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