Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik

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