BAB VII UTILITAS
Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi dalam sebuah pabrik. Oleh karena itu, segala sarana dan
prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik tersebut.
Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan Acrylonitrile 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. Unit refrigerasi
7.1 Kebutuhan Uap Steam
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Acrylonitrile dapat dilihat pada Tabel 7.1 di bawah ini.
Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Steam Pabrik
Nama Alat Jumlah Uap kgjam
Heater E-211 2.335,1157
Heater E-212 3.125,4286
Heater E-213 5.735,9981
Total 11.196,5423
Tambahan untuk faktor keamanan dan faktor kebocoran diambil sebesar 30 Perry, 1997.
Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 11.196,5423 kgjam = 14.555,5051 kgjam
Universitas Sumatera Utara
Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondensat digunakan kembali = 80 × 14.555,5051 kgjam = 11.644,4040 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan air umpan ketel uap, air pendingin, maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada
pabrik pembuatan Acrylonitrile adalah sebagai berikut : 1.
Air umpan ketel uap = 14.555,5051 – 11.644,4040 kgjam = 2.911,1010 kgjam
2. Air pendingin, dapat dilihat pada Tabel 7.2 di bawah ini.
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik
Nama Alat Jumlah Air kgjam
Reaktor R-301 2.683,8702
Cooler E-101 70.968,2598
Kondensor E-102 11.007,3004
Cooler E-103 375,5515
Cooler E-104 67.769,3919
Kondensor E-105 119,4763
Kondensor E-106 9,7440
Cooler E-108 18,5424
Total 152.952,1365
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 ditaksir dengan persamaan : W
e
= 0,00085 W
c
T
2
– T
1
Perry, 1997
Universitas Sumatera Utara
Di mana : W
c
= jumlah air pendingin yang diperlukan T
1
= temperatur air pendingin masuk = 48 °C = 118,4 °F T
2
= temperatur air pendingin keluar = 28 °C = 82,4 °F W
e
= 0,0085 × 152.952,1365 × 118,4 – 82,4 = 4.680,3354 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 × 152.952,1365 = 305,9043 kgjam
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, sekitar 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka :
1 S
W W
e b
− =
Perry, 1997
1 5
kgjam 4.680,3354
W
b
− =
= 1.170,0838 kgjam
Sehingga air tambahan yang diperlukan = W
e
+ W
d
+ W
b
= 4.680,3354 + 305,9043 + 1.170,0838 = 6.156,3235 kgjam
3. Air Proses
Jumlah kebutuhan = air untuk WHB E-201 + air untuk absorpsi T-301 = 4.385,1746 + 8.625,8291 kgjam
= 13.011,0036 kgjam 4.
Air untuk berbagai kebutuhan 1
Kebutuhan Air Domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40–100 literhari
Metcalf, 1991. Diambil 60 literhari = 2,5 literjam. ρ
air
pada 28
o
C = 996,24 kgm
3
; Jumlah karyawan = 144 orang Maka, total air domestik = 2,5 literjam × 144
= 360 literjam × 0,99624 kgliter = 358,6464 kgjam
Universitas Sumatera Utara
2 Kebutuhan air laboratorium
Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 literhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 1200 literhari = 50 kgjam.
3 Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah
Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 – 120 literhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 120 literhari = 5 literjam
ρ
air
pada 28
o
C= 996,24 kgm
3
; Pengunjung rata – rata = 100 orang. Maka, total kebutuhan airnya = 5 × 100 = 500 literjam × 0,99624 kgliter
= 498,12 kgjam 4
Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 400 – 600 literhari. Metcalf dan
Eddy, 1991, Maka diambil 600 literhari = 25,1085 kgjam
Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan
Tempat Jumlah kgjam
Domestik 358,6464
Laboratorium 50
Kantin dan tempat ibadah 498,12
Poliklinik 25,1085
Total 931,8749
Sehingga total kebutuhan air adalah : 2.911,1010 + 6.156,3235 + 931,8749 + 13.011,0036 = 23.010,3030 kgjam
Sumber air untuk pabrik pembuatan Acrylonitrile ini berasal dari Sungai Rokan, Riau. Kualitas air Sungai Rokan dapat dilihat pada Tabel 7.4.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Rokan, Riau
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. Bau
I. FISIKA Kekeruhan
Rasa Warna
Suhu Khlorida
II. KIMIA NH
3
-N Zat organik dalam KMnO
4
COD SO
4 -
NO
3 2-
Posfat PO
4
Cr
+2
NO
3
NO
2
Hardness CaCO
3
pH Fe
2+
Mn
2+
Zn
2+
Pb
2+
Ca
2+
Mg
2+
CO
2
bebas NTU
TCU C
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
Tidak berbau 5,16
Tidak berasa 150
25 1,3
Nihil 65
16 0,2
0,245 -
- -
95 10
0,016 0,0012
Nihil 63
87 132
0,0032
Analisa tidak bisa dilakukan, alat dan bahan kimia tidak tersedia Sumber : Laboratorium PERTAMINA UP – II DUMAI 10 Februari 2005
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
Universitas Sumatera Utara
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
Penyaringan 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.
7.2.2 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 dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan.
7.2.3 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan koagulan yaitu 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.
Universitas Sumatera Utara
Koagulan yang biasa dipakai adalah koagulan trivalen. 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. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah Degremont, 1991 :
Al
2
SO
4 3
+ 6 Na
2
CO
3
+ 6 H
2
O ↔ 2 AlOH
3
↓ + 12 Na
+
+ 6 HCO
3 -
+ 3 SO
4 3-
2 Al
2
SO
4 3
+ 6 Na
2
CO
3
+ 6 H
2
O ↔ 4 AlOH
3
↓ + 12 Na
+
+ 6 CO
2
+ 6 SO
4 3-
Reaksi koagulasi yang terjadi : Al
2
SO
4 3
+ 3H
2
O + 3 Na
2
CO
3
→ 2 AlOH
3
+ 3 Na
2
SO
4
+ 3 CO
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
→ 2 NaCl + 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 untuk kekeruhan sebesar 146 NTU adalah 25 ppm
Quipro, 2008 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
= 23.010,3030 kgjam Pemakaian larutan alum
= 25 ppm Pemakaian larutan soda abu
= 0,54 × 25 = 13,5 ppm Larutan alum yang dibutuhkan
= 25.10
-6
× 23.010,3030 = 0,5753 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan
= 13,5.10
-6
× 23.010,3030 = 0,3106 kgjam
Universitas Sumatera Utara
7.2.4 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 antrasit
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. Dari sand filter, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai
kebutuhan. Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses
demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, tempat ibadah, dan 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 kaporit yang diperlukan :
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 931,8749 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70
Kebutuhan klorin = 2 ppm
Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit =
0,7 kgjam
931,8749 2.10
-6
×
= 0,0027 kgjam
7.2.5 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:
7.2.5.1 Penukar Kation Cation Exchanger
Penukar kation berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran
Universitas Sumatera Utara
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
Air Sungai Rokan mengandung kation Fe
2+
, Mn
2+
, Pb
2+
, Ca
2+
, dan Mg
2+
masing-masing 0,016 mgL, 0,0012 mgL, 63 mgL, 87 mgL, dan 132 mgL Tabel 7.4.
Perhitungan Kesadahan Kation
Total kesadahan kation = 0,016 + 0,0012 + 63 + 87 + 132 mgL = 282,0172 mgL = 0,5640 gL
Jumlah air yang diolah = 2.911,1010 kgjam =
3 3
Lm 1000
kgm 996,24
kgjam 2.911,1010
×
= 2.922,0881 Ljam Kesadahan air = 0,5640 grL × 2.922,0881 Ljam × 24 jamhari × 10
-3
kggr = 39,5558 kghari
Jumlah air yang diolah = 2.911,1010 kgjam = 184,3545 galmenit
Ukuran Cation Exchanger
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 3 ft – 6 in = 1,0668 m
3
- Luas penampang penukar kation = 9,62 ft
2
= 0,89375 m
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Total kesadahan air = 39,5558 kghari
Volume resin yang diperlukan
Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin
= 20 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H
2
SO
4
ft
3
resin Kebutuhan resin =
3
kgft 20
kghari 39,5558
= 1,9778 ft
3
hari
Tinggi resin =
2 3
ft 9,62
ft 1,9778
= 0,2056 ft Tinggi minimum resin 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 9,62 ft
2
= 24,0500 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 39,5558
kgft 20
ft 24,0500
3 3
×
= 12,1600 hari
Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 39,5558 kghari ×
3 3
kgrft 20
lbft 6
= 11,8667 lbmhari = 0,2243 kgjam
7.2.5.2 Penukar Anion Anion Exchanger
Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat di dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA-410
Lorch,1981. Reaksi yang terjadi : 2ROH + SO
4 2-
→ R
2
SO
4
+ 2 OH
-
ROH + Cl
-
→ RCl + OH
-
Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi : R
2
SO
4
+ 2 NaOH → Na
2
SO
4
+ 2 ROH RCl + NaOH
→ NaCl + ROH
Air Sungai Rokan, mengandung Anion : nitrit, pospat, Cl
-
, SO
4 2-
, dan CO
3 2-
, masing-masing 0,2 mgL, 0,245 mgL, 1,3 mgL, 16 mgL, dan 95 mgL Tabel 7.4.
Perhitungan Kesadahan Anion
Total kesadahan anion = 0,2 + 0,245 + 1,3 + 16 + 95 mgL = 112,745 mgL = 0,2255 grL
Universitas Sumatera Utara
Jumlah air yang diolah = 2.911,1010 kgjam =
3 3
Lm 1000
kgm 996,24
kgjam 2.911,1010
×
= 2.922,0881 Ljam Kesadahan air
= 0,2255 grL × 2.922,0881 Ljam × 24 jamhari × 10
-3
kggr = 15,8136 kghari
Jumlah air yang diolah = 2.911,1010 Ljam = 184,3545 galmenit
Ukuran Anion Exchanger
Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion
= 3 ft – 6 in - Luas penampang penukar anion
= 9,62 ft
2
- Jumlah penukar anion = 1 unit
Total kesadahan air = 15,8136 kghari
Volume resin yang diperlukan :
Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin
= 12 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lbm NaOHft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
kgft 12
kghari 15,8136
= 1,3178 ft
3
hari
Tinggi resin =
2 3
ft 9,62
ft 1,3178
= 0,1098 ft Tinggi minimum resin 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988
Volume resin = 2,5 ft × 9,62 ft
2
= 24,0500 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 15,8136
kgft 12
ft 24,0500
3 3
× = 18,2501 hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 15,8136 kghari ×
3 3
kgft 12
lbmft 5
= 6,5890 lbmhari = 0,1245 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 panas yang terdapat pada
kondensat steam yang kembali ke dalam deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia untuk utilitas pada pabrik pembuatan Acrylonitrile adalah sebagai berikut :
1. Al
2
SO
4 3
= 0,5753 kgjam 2. Na
2
CO
3
= 0,3106 kgjam 3. Kaporit
= 0,0027 kgjam 4. H
2
SO
4
= 0,2243 kgjam 5. NaOH
= 0,1245 kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut : 1. Unit Proses dan Utilitas
Tabel 7.5 Unit Proses dan Utilitas
Proses Daya hp
Utilitas Daya hp
Air Limbah Daya hp
J-101 J-102
J-302 J-201
J-301 J-303
J-309 J-307
J-315 J-313
0,0156 0,0500
0,1250 0,5000
1,0000 1,0000
0,0156 1,0000
0,0156 0,0500
J-01 J-02
J-03 J-04
J-05 J-06
J-07 J-08
J-09 J-10
2,0000 1,5000
1,0000 0,0156
0,0156 2,0000
1,0000 0,1250
0,5000 0,0500
Bak Aerasi PL-01
PL-02 PL-03
10,0000 0,0156
0,0156 0,0156
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.5 Unit Proses dan Utilitas Lanjutan
J-304 J-306
J-308 J-310
J-311 J-314
J-312 G-301
JC-101 1,0000
1,0000 0,0156
0,1250 0,1250
0,0156 0,1250
3,0000 73,0000
J-11 J-12
J-13 J-14
J-15 J-16
J-17 J-18
J-19 J-20
J-21 J-22
J-23 V-14
V-03 V-04
V-05 V-12
V-13 V-09
V-16 0,5000
0,0156 0,0156
0,1250 0,0156
0,1250 0,5000
0,1250 11,0000
0,0500 3,0000
0,0500 0,0156
12,0000 0,2500
0,1250 0,2500
0,5000 0,2500
0,0156 597,0000
Sub Total 82,3281
Sub Total 598,3906
Sub Total 10,0469
2. Ruang kontrol dan laboratorium = 30 hp 3. Penerangan dan kantor
= 30 hp 4. Bengkel
= 40 hp 5. Perumahan
= 120 hp
Total kebutuhan listrik = 946,3594 hp × 0,7457 kWhp = 705,7002 kW Efisiensi generator 80, maka :
Daya output generator = 0,8
kW 705,7002
= 882,1252 kW
Universitas Sumatera Utara
Untuk perancangan dipakai 6 unit diesel generator AC 700 kW, 220-240 Volt, 50 Hertz, 3 fase. 3 unit pakai dan 3 unit cadangan.
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar