Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik

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