali Evans,1978, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80 70.908,9561 = 56.727,1649 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20 70.908,9561 = 14.181,7912 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Kebutuhan air pada pabrik pembuatan poliasam laktat dari dekstrosa adalah : 1. Air untuk umpan ketel uap = 14.181,7912 kgjam 2. Air pendingin Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Jumlah Air kgjam R-103 17448,6863 Cooler 101 34,0044 Kondensor 425,7587 Coler 204 1217.,5432 Total 19125,9925 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, 1997 Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 1 – T 2 Perry, 1997 Di mana: W c = jumlah air masuk menara = 19125,9925kgjam T 1 = temperatur air masuk = 50°C = 122 °F T 2 = temperatur air keluar =25°C = 77 °F Universitas Sumatera Utara Maka, W e = 0,00085 19125,9925 122 -77 = 731,5692 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 19125,9925= 38,2520 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka : W b = 1 S W e = 1 5 731,5692 = 182,8923 kgjam Perry, 1997 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 731,5692+ 38,2520+ 182,8923 = 952,7135 kgjam 3. Air Proses = 26270,93629 kgjam Nama Alat Jumlah Air kgjam Fermentor RE-101 21051,32988 Mixer II 4533,763415 Mixer III 685,8429975 Total 26270,93629 4. Air untuk berbagai kebutuhan a. Kebutuhan Air Domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 –100 literhari Metcalf, 1991. Diambil 70 literhari = 2,9167 literjam air pada 30 o C = 995,68 kgm 3 = 0,99568 kgl; Jumlah karyawan = 153 orang Maka total air domestik= 2,9167 literjam × 153 = 570,8242 literjam × 0,99568 kgliter = 429,8019 kgjam Universitas Sumatera Utara b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 literhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 1400 literhari = 58,5864 kgjam. c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 – 120 literhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 80 literhari = 3,3333 literjam air pada 30 o C= 996,24 kgm 3 ; Pengunjung rata – rata = 100 orang. Maka, total kebutuhan airnya = 3,3333 literjam × 0,99568 kgliter × 100 = 331,8933 kgjam d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1000 – 1500 literhari. Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 1000 literhari = 41,8474 kgjam Tabel 7.3. Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Nama Tempat Jumlah Air kgjam Domestik dan kantor 429,8019 Laboratorium 58,5864 Kantin dan tempat ibadah 331,8933 Poliklinik 41,8474 Total 862,1291 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 952,7135 + 14181,7912 + 26270,9363 + 862,1291 = 42267,5701 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan poliasam laktat dari dekstrosa ini adalah dari Kali Mas sunagi Surabaya , Sidoarjo, Provinsi Jawa Timur. Adapun kualitas air Sungai Surabaya, Sidoarjo Jawa Timur dapat dilihat pada tabel berikut: Universitas Sumatera Utara Tabel 7.4 Kualitas Air Kali Mas, Sdoarjo Jawa Timur No Parameter Satuan Hasil 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. I. FISIKA Bau Rasa Suhu II. KIMIA Total kesadahan dalam CaCO 3 TSS Chloride NO 3 -N NO 2 -N Zat organik dalam KMnO 4 COD SO 4 - Sulfida Posfat PO 4 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+ C Mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl Tidak berbau Tidak berasa 25 150 400 1,3 20 0,06 50 16 - 1 - 95 - 95 8,1 10 0,016 0,0012 63 87 32 0,02 Analisa tidak bisa dilakukan, alat dan bahan kimia tidak tersedia Sumber : Laporan Pemerintah Provinsi Jawa Timur, 2009 Universitas Sumatera Utara Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan poliasam laktat dari dekstrosa diperoleh dari Kali Mas, yang terletak di kawasan pabrik. 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 Degremont, 1991 : 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Klarifikasi 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 Screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke Universitas Sumatera Utara dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan.

7.2.3 Klarifikasi

Klarifikasi 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 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. 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 koagulan tambahan 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 4 + Na 2 CO 3 2NaCl + CaCO 3 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. Universitas Sumatera Utara 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 = 42.267,5701 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50ppm = 27 ppm Larutan alum Al 2 SO 4 3 yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 42.267,5701 = 2,1138 kgjam Larutan abu soda Na 2 CO 3 yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 3144,5842 = 1,1412 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, 1984. 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 Urea Dari Gas Sintesis 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, Universitas Sumatera Utara pozzuolana ataupun Granular Active CarbonGAC Degremont, 1991. Pada pabrik ini, digunakan antrasit setinggi 12,5 in 31,75 cm. 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 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 = 862,1291 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 862,12910,7 = 0,0025 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 :

7.2.5.1 Penukar kation Cation Exchanger

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. Universitas Sumatera Utara 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 Kalimas, Jawa Timur mengandung kation Fe 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , dan Cu 2+ masing – masing 10 mgL, 63 mgL, 0,0012 mgL, 87 mgL, 0,016 mgL, 0,02 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan kation = 10 + 0,0012 + 63 + 87 + 0,016+0,02 mgL = 160,0372 mgL = 0,1600372 grL Jumlah air yang diolah = 885,7987 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,68 kgjam 885,7987 = 889,6420 Ljam Kesadahan air = 0,1600372 grL L × 889,6420 Ljam × 24 jamhari x 10 -3 kggr = 3417,0195 ghari = 3,4170 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger : Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut : - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,1400 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume Resin yang Diperlukan Total kesadahan air = 3,4170 kghari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Universitas Sumatera Utara Jadi, Kebutuhan resin = 3 kgft 2 kghari 3,4170 = 0,1709 ft 3 hari Tinggi resin = 1400 , 3 0,1709 = 0,0544 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco,1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft 3,1400 ft 2 = 7,8500 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 3,4170 kgft 20 ft 85 , 7 3 3 = 45,9465 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 3,4170 kghari 3 3 kgft 20 lbft 6 = 1,0251 lbhari = 0,4650 kghari = 0,0194 kgjam

7.2.5.2 Penukar anion Anion Exchanger

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion negatif 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 Kali Mas, Jawa Timur mengandung Anion Cl - , SO 4 - , NO 3 2- , PO 4 2- , CO 2 - , NO 3 - N, dan NO 2 -N sebanyak 1,3 mgL, 16 mgL, 95 mgL, 1 mgL, 32 mgL, 20 mgL, dan 0,06 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan anion = 1,3 + 16 + 95 + 1 + 32 + 20 + 0,06 mgL Universitas Sumatera Utara = 260,3600 mgL = 0,2604 grL Jumlah air yang diolah = 885,7987 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,68 kgjam 885,7987 = 889,6420 Ljam Kesadahan air = 0,2604 grL 889,6420 Ljam 24 jamhari x 10 -3 kggr = 5559,0525 grhari = 5,5591 kghari Perhitungan Ukuran Anion Exchanger : Dari Tabel 12.3 , Nalco, 1988, diperoleh : - Diameter penukar anion = 2 ft - Luas penampang penukar anion = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan : Total kesadahan air = 5,5591 kghari Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, Kebutuhan resin = 3 kgft 12 kghari 5,5591 = 0,4633 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 0,4633 = 0,1475 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Nalco, 1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 5,5591 kgft 12 ft 7,85 3 3 = 16,9453 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 5,5591 kghari 3 3 kgft 12 lbft 5 = 2,3163 lbhari = 1,0507 kghari = 0,0438 kgjam Universitas Sumatera Utara

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 di dalam deaerator.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia