Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Air

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