BAB VII UTILITAS DAN SARANANYA
Utilitas dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama dalam kelancaran operasi. Mengingat pentingnya utilitas ini, maka segala sarana dan
prasarananya haruslah direncanakan sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pra
rancangan Pembuatan Asam Oleat dari Crude Palm Oil CPO dengan Kapasitas 4.000 tonhari ini meliputi:
1. Kebutuhan uap steam
2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan bahan kimia
4. Kebutuhan listrik
5. Kebutuhan bahan bakar
6. spesifikasi peralatan utilitas
7. Unit pembuangan limbah
7.1. Kebutuhan Uap Steam
Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan uap sebagai media pemanas. Adapun kebutuhan uap pada pabrik Pembuatan Asam Oleat dari Crude Palm Oil
CPO ini adalah :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.1. Kebutuhan Uap
Nama Alat kgjam
Heat Exchanger 01 Heat Exchanger 02
Heat Exchanger 03 Splitting
52,32 288,71
7,46 295,90
TOTAL 644,39
Tambahan untuk kebocoran dan lain-lain diambil 5 dan faktor keamanan diambil sebesar 20 Perry, 1997. Maka kebutuhan uap adalah :
Total kebutuhan uap, = 644,39 kgjam
= 15.465,36 kghari
Tambahan untuk kebocoran, = 5 x 15.465,36
= 773,27 kghari
Faktor keamanan,
= 20 x 15.465,36 = 3.093,07 kghari
Total uap yang dihasilkan ketel, = 15.465,36 + 773,27 + 3.093,07 kghari
= 19.331,70 kghari
Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali Evans, 1978, sehingga kondensat yang digunakan kembali adalah :
= 80 x 19.331,70 = 15.465,36 kghari
Kebutuhan air tambahan ketel,
= 20 x 19.331,70 = 3.866,34 kghari
Universitas Sumatera Utara
7.2. Kebutuhan Air
Kebutuhan air pada Pra rancangan pabrik Pembuatan Asam Oleat dari Crude Palm Oil CPO ini mencakup kebutuhan air umpan ketel, proses,
pendinginan dan domestik. Kebutuhan air untuk pendingin adalah sebagai berikut :
Tabel 7.2. Kebutuhan Air Untuk Pendingin
Nama Alat kgjam
Kondenser 01 Kondenser 02
Cooler 452,07
2.461,18 14.973,32
TOTAL 17.886,57
Total kebutuhan air untuk pendingin,
= 17.886,57 kgjam = 429.277,68 kghari
Air yang telah digunakan sebagai pendingin dapat dimanfaatkan kembali setelah diproses di water cooling tower. Selama proses sirkulasi terjadi kehilangan
akibat penguapan, blow down dan selama pengaliran, sehingga penambahan air segar sebanyak :
Wm = We + Wd + Wb Perry,1997
We = 0,00085 x Wc T
1
-T
2
Perry,1997 Wb
=
1 −
S We
Perry,1997 Dimana :
Wm = Air segar yang harus ditambahkan, m
3
hari We
= Air yang hilang akibat penguapan, m
3
hari Wb
= Air yang terhembus blow down, m
3
hari
Universitas Sumatera Utara
Wd = Air yang hilang sepanjang aliran, m
3
hari 0,1 sd 0,2 ; diambil 0,2
Perry,1997 Wc
= Kebutuhan air untuk pendingin, kghari T
1
= Temperatur masuk = 50
o
C T
2
= Temperatur keluar = 25
o
C S
= Perbandingan antara padatan terlarut pada air untuk pendingin dengan air yang ditambahkan = 3 sd 5 ; diambil s = 5
Perry, 1997 Densitas
ρ air 996,53 kgm
3
pada suhu 25 C dan tekanan 1 atm
Laju alir volumetrik air pendingin, Wc =
kgm 996,53
kghari 429.277,68
3
= 430,77 m
3
hari Maka :
We = 0,00085 430,77 50 – 25 = 9,15 m
3
hari
Wb =
1 5
hari m
9,15
3
−
= 2,29 m
3
hari
Wd = 0,002 x 430,77 m
3
hari = 0,86 m
3
hari
Air tambahan yang dibutuhkan untuk air pendingin :
Wm = 9,15 + 2,29 + 0,86 = 12,30 m
3
hari
= 12.258,85
kghari Air pendingin yang digunakan kembali,
= 429.277,68 – 12.258,85 kghari
= 30.668,83 kghari
• Kebutuhan air umpan ketel = 3.866,34 kghari
• Kebutuhan air proses,
Universitas Sumatera Utara
Separator 01 = 18.575,85 kgjam = 445.820,40 kghari Splitting 01
= 11.599,53 kgjam = 278.388,72 kghari
Total kebutuhan air proses = 724.209,12 kghari •
Kebutuhan air domestik keperluan sehari-hari, kantin dan lain-lain. Kebutuhan air domestik untuk masyarakat industri diperkirakan 10
literjam per orang. Jumlah karyawan 105 orang. Maka,
Kebutuhan total air domestik adalah 105 orang x 10 literjam per orang = 1.050 literjam x 0,9965 kgliter
= 1.046,32 kgjam = 25.111,80 kghari •
Kebutuhan air tambahan untuk keperluan sehari-hari laboratorium, pencucian peralatan dan lain-lain diperkirakan 5 dari total kebutuhan
air. Kebutuhan air tambahan,
= 5 12.258,85 + 3.866,34 + 724.209,12 + 25.111,80 kghari = 38.272,30 kghari
Tabel 7.3. Perkiraan Kebutuhan Air di Pabrik
Kebutuhan Air kghari
Air pendingin Air umpan ketel
Air proses Air domestik
Air tambahan 12.258,85
3.866,34 724.209,12
25.111,80 38.272,30
TOTAL 803.718,41
Universitas Sumatera Utara
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk Pra rancangan Pabrik Pembuatan Asam Oleat dari Crude Palm Oil CPO ini diperoleh dari air bawah tanah. Kualitas air dapat
dilihat pada tabel 7.4 dan tabel 7.5. Tabel 7.4. Sifat Fisika Air Bawah Tanah di KIM II Medan
No Parameter Range mgliter
1 Padatan terlarut
32,80 2 Kekeruhan
290 NTU
3 Suhu 30,60
C 4
Daya Hantar Listrik 66,20 uscm
Tabel 7.5. Kandungan Bahan Kimia dalam Air Bawah Tanah di KIM II Medan
No Bahan Kimia
Range mgliter
1 Alumunium 0,020
2 Ammonia
- 3 Besi
2,250 4 Fluorida
0,200 5 Klorida
4,000 6 Kromium
0,000 7 Mangan
0,150 8 Nitrat
0,470 9 Nitrit
0,003 10 Oksigen terlarut DO
- 11 pH
7,100 12 Seng
0,040 13 Sianida
0,000 14 Sulfat
0,000 15 Sulfid
0,065 16 Tembaga
0,000
Universitas Sumatera Utara
17 BOD 6,000
18 COD 14,000
19 Alkalinitas 29,000
20 Kesadahan 36,000
Sumber: Laporan PDAM KIM II Medan, 2007 Air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan dipergunakan sesuai
dengan keperluan. Pengolahan air pada pabrik ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu:
1. Pengendapan
Air dari bak penampung dialirkan kedalam bak pengendapan dimana partikel-partikel padat yang berdiameter besar akan mengendap secara gravitasi
tanpa bantuan bahan kimia. Ukuran partikel yang mengendap ini berkisar antara 10
-1
sampai 10
-3
m Alaert, 1987 Massa air yang dibutuhkan untuk 1 hari,
= 803.718,41 kghari Volume,
= ρ
m
=
3
53 ,
996 kghari
803.718,41 m
kg
= 806,52 m
3
hari
Faktor keamanan, 20 = 1+0,2 x 806,52 m
3
hari =
967,82 m
3
hari
Direncanakan : Panjang bak = 3 x lebar bak
Tinggi bak = 2 x lebar bak
Sehingga, volume : = p x l x t = l
3
967,82 = l
3
⇒ l = 31,11 m
Universitas Sumatera Utara
Maka, Panjang bak = 3 x 31,11 m = 93,33 m
Lebar bak = 31,11 m
Tinggi bak = 2 x 31,11 m = 62,22 m
2. Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan didalam air. Air dari pengendapan dialirkan kedalam klarifier setelah diinjeksikan dengan larutan
alum, Al
2
SO
4 3
, dan soda abu, Na
2
CO
3
. Al
2
SO
4 3
berfungsi sebagai koagulan. Alum biasanya digunakan masing-masing sebesar 5-50 ppm terhadap
jumlah air yang diolah Hammer, 1979. Berdasarkan jumlah alkalinitas untuk menghilangkan turbiditas air, diketahui 1 mgliter alum bereaksi dengan 0,5
mgliter alkalinitas air, sedangkan perbandingan antara Al
2
SO
4 3
dengan Na
2
CO
3
adalah 1 : 0,53 Hammer, 1979. Total kebutuhan air = 803.718,41 kghari
Jumlah alkalinitas = 29 ppm
Jumlah Al
2
SO
4 3
yang digunakan, =
6
10 29
5 ,
1
−
x x
x 803.718,41 kghari =
46,61 kghari
Jumlah Na
2
CO
3
yang digunakan, = 0,53 x 46,61 kghari
= 24,71 kghari
3. Filtrasi
Proses filtrasi dilakukan dengan menggunakan penyaring pasir sand filter. Sand filter ini berfungsi unuk menyaring kotoranflok yang masih
Universitas Sumatera Utara
terkandung atau tertinggal di dalam air. Sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu :
¾ Lapisan I terdiri dari pasir hijau, setinggi 24 in = 60,96 cm
¾ Lapisan II terdiri dari antrasit, setinggi 12,5 in = 31,75 cm
¾ Lapisan III terdiri dari batu grafel, setinggi 7 in = 17,78 cm
Pengolahan air PT. KIM II, 2007 Pada bagian bawah sand filter dilengkapi dengan strainer agar air
menembus celah-celah pasir secara merata. Daya saring sand filter akan berkurang sehingga diperlukan pencucian back wash secara berkala Sugiharto,
1987. Dari penyaring ini, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan ke berbagai pemakaian air. Untuk air umpan ketel masih diperlukan lagi
pengolahan air lebih lanjut, yaitu demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air
dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air agar syarat air minum dapat terpenuhi. Klor yang digunakan biasanya dalam bentuk kaporit CaClO
2
. Kebutuhan air domestik = 25.111,80 kghari
Kaporit yang direncanakan mengandung klorin 30 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Gordon,1968 Kebutuhan kaporit =
3 ,
25.111,80 10
2
6
x x
−
= 0,17 kghari 4.
Demineralisasi
Air untuk umpan ketel harus air murni dan bebas dari garam-garam terlarut, untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi dengan langkah-langkah
sebagai berikut, •
Menghilangkan kation-kation Ca
2+
, Mg
2+ ,
Al
2+
, Fe
2+
, Mn
2+
dan Zn
2+
Universitas Sumatera Utara
• Menghilangkan anion-anion S
2-
, NO
3 2-
, NO
2 2-
Cl
-
, F
-
Alat demineralisasi dibagi atas : a.
Penukar kation Cation Exchanger Berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan
air yang dipakai. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca
2+
dan Mg
2+
yang larut dalam air dengan kation hidrogen dari resin. Resin yang digunakan bersifat asam dengan merek Amberlite IR-120 Plus
Baron, 1982. Reaksi yang terjadi :
2H
+
R + Ca
2+
R
→
2
Ca + 2 H
+
2H
+
R + Mg
2+
→
R
2
Mg + 2H
+
2H
+
R + Al
2+
R
→
2
Al + 2 H
+
2H
+
R + Fe
2+
R
→
2
Fe + 2 H
+
2H
+
R + Mn
2+
R
→
2
Mn + 2 H
+
2H
+
R + Zn
2+
R
→
2
Zn + 2 H
+
Untuk regenerasi resin agar aktif kembali, digunakan H
2
SO
4
dengan reaksi sebagai berikut :
H
2
SO
4
+ Ca
2+
CaSO
→
4
+ 2H
+
H
2
SO
4
+ Mg
2+
→
MgSO
4
+ 2H
+
H
2
SO
4
+ Al
2+
→
AlSO
4
+ 2H
+
H
2
SO
4
+ Fe
2+
→
FeSO
4
+ 2H
+
H
2
SO
4
+ Mn
2+
→
MnSO
4
+ 2H
+
H
2
SO
4
+ Zn
2+
→
ZnSO
4
+ 2H
+
Perhitungan kesadahan kation :
Universitas Sumatera Utara
Kebutuhan air untuk umpan ketel = 3.866,34 kghari Kesadahan awal terhadap Ca
2+
dan Mg
2+
, =
kg 1
kgrain 15,4322
10 kghr
4 36x3.866,3
6
x
= 2,15 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Al
2+
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
02 ,
6
= 0,001 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Fe
2+
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
25 ,
2
6
= 0,13 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Mn
2+
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
15 ,
6
= 0,009 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Zn
2+
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
04 ,
6
= 0,002 kgrainhari
Total kesadahan kation,
= 2,15 + 0,001 +0,13 + 0,009 + 0,002 kgrainhari = 2,29 kgrainhari
Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 20 kgrainft
3
Nalco water Handbook, 1982. Exchanger capacity adalah kemampuan penukar
Universitas Sumatera Utara
ion ion exchanger untuk menukar ion yang ada pada air yang dilaluinya. Direncanakan volume kation exchanger 5 ft
3
Jumlah air yang yang diolah setiap regenerasi, =
hari kgrain
hari kg
x ft
kgrain x
ft 29
, 2
3.866,34 20
5
3 3
= 168.835,81 kg
Waktu regenerasi, =
hr kg
3.866,34 kg
168.835,81
= 43,67 hari
Untuk regenerasi dipakai H
2
SO
4
8 dimana pemakaiannya sebanyak 0,7025 lb H
2
SO
4
gallon Nalco water Handbook, 1982 = 2,3838 kg H
2
SO
4
ft
3
. Maka kebutuhan H
2
SO
4
, =
hr ft
kg x
ft 67
, 43
3838 ,
2 5
3 3
= 0,27 kghari
b. Penukar anion Anion Exchanger
Penukar anion berfungsi untuk pertukaran anion negatif yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan merk R-
Dowex dengan reaksi : 2ROH
-
+ H
2
SO
4
→
RSO
4 2-
+ 2 H
2
O Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi :
RCL
-
+ NaOH NaCl + ROH
→
-
Dari tabel 7.5 diperoleh anion yang terkandung dalam air PAM KIM II adalah S
2-
, NO
3 2-
, NO
2 2-
Cl
-
, F
-
.
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan kesadahan anion : Kebutuhan air untuk umpan ketel = 3.866,34 kghari
Kesadahan awal terhadap S
2-
, =
kg 1
kgrain 15,4322
10 kghr
6,34 0,065x3.86
6
x
= 0,004 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap NO
3 2-
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
47 ,
6
= 0,003 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap NO
2 2-
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
003 ,
6
= 0,00002 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Cl
-
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
4
6
= 0,24 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap F
-
, =
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 3.866,34
2 ,
6
= 0,02 kgrainhari
Total kesadahan anion,
= 0,004 + 0,003 + 0,00001 + 0,24 + 0,02 kgrainhari = 0,27 kgrainhari
Universitas Sumatera Utara
Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 20 kgrainft
3
Nalco water Handbook, 1982. Exchanger capacity adalah kemampuan penukar ion ion exchanger untuk menukar ion yang ada pada air yang dilaluinya.
Direncanakan volume kation exchanger 5 ft
3
Jumlah air yang yang diolah setiap regenerasi, =
hr kgrain
hr kg
x ft
kgrain x
ft 27
, 3.866,34
20 5
3 3
= 1.431.977,78 kg
Waktu regenerasi, =
hr kg
kg 3.866,34
78 ,
977 .
431 .
1
= 370,37 hari
Untuk regenerasi dipakai NaOH dimana pemakaiannya sebanyak 4,5 lb NaOHgallon Nalco water Handbook, 1982 = 2,3838 kg H
2
SO
4
ft
3
. Maka kebutuhan NaOH,
=
hr ft
lb x
ft 37
, 370
5 ,
4 5
3 3
= 0,06 lbhari = 0,001 kghari 5.
Dearasi
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger sebelum dikirimkan sebagai umpan ketel. Air hasil
demineralisasi dikumpulkan pada tangki air umpan ketel sebelum dipompakan ke deaerator.
Pada deaerator ini air dipanaskan hingga 90
o
C sehingga gas-gas yang terlarut dalam air seperti O
2
dan CO
2
dapat dihilangkan, sebab gas CO
2
dapat
Universitas Sumatera Utara
bersifat korosif. Pemanasan ini berfungsi untuk mencegah perbedaan suhu yang besar antara umpan air dengan suhu didalam ketel sehingga beban ketel dapat
dikurangi.
7.3. Kebutuhan Bahan Kimia