Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Air

BAB VII U T I L I T A S Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat dari bisfenol-a dan fosgen adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan air pendingin 4. Kebutuhan bahan kimia 5. Kebutuhan listrik 6. Kebutuhan bahan bakar 7. Kebutuhan udara panas 8. Unit pengolahan limbah gas 9. Unit Pengolahan limbah cair

7.1 Kebutuhan Uap Steam

Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas Nama Alat Jumlah Uap kgjam Reaktor Deprotonasi R-101 1,5130 Evaporator I FE-101 434.1352 Heater E-103 1.071,4078 Heater E-104 1.728,4084 Heater Udara 572,5634 Total 3.808,0277 Tambahan untuk faktor keamanan dan faktor kebocoran diambil sebesar 30 Perry, 1997. Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 3.808,0277= 4.950.4361 kgjam Universitas Sumatera Utara Diperkirakan 90 kondensat dapat digunakan kembali sehingga : Kondensat digunakan kembali = 0,9 × 4.950.4361 = 4.455,3925 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 polibisfenol-a karbonat ini adalah sebagai berikut:

1. Air umpan ketel uap

Air untuk umpan ketel uap = 4950,4361 - 4.455,3925 = 495,0522 kgjam.

2. Air pendingin

Air pada suhu 27 o C didinginkan di dalam unit pendinginan dengan menggunakan refigeran gas amoniak R-717 untuk menghasilkan air pendingin pada suhu 15 o C sebelum dialirkan ke unit proses. Adapun kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat ditunjukkan pada tabel 7.2 berikut. Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik Nama Alat Jumlah Air kgjam Reaktor Polimerisasi R-102 49,0522 Cooler E-101 873,1459 Condenser E-102 95.269,9125 Total 96.192,1107 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 dihitung dengan persamaan : W e = 0,00085 W c T 2 -T 1 Dimana: W c = jumlah air pendingin yang dibutuhkan T 1 = temperatur air pendingin masuk = 15 o C T 2 = temperatur air pendingin keluar = 25 o C Sehingga: W e = 0,00085 × 96.192,1107× 25-15 = 817,6329 kgjam Universitas Sumatera Utara Air yang hilang karena drift loss sekitar 0,1-0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1997. Ditetapkan drift loss sebesar 0,2, maka : W d = 0,002 × 96.192,1107= 192,3842 kgjam Air yang hilang karena blowdown tergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin sekitar 3-5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 3 siklus, maka : W b = 1 3 6329 , 817 1 S W e W b = 408,8165 kgjam Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 817,6329 + 192,3842 + 408,8165 = 1.418,8336 kgjam Unit Pendinginan Refrigeration Unit UP Fungsi : mendinginkan air dari suhu 27 o C menjadi 15 o C Jenis : single stage mechanical refrigeration cycle Bahan konstruksi : carbon steel Data : Suhu air masuk unit pendingin = 27 o C = 300,15 K Suhu air keluar pendingin = 15 o C = 288,15 K Refrigerant yang dipakai : gas amoniak R-717 Evaporator Chiller Kompresor Throttle Valve Gambar 7.1 Siklus Unit Pendinginan Smith, dkk, 2005 Universitas Sumatera Utara Suhu pendinginan = 10 o C Dietrich, 2005 Tekanan pendinginan = 25 bar Dietrich, 2005 Suhu kondensasi = 45 o C Dietrich, 2005 Tekanan kondensasi = 91 bar Dietrich, 2005 Kapasitas Refrigerasi Kapasitas refrigerasi = panas yang diserap chiller T rata-rata = 294,15 K = 21 o C Kapasitas panas air pada T rata-rata = 4,183 kJkg.K Geankoplis, 2003 Q c = m cp dT Q c = 96.192,1107 kgjam × 4,183 kJkg.K × 300,15 K - 288,15 K Q c = 6.035.573,9844 kJjam.  Laju Sirkulasi Refrigerant 1 2 H H Q m c Smith, dkk, 2005 Pada titik 4, T = 20 o C = 293,15 K Kapasitas panas amoniak pada T = 0,179 kJkg.K H 4 = H 1 = Cp.dT = 0,179 kJkg.K × 293,15 K - 288,15 K = 0,8950 kJkg Oleh karena proses throttling, H 4 = H 1 Pada titik 2, T = 10 o C = 283,15 K Kapasitas panas amoniak pada T = 0,535 kJkg.K H 2 = Cp.dT = 0,535 kJkg.K × 318,15 K – 278,15 K = 10,708 kJkg Massa refrigeran = 1 2 H H Q c m = 8950 , 708 , 10 9844 6.035.573, 615.059,0018 kgjam.  Panas Kompresor, Qc Qc = H 2 - H 1 = 10,708 kJkg - 0,8950 kJkg = 9,8130 kJkg. Kerja kompresor, Wc = Q × m = 9,8130 kJkg × 615.059,0018 kgjam = 6.035.573,9844 kJjam = 1676,5473 kW. Universitas Sumatera Utara Efisiensi kompresor = 80 W = 1676,5473 kW 0,8 = 2095,6841 kW.  Coefficient of Performance COP = 2,52 Dietrich, 2005

3. Air Proses

Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat adalah 10174,4524 kgjam.

4. Air untuk Berbagai Kebutuhan

Perhitungan kebutuhan air domestik : Menurut Metcalf et al 1991, kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 – 100 liter per hari. Diambil 50 literhari × 0833 , 2 24 1 jam hari ≈ 2 literjam ρ air = 1000 kgm 3 = 1 kgliter. Jumlah karyawan = 150 orang Maka total air kantor = 2 × 150 orang = 300 literjam × 1 kgliter = 300 kgjam. Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel berikut: Tabel 7.3 Pemakaian Air untuk Kebutuhan Domestik Kebutuhan Jumlah Air kgjam Kantor 300 Laboratorium 100 Kantin dan tempat ibadah 100 Poliklinik 100 Total 600 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: Total kebutuhan air = 495,0436 + 1418,8336 + 10174,4524 + 600 = 12.688,3296 kgjam. Densitas air pada temperatur 27 o C adalah 996,12 kgm 3 Geankoplis, 2003 Universitas Sumatera Utara Debit air, Q = 3 12 , 996 6 12.688,329 m kg jam kg 12,7622 m 3 hari. Sumber air untuk pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Kualitas air Sungai Deli dapat dilihat pada tabel 7.4 di bawah ini. Tabel 7.4 Kualitas Sungai Deli, Daerah Kawasan Industri Medan No Parameter Satuan Kadar 1 Suhu o C ± 28 2 Nitrat NO 3 -N mgL 0,2 3 Nitrit NO 2 -N mgL 0,1 4 Klorida Cl mgL 8,7 5 Sulfat SO 4 mgL 16 6 Besi Fe mgL 0,873 7 Timbal Pb mgL 1,142 8 Mangan Mn mgL 0,154 9 Sianida CN mgL 0,0018 10 Total Dissolved Solid TSS mgL 31,6 11 Tembaga Cu mgL 0,113 12 Kesadahan sebagai CaCO 3 mgL 87 13 Kalsium Ca mgL 43 14 Magnesium Mg mgL 28 Lokasi Sampling : Sungai Deli, daerah Labuhan sumber : Bapedal, 2004 Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat diperoleh dari Sungai Deli yang terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water reservoir yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah 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 Universitas Sumatera Utara 6. Deaerasi Degremont, 1991

1. Screening SC

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.

2. Sedimentasi BS

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.

3. Klarifikasi CL

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 klarifier akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan untuk menyingkirkan padatan tersuspensi SS dan koloid Degremont, 1991. 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 σa + + 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 σa + + 6 CO 2 + 6 SO 4 3- Reaksi koagulasi yang terjadi : Universitas Sumatera Utara Al 2 SO 4 3 + 3H 2 O + 3 Na 2 CO 3 2 AlτH 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 σa 2 SO 4 + CaCO 3 CaCl 4 + Na 2 CO 3 2 σaCl + CaCτ 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 umumnya 50 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 = 12688,3296 kgjam. Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 50 . 10 -6 × 12688,3296 = 0,6344 kgjam. Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27 . 10 -6 × 12688,3296 = 0,3426 kgjam.

4. Filtrasi SF

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 1 terdiri dari pasir hijau green sand Lapisan ini bertujuan untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut air. Lapisan yang digunakan setinggi 10,24 in 26,06 cm. b. Lapisan 2 terdiri dari anterakit Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya atrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahap pada pengolahan effluent pabrik, perlu menggunakan bahan dengan luar permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar. Pada pabrik ini digunakan antrasit setinggi 5,33 in 13,55 cm c. Lapisan 3 terdiri dari batu kerikil gravel setinggi 2,99 in 7,59 cm Universitas Sumatera Utara 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 siklus refrigerasi 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 klarinasi 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 = 600 kgjam Kaporit yang akan digunakan direncanakan mengandung klorin 70, sehingga: Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit = 2 × 10 -6 × 6000,7 = 0,0017 kgjam.

5. Demineralisasi

Air umpan ketel uap dan air pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu diperlukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas:

5.1 Penukar Kation Cation Exchanger CE