BAB VII UTILITAS
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 kalsium klorida dari batu kapur dan asam klorida adalah sebagai berikut :
1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan listrik
5. Kebutuhan bahan bakar 6. Kebutuhan udara pendingin
7. Unit pengolahan limbah
7.1 Kebutuhan Uap Steam
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan kalsium klorida dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Sebagai Media Pemanas Nama alat
Jumlah Uap Kgjam Evaporator FE-01
637,310 Rotary Dryer DE-01
52,470 Total
689,780
Steam yang digunakan adalah superheated steam dengan temperatur 150
o
C tekanan 1 bar. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 809,834 kgjam. Keluaran
steam berupa saturated steam akan dialirkan ke jaket pemanas sebanyak 32,756 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30. Maka:
Total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 689,780 kgjam = 896,714 kgjam
Universitas Sumatera Utara
Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 896,714 kgjam
= 717,371 kgjam Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20 × 896,714 kgjam
= 179,343 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan kalsium
klorida adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan air untuk ketel
Air untuk umpan ketel uap = 179,343 kgjam 2. Kebutuhan air proses
Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan kalsium klorida adalah 1131,064 kgjam yaitu yang berasal dari Tangki Pelarutan HCl DT-01 dan Tangki Pelarutan
CaOH
2
DT-02. Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan kalsium klorida ditunjukkan pada tabel di bawah.
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Proses Kebutuhan
Jumlah air kgjam Tangki Pelarutan HCl DT-01
1481,163 Tangki Pelarutan CaOH
2
DT-02 215,434
Total 1696,5970
3. Air untuk berbagai kebutuhan Perhitungan kebutuhan air domestik:
Menurut Metcalf et.al. 1991 kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40-100 literhari.
Diambil 100 literhari ×
jam 24
hari 1
= 4,16 ≈ 4 literjam
ρ
air
= 1000 kgm
3
= 1 kgliter Jumlah karyawan = 175 orang
Maka total air kantor = 4 × 175 = 700 literjam × 1 kgliter = 7600 kgjam
Universitas Sumatera Utara
Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel berikut : Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan Domestik
Kebutuhan Jumlah air kgjam
Kantor 700
Laboratorium 200
Kantin dan tempat ibadah 150 Poliklinik
150 Total
1200 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah:
= 179,343 + 1696,597+ 1200 = 3075,9398 kgjam
Sumber air untuk pabrik pembuatan kalsium klorida ini adalah dari Sungai Kampar, Kabupaten Palalawan, Provinsi Riau dengan nilai debit sungai maksimum
2200 m
3
detik dan nilai debit sungai minimum 49 m
3
detik BLH, 2011. Adapun kualitas air Sungai kampar, Riau dapat dilihat pada tabel berikut Purwanto, 1999 :
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Kampar, Riau No Analisa
Satuan Hasil
1. 2.
3. 4.
5. 1.
2. 3.
4. 5.
6. 7.
8. 9.
10. 11.
12. 13.
I. FISIKA Bau
Kekeruhan Rasa
Warna Suhu
II. KIMIA Fe
2+
Pb
2+
Mn
2+
Ca
2+
Mg
2+
Cl
-
SO
4 2-
NO
3 2-
PO
4 2-
CO
3 2-
COD BOD
TS NTU
PtCo
o
C gl
gl gl
gl ppm
ppm ppm
ppm ppm
ppm mgl
mgl mgl
Tidak berbau 36
Tidak berasa 10
29 1,9
0,13 32
8,6 128
24 52
112 0,066
0,64 0,156
0,01 0,017
Universitas Sumatera Utara
Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik kalsium klorida diperoleh dari sungai Kampar yang
terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water reservoar 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 Degremont, 1991 :
1. Screening 2. Sedimentasi
3. Klarifikasi 4. Filtrasi
5. Demineralisasi 6. Deaerasi
7.2.1 Screening
Pengendapan 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 Degremont, 1991.
7.2.2 Sedimentasi
Setelah air disaring pada tahap screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk
menghilangkan padatan-padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan yang tidak
terlarut.
7.2.3 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening
dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan 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
Universitas Sumatera Utara
Na
2
CO
3
sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH. Pada bak clarifier, akan terjadi proses
koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan menyingkirkan Suspended Solid SS dan koloid Degremont, 1991.
Koagulan yang biasa dipakai adalah koagulan trivalent. 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.
Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah Degremont, 1991: Al
2
SO
4 3
+ 6 Na
2
CO
3
+ 6H
2
O 2AlOH
3
↓ + 12Na
+
+ 6HCO
3 -
+ 3SO
4 3-
2Al
2
SO
4 3
+ 6 Na
2
CO
3
+ 6H
2
O 4AlOH
3
↓ + 12Na
+
+ 6CO
2
+ 6SO
4 3-
Reaksi koagulasi yang terjadi : Al
2
SO
4 3
+ 3H
2
O + 3Na
2
CO
3
2AlOH
3
+ 3Na
2
SO
4
+ 3CO
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
Na
2
SO
4
+ CaCO
3
CaCl
4
+ Na
2
CO
3
2NaCl + CaCO
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 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
= 3075,9398 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm Pemakaian larutan soda abu
= 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan
= 50.10
-6
× 3075,9398 = 0,1975 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27.10
-6
× 3075,9398 = 0,1066 kgjam
Universitas Sumatera Utara
7.2.4 Filtrasi
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD dalam air
Metcalf, 1991. Material yang digunakan dalam medium filtrasi dapat bermacam-macam: pasir,
antrasit crushed anthracite coal, karbon aktif granular Granular Carbon Active atau GAC, karbon aktif serbuk Powdered Carbon Active atau PAC dan batu garnet.
Penggunaan yang paling umum dipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, sebab tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991.
Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan kalsium klorida menggunakan media filtrasi granular Granular Medium Filtration 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
10,24 in 26,06 cm. 2. 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, seperti Biolite, pozzuolana ataupun Granular Active Carbon
GAC Degremont, 1991. Pada pabrik ini, digunakan antrasit setinggi 5,33 in 13,55 cm.
3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 2,99 in 7,59 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 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
.
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO
2
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1200 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit
= 2.10
-6
× 12000,7 = 0,0034 kgjam
7.2.5 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas
: a. 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 bertipe gel dengan merek IRR–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 Kampar, Riau mengandung kation Fe2+, Pb+2, Mn2+, Ca2+, dan Mg2+,
masing-masing 1,9 ppm, 0,13 ppm, 32 ppm, 8,6 ppm dan 128 ppm Tabel 7.4 1 grgal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 1,9 + 0,13 + 32 + 8,6 + 128 ppm = 170,63 ppm 17,1
= 9,9748 grgal
Universitas Sumatera Utara
Jumlah air yang diolah = 179,343 kgjam =
3 3
galm 264,17
kgm 996,24
kgjam 179,343
×
= 47,556 galjam Kesadahan air
= 9,9748 grgal × 47,556 galjam × 24 jamhari = 11,389 kghari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 47,556 galjam = 0,7926 galmenit
Dari Tabel 12.4 Nalco 1988, diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation
= 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan: Total kesadahan air = 11,389 kghari
Dari Tabel 12.2 Nalco 1988, diperoleh: - Kapasitas resin
= 20 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H
2
SO
4
ft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
kgft 20
kghari 11,389
= 0,5694ft
3
hari Tinggi resin
=
14 ,
3 0,5694
= 0,1813 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft
Tabel 12.4, Nalco, 1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 11,3887
kgft 20
ft 7,85
3 3
× = 13,7856 hari = 330,854 jam
Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 11,389 kghari ×
3 3
kgrft 20
lbft 6
= 3,417 lbhari = 0,065 kgjam
Universitas Sumatera Utara
b. Penukar Anion Anion Exchanger Penukar anion berfungsi untuk menukar anion 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
+ 2NaOH → Na
2
SO
4
+ 2ROH RCl + NaOH
→ NaCl + ROH
Perhitungan Kesadahan Anion Air sungai Kampar, Riau mengandung Anion Cl
-
, SO
4 2-
, NO
3 2-
, PO
4 3-
, dan CO
3 -
masing-masing 24 ppm, 52 ppm, 112 ppm, 0,066 ppm, dan 0,64 ppm Tabel 7.4. 1 grgal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 24 + 52 + 112 + 0,066 + 0,64 ppm
= 188,706 ppm 17,1 = 11,0354 grgal
Jumlah air yang diolah = 179,343 kgjam
=
3 3
galm 264,17
kgm 996,24
kgjam 179,343
×
= 47,556 galjam Kesadahan air
= 11,0354 grgal × 47,556 galjam × 24 jamhari = 12,5952 kghari
Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 47,556 galjam = 0,7926 galmenit
Dari Tabel 12.4 Nalco 1988, diperoleh: - Diameter penukar kation
= 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 12,5952 kghari
Dari Tabel 12.7 Nalco 1988, diperoleh : - Kapasitas resin
= 12 kgrft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin Jadi, kebutuhan resin =
3
kgrft 12
kghari 12,5952
= 6,1614 ft
3
hari Tinggi resin
=
14 ,
3 6,1614
= 0,3343 ft Volume resin
= 0,3343 ft × 3,14 ft
2
= 1,0496 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 12,5952
kgrft 12
ft 1,0496
3 3
× = 1 hari = 24 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 12,5952 kghari ×
3 3
kgrft 12
lbft 5
= 5,248 lbhari = 0,0992 kgjam
7.2.6 Deaerator
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion
ion exchanger dan superheated steam bekas sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada deaerator ini, air dipanaskan hingga 90°C supaya gas-gas yang terlarut dalam air,
seperti O
2
dan CO
2
dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan kalsium klorida adalah sebagai berikut:
1. Al
2
SO
4 3
= 0,1975 kgjam 2. Na
2
CO
3
= 0,1066 kgjam 3. Kaporit
= 0,0034 kgjam 4. H
2
SO
4
= 0,0646 kgjam 5. NaOH
= 0,0992 kgjam
Universitas Sumatera Utara
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses
= 400 hp 2. Unit Utilitas
= 600 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 100 hp
4. Penerangan dan kantor = 30 hp
5. Bengkel = 40 hp
6. Perumahan = 100 hp
Total kebutuhan listrik = 400 + 600 + 100 + 30 + 40 + 100 hp = 1270 hp × 0,7457 kWhp = 947,039 kW
Efisiensi generator 80, maka Daya output generator = 947,039 kW0,8 = 1183,7988 kW
Sumber tenaga listrik yang dipakai untuk memenuhi kebutuhan energi listrik secara keseluruhan di pabrik, diperoleh dari PLN dan generator set genset.
PLN Sumber tenaga listrik dari PLN mempunyai kapasitas maksimum 1.100 KW.
Tetapi dalam pelaksanaannya jumlah listrik yang dipergunakan hanya berkisar antara 200 – 300 kW. Penggunaannya hanya untuk kebutuhan kantor, tempat ibadah, kantin,
laboratorium, bengkel, lampu jalan, dan lampu pabrik. Generator Set Genset
Mengingat seringnya dilakukan pemadaman bergilir oleh PLN maka kebutuhan sumber listrik untuk pengoperasian listrik selain dari PLN, juga diperoleh dari
generator . Generator yang digunakan adalah jenis generator diesel AC 1500 kW, 220 –
240 V, 50 Hz, 3 phase yang mempunyai keuntungan : Tenaga dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai dengan kebutuhan dengan
menggunakan transformator Daya dan tenaga listrik yang dihasilkan relatif besar
Tenaga listrik stabil Kawat penghantar yang digunakan lebih sedikit
Motor 3 phase harganya relatif lebih murah dan sederhana
Universitas Sumatera Utara
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar