VII-1
BAB VII UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH
Utilitas merupakan unit penunjang kelancaran suatu proses produksi pabrik. Oleh karena itu, unit-unit harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin
kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas Pabrik Glukosa Monohidrat Dari Pati Ubi
Kayu diklasifikasikan sebagai berikut : 1.
Kebutuhan Air Kebutuhan air ini terdiri dari:
Kebutuhan air proses
Kebutuhan uap steam
Kebutuhan air pendingin
Air untuk berbagai kebutuhan
2. Kebutuhan Bahan Kimia untuk utilitas
3. Kebutuhan Tenaga Listrik
4. Kebutuhan Bahan Bakar
7.1 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air suatu pabrik meliputi air proses,
uap steam, air pendingin, dan air untuk berbagai kebutuhan. Kebutuhan air pada Pabrik Pembuatan Glukosa Monohidrat adalah sebagai berikut :
VII-2
Kebutuhan Air Proses
Perhitungan kebutuhan air proses pada Pabrik Pembuatan Glukosa Monohidrat yang diperoleh dari Lampiran A dapat dilihat pada Tabel 7.1 di bawah ini :
Tabel 7.1 Kebutuhan Air Proses pada Berbagai Alat
No. Nama Alat
Kode Alat Kebutuhan kgjam
1 2
3 4
Mixer Reaktor Hidrolisa
Tangki HCl Tangki NaOH
MX RH
T-01 T-02
7.861,266 65,803
21,165 23,197
Total
7.971,432
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30 Perry, 1999 maka : Total air yang dibutuhkan = 1 + faktor keamanan x Kebutuhan air proses
= 1,3 x 7.971,432 kgjam = 10.362,861 kgjam. Diperkirakan 80 air proses dapat digunakan kembali Evans,1978, sehingga:
Air proses yang digunakan kembali = 80 × 10.362,861 kgjam
= 8.290,288 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk proses = 20
× 10.362,861 kgjam = 2.072,572 kgjam
Kebutuhan Uap Steam
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas alat-alat perpindahan panas. Steam diproduksi dalam ketel. Perhitungan kebutuhan steam pada Pabrik
Pembuatan Glukosa Monohidrat dapat dilihat pada Tabel 7.2 di bawah ini :
VII-3
Tabel 7.2 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas pada Berbagai Alat
No. Nama Alat
Kode Alat Kebutuhan kgjam
1. 2.
3. 4.
Reaktor Hidrolisa Reaktor Netralisasi
Tangki Decolorizing Evaporator
RH RN
TD EV
10.549,359 39,147
11,394 10.617,186
Total
21.217,086
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30 Perry, 1999 maka : Total steam yang dibutuhkan = 1 + faktor keamanan x Kebutuhan uap
= 1,3 x 21.217,086 kgjam = 27.582,211 kgjam.
Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali Evans,1978, sehingga: Kondensat yang digunakan kembali = 80
× 27.582,211 kgjam = 22.065,769 kgjam
Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20 × 27.582,211 kgjam
= 5.516,442 kgjam
Kebutuhan Air Pendingin
Perhitungan kebutuhan air pendingin pada Pabrik Pembuatan Glukosa Monohidrat yang diperoleh dari Lampiran B dapat dilihat pada Tabel 7.3 di bawah
ini :
Tabel 7.3 Kebutuhan Air Pendingin pada Berbagai Alat
No. Nama Alat
Kode Alat Kebutuhan kgjam
1. 2.
Cooler Rotary Cooler
CO RC
361.081,569 3.268,383
Total
364.349,952
Air pendingin bekas dapat digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses
VII-4
sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown Perry, 1999.
Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan : W
e
= 0,00085 W
c
Pers.12-10, Perry, 1999 Dimana :
W
c
= Jumlah air pendingin yang diperlukan = 364.349,952 kgjam T
1
= Temperatur air pendingin masuk = 25
o
C = 77
o
F T
2
= Temperatur air pendingin keluar = 40
o
C = 104
o
F Maka :
W
e
= 0,00085 x 364.349,952 x 104-77 = 9.290,923 kgjam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk
ke menara air Perry, 1999. Diperkirakan drift loss 0,2 , maka : W
d
= 0,002 x 9.290,923 = 18,582 kgjam Air yang hilang blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin,
biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1999. Diperkirakan 5 siklus, maka : W
b
jam kg
S W
e
730 ,
322 .
2 1
5 9.290,923
1 =
− =
−
= Sehingga air tambahan yang diperlukan = 9.290,923 + 18,582 + 2.322,730
= 11.632,236 kgjam
Air untuk Berbagai Kebutuhan
Kebutuhan air domestik meliputi kebutuhan air rumah tangga, kantor dan lain sebagainya. Kebutuhan air untuk masyarakat industri diperkirakan 5 ljam tiap orang.
Jumlah karyawan 100 orang dan ρ air = 1000 kgm
3
= 1 kgl, maka total air kebutuhan domestik adalah:
= 100 x 5 ljam = 500 ljam x 1 kgl = 500 kgjam
Tabel 7.4 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan No
Kebutuhan Jumlah Air Kgjam
1 Domestik dan kantor
500 2
Laboratorium 50
3 Kantin dan tempat ibadah
100 4
Poliklinik 30
Total
680
VII-5
Maka total kebutuhan air yang diperlukan pada pengolahan awal tiap jamnya adalah : = 364.349,952 + 11.632,236 + 21.217,086 + 680 = 398.219,274 kgjam
Densitas air pada 30 C = 997,08 kgm
3
3
m 1
liter 1000
detik 3600
jam 1
997,08 4
398.219,27 x
x
App A-2.3, Geankoplis, 1977
Debit air =
= 110,94 literdetik = 0,109 m
3
detik Sumber air yang digunakan pada Pabrik Pembuatan Glukosa Monohidrat ini berasal
dari Sungai Deli, Kecamatan Labuhan Deli, Sumatera Utara. Debit air sungai 74 m
3
Parameter
detik. Kualitas air sungai Deli ini ditabulasi pada tabel berikut : Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Deli
Satuan Keterangan
Debit m
3
73 detik
Total Amonia NH
3
mgL -N
0,0016 Besi Fe
mgL 1,4
Cadmium Cd mgL
0,076 Clorida Cl
mgL 200
Mangan Mn mgL
0,093 Calsium Ca
mgL 150
Magnesium Mg mgL
93,3 Oksigen terlarut O
2
mgL 18,86
Seng Zn mgL
0,0012 Sulfat SO
4
mgL 140
Tembaga Cu mgL
0,03 Timbal Pb
mgL 0,216
Hardness CaCO
3
mgL 316,6
Lokasi Sampling: Sungai Deli Sumber: Bapedal SUMUT, 2007
Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water intake yang merupakan tempat
pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah dan
VII-6
kotoran yang terbawa bersama air. Selanjutnya dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air pada pabrik ini
terdiri dari beberapa tahap, yaitu : 1.
Screening 2.
Klarifikasi 3.
Filtrasi 4.
Demineralisasi 5.
Deaerasi
7.1.1 Screening
Pengendapan merupakan tahap awal dari pengolahan air. Pada screening, partikel – partikel padat yang besar akan mengendap secara gravitasi tanpa bantuan
bahan kimia sedangkan partikel – partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya.
7.1.2 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening
dialirkan kedalam clarifier setelah diinjeksikan larutan alum Al
2
SO
4 3
dan larutan soda abu Na
2
CO
3
. Larutan alum berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan soda abu sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu
untuk mempercepat pengendapan dengan penyesuaian pH basa dan bereaksi substitusi dengan ion-ion logam membentuk senyawaan karbonat yang kurangtidak
larut. Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok–flok
yang akan mengedap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah overflow yang selanjutnya akan masuk ke tangki utilitas
yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir sand filter untuk penyaringan filtrasi.
Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, perbandingan pemakain alum dan abu soda = 1 : 0,54 Baumann, 1971.
VII-7
Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan : Total kebutuhan air
: 398.219,274 kgjam Pemakain larutan alum
: 50 ppm Pemakaian larutan abu soda
: 0,54 x 50 = 27 ppm Larutan alum Al
2
SO
4 3
yang dibutuhkan : 50.10
-6
x 398.219,274 = 19,905 kgjam Larutan abu soda Na
2
CO
3
yang dibutuhkan : 27.10
-6
a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau green sand setinggi 24 in = 60,96 cm
x 398.219,274 = 10,74 kgjam
7.1.3 Filtrasi
Filtrasi bertujuan untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Pada proses ini juga dilakukan penghilangan warna air dengan
menambahkan karbon aktif pada lapisan pertama yaitu lapisan pasir. Penyaring pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan yaitu :
b. Lapisan II terdiri dari antrasit setinggi 12,5 in = 31,75 cm c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil gravel setinggi 7 in = 17,78 cm
Metcalf Eddy 1991 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 softener dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah, serta 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 kebutuhan kaporit, CaClO
2
: Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi : 680 kgjam
Tabel 7.4 Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70
Kebutuhan klorin : 2 ppm dari berat air
Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit
: 2.10
-6
x 680 1,05 = 0,0028 kgjam
VII-8
7.1.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, yaitu proses penghilangan
ion-ion terlarut dari dalam air. Alat demineralisasi dibagi atas:
1. Penukar Kation Cation Exchanger
Penukar kation berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation
Ca, Mg dan kation lain yang larut dalam air dengan kation dari resin. Resin yang digunakan bermerek Daulite C-20.
Reaksi yang terjadi : 2H
+
R + Ca
2+
Ca
2+
R + 2H
+
2H
+
R + Mg
2+
Mg
2+
R + 2H
+
Untuk regenerasi dipakai H
2
SO
4
Ca dengan reaksi sebagai berikut :
2+
R + H
2
SO
4
CaSO
4
+ 2H
+
Mg R
2+
R + H
2
SO
4
MgSO
4
+ 2H
+
2. Penukar Anion Anion exchanger
R
Berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dan resin. Resin yang digunakan bermerek Dowex 2.
William, 1986 Reaksi yang terjadi :
2R-OH + SO
4 2-
R
2
SO
4
+ 2OH R-OH + Cl
- -
RCl + OH
R
-
Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi:
2
SO
4
+ 2NaOH Na
2
SO
4
RCl + NaOH NaCl + ROH
Perhitngan Kesadahan
+ 2ROH
Pehitungan Kation Air sungai Deli mengandung kation Fe
2+
, Cd
2+
, Mn
2+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Zn
2+
, Cu
2+
dan Pb
2+
masing-masing 1,4, mgl; 0,076 mgl; 0,093 mgl; 150 mgl; 93,3 mgl; 0,0012 mgl; 0,03 dan 0,216 mgl Bapedal SUMUT, 2007
VII-9
Total konsentrasi kation = 1,4 + 0,076 + 0,093 + 150 + 93,3 + 0,0012 + 0,03 + 0,216 = 245,116
ltr mg
x mg
g 1000
1 x 0,396
gal ltr
= 0,097 grgal Jumlah air yang membutuhkan demineralisasi adalah:
= Air Proses + Air Umpan Ketel = 10.362,8616 + 27.582,211
= 37.945,073 kgjam =
,306 053
. 10
galm 264,17
x kgm
997,08 kgjam
37.945,073
3 3
=
galjam Kesadahan air olahan
= 0,097 grgal x 10.053,306 galjam x 24 jamhari = 15,67 kghari
Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 10.053,306 galjam
Total kesadahan air = 15,67 kghari
Dari Tabel 12.4, Nalco 1979, diperoleh: - Diameter penukar kation
= 2 ft - Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Dari Tabel 12.2, Nalco 1979, diperoleh: - Kapasitas resin
= 20 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaCl ft
3
0,787 kgft
20 kghari
15,67
3
=
resin Kebutuhan resin =
ft
3
ft 250
, 14
, 3
787 ,
= hari
Tinggi resin = tinggi minimum resin = 2,5 ft Nalco,1979
Direncanakan tinggi resin = 2,5 ft
Volume resin = 2,5 ft x 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
VII-10
Waktu regenerasi = kghari
15,67 kgft
20 x
ft 7,85
3 3
= 22,53 hari = 23 hari
Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
3 3
20 6
ft kg
ft lb
= 15,67 kghari x = 4,701 lbhari = 2,133 kghari = 0,088 kgjam
Perhitungan Anion Air Sungai Deli mengandung anion Cl
-
, SO
4 2-
, CO
3 2-
ltr mg
masing-masing 200 mgl; 140 mgl dan 316,6 mgl Bapedal SUMUT, 2007
Total konsentrasi kation = 200 + 140 + 316,6 = 656,6
x
mg g
1000 1
x 0,396
gal ltr
= 0,259 grgal Total anion dalam air
= 0,259 grgal x 10.053,306 galjam x 24 jamhari = 41,73 kghari
Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 10.053,306 galjam
Total kandungan anion air = 41,73 kghari Dari Tabel 12.4, Nalco 1979, diperoleh:
- Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Dari Tabel 12.7, Nalco 1979, diperoleh: - Kapasitas resin
= 12 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOH ft
3
,477 3
kgft 12
kghari 41,73
3
=
resin Kebutuhan resin =
ft
3
ft 107
, 1
14 ,
3 477
, 3
= hari
Tinggi resin = tinggi minimum resin = 2,5 ft Nalco,1979
Direncanakan tinggi resin = 2,5 ft
VII-11
Volume resin = 2,5 ft x 3,14 ft
2
= 7,85 ft kghari
41,73 kgft
12 x
ft 7,85
3 3
3
Waktu regenerasi =
= 5,07 hari = 5 hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 41,73 kghari x
3 3
12 5
ft kg
ft lb
= 17,385 lbhari = 7,887 kghari = 0,328 kgjam
7.1.5 Deaerator
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air dan menghilangkan gas terlarut
yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Air hasil demineralisasi dikumpulkan pada tangki air umpan ketel sebelum
dipompakan ke deaerator. Pada proses deaerator 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. Selain itu, deaerator juga berfungsi sebagai preheater,
mencegah perbedaan suhu yang mencolok antara air make-up segar dengan suhu dalam boiler. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan pemanas listrik.
7.2 Kebutuhan Bahan Kimia