BAB VII UTILITAS
Utilitas dalam suatu produk adalah sarana penunjang utama di dalam kelancaran proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang
sangat penting. Agar produksi tersebut dapat terus berkesinambungan, haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas yang baik.
Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada rancangan ini adalah sebagai berikut :
1. Kebutuhan Steam 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 atau steam yang merupakan sebagai media pemanas. Adapun kebutuhan steam uap pada rancangan ini adalah:
Tabel 7.1. Kebutuhan steam uap
Nama Peralatan Kebutuhan UapSteam
kgjam
Extraktor EX 1.857,592
Evaporator EV-01 1.804,542
Rotary Dryer RD-01 38,052
TOTAL 3.700,186
Steam yang digunakan adalah superheated steam dengan temperature 130 C
dan tekanan 1 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 3.700,186 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar
10 Perry dan Green, 1999. maka:
Universitas Sumatera Utara
Total steam yang dibutuhkan = 1,3 x 3.700,186 kgjam = 4.810,2418 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga:
Kondensat yang digunakan kembali = 80 x 4.810,2418 = 3.848,1934 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20 x 4.810,2418 = 962,0483 kgjam
7.2. Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memengang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada
rancangan ini adalah sebagai berikut : 1.
Air untuk umpan ketel = 4.810,2418kgjam – 3.848,1934 kgjam = 962,0488 kgjam
2. Air pendingin :
Tabel 7.2. Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat
Nama Peralatan Kebutuhan UapSteam
kgjam
Tangki Pengendap TP-01 18.655,64
Condensor CD-01 13.331,65
Rotary Cooler RC-01 164,701
TOTAL 32.151,991
3. Kebutuhan air domestik keperluan air rumah tangga, perkantoran, kantin dan
lain-lain diperkirakan 10 dari air kebutuhan pabrik. Metcalf, 1991 = 10 962,0488 + 32.151,991 kgjam
=3.311,404kgjam 5. Kebutuhan air untuk laboratorium diperkirakan 1 dari air kebutuhan pabrik.
Metcalf, 1991 = 1 962,0488 + 32.151,991 kgjam
=331,140kgjam + Total kebutuhan air dalam pengolahan awal pabrik adalah
=36.756,5838 kgjam Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara
pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, sebesar 20 , yaitu :
= 20 x Kebutuhan air pendingin = 20 x 32.151,991 kgjam = 6.430,398 kgjam
Universitas Sumatera Utara
Jumlah air bekas yang dapat digunakan kembali : = 32.151,991 kgjam – 6.430,398 kgjam = 25.721,593 kgjam
Jumlah air yang harus ditambahkan dari menara air untuk dijadikan tambahan steam, air pendingin, air pemanas dan air domestik adalah :
= Total air – recycle kondensat + air pendingin bekas = 36.756,5838 – 3.848,1934 + 25.721,593 = 7.186,7974 kgjam
Untuk faktor keamanan pada waktu pemompaan air sungai ditambahkan sebanyak 10 dari jumlah air yang dipompakan. Maka banyak air yang dipompakan dari sungai
adalah : = 1 + 0,1 x 36.756,5838 kgjam
= 40.432,2421 kgjam Sumber air untuk Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Tanin dari Biji Pinang
ini berasal dari sungai ular, Kabupaten Serdang Bedagai , Propinsi Sumatera Utara. Dimana sungai ular dengan panjang 150 km memiliki potensi debit pada musim
kemarau 60 m
3
detik dan pada musim hujan 100 m
3
detik. Adapun kualitas air sungai ular dapat dilihat pada Tabel 7.3 di bawah ini :
Tabel 7.3 Kualitas Air Sungai Ular
Unsur Jumlah mgl
pH Kesadahan
Sulfat SO
4 -
Chlorida Cl
-
7,4 78
99,36 10
Universitas Sumatera Utara
Calsium Ca
2+
Magnesium Mg
2+
Timbal Pb
2-
Tembaga Cu
2+
Temperatur 20,79
26,29 Tidak nyata
Tidak nyata 28
o
C
Lokasi Sampling: Sungai ular Sumber: Laporan Baku Mutu Air, Bapedal SUMUT, 22 September 2008
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan Tanin diperoleh dari sungai ular, yang terletak dikawasan pabrik, untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka
dilokasi 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 di pompakan kelokasi pabrik untuk di gunakan sesuai dengan keperluannya.
Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap yaitu Degremont, 1991: 1.
Screening 2.
Klarifikasi 3.
Filtrasi 4.
Deminarilesasi 5.
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.
Universitas Sumatera Utara
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 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 pembantu untuk mempercepat
pengendapan dan penetralan pH. Pada bak Clarifier, akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan untuk menyingkirkan suspended solid dan koloid
Degremont, 1991. Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi
pH yang optimum penting untuk terjadi 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 pengendepan dan peenetralan pH.
Selanjutnya flok-flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya grafitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah overflow yang selanjutnya
akan masuk ke penyaring pasir sand filter untuk penyaring. 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 = 36.756,5838 kgjam
Pemakaian Larutan alum = 50 ppm
Pemakaian Larutan soda abu = 0,54 x 50 = 27 ppm
Larutan alum AL
2
SO
4 3
yang dibutuhkan = 50.10
-6
x 36.756,5838 kgjam = 1,8378 kgjam
Larutan abu soda Na
2
CO
3
yang dibutuhkan = 27.10
-6
x 36.756,5838 kgjam = 0,9924 kgjam
Universitas Sumatera Utara
7.2.3 Filtrasi
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan suspended solid, termasuk partikulat BOD dalam air Metcalf,
1984. Material yang digunakan dalam medium filtrasi dapat bermacam-macam:
pasir, antrasit crushed antra cite coal, karbon aktif granular, karbon aktif serbuk 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 Tanin ini menggunakan media filtrasi granular 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 60,96cm 2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan mediumberpori
misalnya anterasit atau marmer. Pada pabrik ini digunakan anterasit setinggi 12,5in 31,75 cm.
3. Lapisan bawah menggunakan batu krikilgravel setinggi 7 in 17,78cm M.tcalf Eddy,1991.
Bagian bawah alat penyaring dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saing sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan
regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik back washing. Dari sand filter, air di pompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai
kebutuhan. Untuk air domestic,laboratorium,kantin dan tempat ibadah, serta poliklinik,
dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman didalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, Ca ClO
2.
Perhitungan kebutuhan Kaporit, CaClO
2:
Universitas Sumatera Utara
Total kebutuhan air domestic = 3.311,404 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70
Kebutuhan Klorin = 2 ppm dari berat air Nalco, 1988
Total kebutuhan kaporit =
0,7 kgjam
3.311,404 x
2.10
-6
= 0,00946 kgjam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, dimana alat deminerlisasi di bagi
atas:
a. Penukar kation 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 hydrogen dan resin. Resin yang
digunakan bertipe Gel dengan merek IR-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
Perhitungan Kesadahan Kation :
Air sungai ular, Serdang Bedagai mengandung Kation Ca
2+
Mg
2+
, dan Cu
2+
masing-masing 20,79 ppm, 26,29 ppm, dan tidak nyata 1 grgal =17,1 ppm
Total kesadahan Kation =
1
. 1
, 17
29 ,
26 76
, 20
gal
gr ppm
ppm
Universitas Sumatera Utara
= 2,753 grgal Jumlah air yang diolah = 962,0488 kgjam
=
3 3
3
17 ,
264 kgm
996,24 jam
962,0488kg m
gal x
jam m
= 255,1036 galjam
Kesadahan air = 2,753 grgal x 255,1036 galjam x 24 jamhari
= 16.855,2064 grhari = 16,855 kghari
Perhitungan ukuran Kation Exchanger:
Jumlah air yang diolah = 255,1036 galjam = 0,0708 galdetik Dari table 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data-data sebagai
berikut: - Diameter Penukar Kation
= 2 ft - Luas Penampang Penukar Kation = 0,7854 ft
2
- Jumlah penukar Kation = 1 unit
Volume Resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 16,855 kghari Dari table 12.2, Nalco, 1988 diperoleh :
- Kapasitas resin = 25 kgft
3
- kebutuhan regenerant = 10 lb H
2
SO
4
ft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
kgft 25
ari 16,855kgh
= 0,6742 ft
3
hari
Tinggi resin =
2
ft 0,7854
ft3hari 0,6742
= 0,8584 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4,Nalco, 1988
Sehingga, Volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 0,7854 ft
2
= 1,96 ft
3
Waktu regenerasi H
2
SO
4
= hari
kg ft
kg x
ft 855
, 16
25 97
, 1
3 3
= 2,921 hari = 70,08 jam
Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 16,855 kghari x
3 3
25 10
ft kg
ft lb
Universitas Sumatera Utara
= 6,742 lbhari = 3,057 kghari .
= 0,127 kgjam
b. Penukar Anion Penukar Anion berfungsi untuk menukar anion negative 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
+ 2 NaOH NaSO
4
+ 2ROH RCl + NaOH
NaCl + ROH
Perhitungan kesadahan Anion
Air sungai ular, Serdang Bedagai mengandung Anion Cl
-
, SO
4 -
, dan PO
4 2-
sebanyak 10 ppm, 99,36 ppm dan tidak nyata Tabel 7.2 1 grgal = 17,1 ppm
Total kesadahan Anion =
1 -
.gal ppmgr
17,1 ppm
36 ,
99 10
= 6,395 grgal Jumlah air yang diolah = 255,1036 galjam
Kesadahan air = 6,395 grgal x 255,1036 galjam x 24 jamhari = 39.153,3005 grhari = 39,1533 kghari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger:
Jumlah air yang diolah = 255,1036 galjam = 4,251 galmenit Dari Tabel 12.3, Nalco,1988, diperoleh:
- Diameter penukar anion = 2 ft - Luas penampang penukar anion = 0,7854 ft
2
- Jumlah penukar anion = 1unit
Volume resin yang diperlukan:
Universitas Sumatera Utara
Total kesadahan air = 39,1533 kghari Dari Tabel 12.7, Nalco,1988, diperoleh :
- Kapasitas resin = 12 kgft
3
- Kebutuhan
regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
12 1533
, 39
ft kg
hari kg
= 3,262 ft
3
hari
Tinggi resin =
2 3
7854 ,
262 ,
3 ft
hari ft
= 4,154 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Nalco, 1988
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 0,7854 ft
2
= 1,96 ft
3
Waktu regenerasi = hari
kg ft
kg x
ft 1533
, 39
12 96
, 1
3 3
= 0,60 hari = 14,417 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 39,1533 kghari x
3 3
12 5
ft kg
ft lb
= 16,3138 lbhari = 7,401 kghari = 0,308 kgjam
7.2.4 Deaerator
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger dengan memakai panas dari kondensat bekas sebelum dikirim
sebagai air umpan ketel. Pada dearator ini, air dipanaskan hingga 90
o
C supaya gas- gas yang terlarut dalam air, seperti O
2
dan CO
2
dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Adapun perhitungan temperatur keluaran dari
deaerator berdasarkan azas Black, yaitu : Q
Serap
= Q
Lepas
m
1
. C
1
T
keluaran
– 30
o
C = m
2
. C
2
310
o
C – T
keluaran
, dimana C
1
= C
2
250,8 kgjam x T
keluaran
– 30
o
C = 1003,19 kgjam x 310
o
C – T
keluaran
T
keluaran
= 253,99
o
C
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia :
Al
2
SO
4 3
= 1,8378 kgjam
Na
2
CO
3
= 0,9924 kgjam
Universitas Sumatera Utara
Kaporit = 0,00946 kgjam
H
2
SO
4
= 0,127 kgjam
NaOH = 0,308 kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian perencanaan kebutuhan listrik dapat dilihat pada Tabel 7.3 berikut: Tabel 7.4 Perincian kebutuhan listrik pada unit proses
No Nama Alat
Kode Alat Jumlah Alat
unit Jumlah Daya
hp
1 Hammer crusher
HC-01 1
20 2
Ball mill BM-01
1 44
3 Tangki pengendapan
TP-01 1
5,868 4 Rotary
dryer RD-01
1 18,31
5 Rotary cooler
RC-01 1
13,12 6 Screw
conveyer J-01
1 7,2
7 Screw conveyer
J-02 1
7,2 8 Screw
conveyer J-03
1 1,69
9 Screw conveyer
J-04 1
1,69 10 Screw
conveyor J-05
1 1,69
11 Bucket elevator
BE-01 1
1,69
Universitas Sumatera Utara
12 Belt conveyer
BC-01 1
2 13 Ball
mill BM-02
1 7
14 Pompa etanol
L-01 1
3,708 15 Pompa
ekstraktor L-02
1 2,591
16 Pompa tangki
pengendapan L-03 1 3,362
17 Pompa filter press L-04
1 3,366
18 Pompa kondensor
L-05 1
2,969
Total 147,454
Tabel 7.5 Perincian kebutuhan listrik pada unit utilitas
No Nama Alat
Kode Alat Jumlah Alat
unit Jumlah Daya
hp
1 Pompa screening
L-1 2
1 2
Tangki pelarut alum TP-1
1 0,05
3 Pompa alum
L-2 2
0,05 4
Tangki pelarut soda abu TP-2
1 0,05
5 Pompa soda abu
L-3 2
0,05 6 Clarifier
CL 1
0,25 7 Pompa
clarifier L-4
2 0,5
8 Pompa sand filter
L-5 2
0,5 9 Pompa
menara pendingin
L-6 2
0,5 10 Tangki pelarutan kaporit
TP-3 1
0,05 11 Pompa
kaporit L-7
2 0,05
12 Pompa air domestik L-8
2 0,05
13 Tangki pelarutan H
2
SO
4
TP-4 1 0,05 14 Pompa
H
2
SO
4
L-9 2
0,05 15 Pompa
kation L-10
2 0,05
Universitas Sumatera Utara
16 Tangki pelarutan NaOH TP-5
1 0,05
17 Pompa NaOH
L-11 2
0,05 18 Pompa
anion L-12
2 0,05
19 Pompa daerator
L-13 2
0,05 20 Blower
JB-01 1
5 21 Boiler KU
KU-01 1 1.121,470
Total 1.129,92
Jumlah keseluruhan kebutuhan listrik untuk pabrik adalah : Tabel 7.6 Perincian kebutuhan listrik untuk pabrik
NO Pemakaian
Jumlah hp
1. Unit Proses
147,454 2. Unit
Utilitas 1.129,92
3. Ruang Kontrol dan laboratorium
20 4 Bengkel
25 5. Penerangan
dan Perkantoran
30 6. Perumahan
50
Total 1.402,374
Total kebutuhan Listrik = 1.402,374 hp Faktor keamanan diambil 5 , maka total kebutuhan listrik :
= 1 + 0,05 x 1.402,374 hp = 1.472,4927 hp = 1.472,4927 hp x 0,7457 kW
= 1.098,0378 kW Efisiensi Generator 80, maka :
Daya output generator = 8
, 4215
, 091
. 1
kW = 1.372,5472 kW
Universitas Sumatera Utara
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar