Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik

BAB VII UTILITAS

Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi dalam sebuah pabrik. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarana harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik tersebut. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan pupuk organik dari limbah cair industri tahu adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik 6. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Uap Steam

Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan pupuk organik adalah 133,07 kgjam yang dibutuhkan pada unit operasi evaporator D-302. Tambahan untuk faktor keamanan dan faktor kebocoran diambil sebesar 30 Perry, 1997. Jadi, total steam yang dibutuhkan = 1,3 x 133,07 kgjam = 172,991 kgjam. Diperkirakan 80 kondesat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondesat digunakan kembali = 80 x 172,991 kgjam = 138,39 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 pupuk organik adalah sebagai berikut : 1. Air umpan ketel uap = 172,991 – 138,39 kgjam = 34,59 kgjam 2. Air pendingin = 66,256 kgjam pada cooler E-302 Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, Universitas Sumatera Utara maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss dan breakdown Perry, 1997. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan : W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry, 1997 dimana : W c = jumlah air pendingin yang diperlukan T 1 = temperatur air pendingin masuk = 70 C = 158 F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 25 C = 77 F W e = 0,00085 x 66,256 x 158 – 77 = 4,562 kgjam Air yang hilang karena drift loss sekitar 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2, maka : W d = 0,002 x 66,256 = 0,1325 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah sirkulasi air pendingin, sekitar 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka : 1 S W W e b − = Perry, 1997 1 5 4,562 W b − = = 1,1405 kgjam Sehingga, air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 4,562 + 0,1325 + 1,1405 = 5,835 kgjam 3. Air untuk berbagai kebutuhan : a. Kebutuhan air domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 – 100 literhari Metcalf, 1991. Diambil 60 literhari = 2,5 literjam. ρ air pada 30 C = 995,68 kgm 3 ; Jumlah karyawan = 195 orang Maka, total air domestik = 2,5 literjam x 195 = 487,5 literjam x 0,99568 kgliter = 485,394 kgjam b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air laboratorium adalah 1000 – 1800 literhari Metcalf, 1991. Maka, diambil 1200 literhari = 50 kgjam Universitas Sumatera Utara c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah Kebutuhan air untuk kantin dan tempat ibadah adalah 40 – 120 literhari Metcalf, 1991. Maka, diambil 120 literhari = 5 literjam. ρ air pada 30 C = 995,68 kgm 3 Geankoplis, 1997 Pengunjung rata – rata = 100 orang Maka, total kebutuhan air = 5 x 100 = 500 literjam x 0,99568 kgm 3 = 497,84 kgjam d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 400 – 600 literhari Metcalf, 1991. Maka, diambil 600 literhari = 25,10847 kgjam. Tabel 7.1 Pemakaian Air untuk Beberapa Kebutuhan Tempat Jumlah kgjam Domestik 485,394 Laboratorium 50 Kantin dan Tempat Ibadah 497,84 Poliklinik 25,10847 Total 1060,4487 Sehingga, total kebutuhan air untuk pabrik pembuatan pupuk organik adalah : 34,59 + 66,256 + 5,835 + 1060,4487 = 1167,13 kgjam Universitas Sumatera Utara Sumber air untuk pabrik pembuatan pupuk organik ini berasal dari sungai Deli, Medan, Sumatera Utara. Kualitas air sungai Deli dapat dilihat pada tabel 7.2 berikut ini : Tabel 7.2 Kualias Air Sungai Deli Aspek Parameter Satuan Kadar Baku Mutu Fisika TSS mgL 475 400 TDS mgL 51,1 1000 Suhu C 26,0 Normal Daya hantar listrik mhoscm 99,7 2250 Kimia pH - 7,63 5-9 Oksigen terlarut DO mgL 6,45 6 Sulfat SO 4 mgL 0,76 400 Chlorida Cl mgL 10,4 600 Cadmium Cd mgL 0,06 0,01 Seng Zn mgL 0,48 5 Chrom Cr mgL 1,18 0,05 Nikel Ni mgL 0,04 0,5 Tembaga Cu mgL 3,16 1,0 Timbal Pb mgL 0,71 0,1 Nitrit NO 2 mgL 0,029 1,0 Phosphat PO 4 mgL 3,37 - Total alkalinitas mgL 153,7 - Sianida Cn mgL 0,03 0,1 Mikrobiologi Colioform MPN100 ml 20 1000 Sumber : Balai Penelitian dan Pengembangan Industri, 2012 Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water intake 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 keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu : Universitas Sumatera Utara 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Klarifikasi 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Deaerasi

7.2.1 Screening

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 Degremont, 1991.

7.2.2 Sedimentasi

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.

7.2.3 Klarifikasi

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 clarifier, akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan menyingkirkan suspended solids 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 Na + + 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 Na + + 6 CO 2 + 6 SO 4 3- Universitas Sumatera Utara Reaksi koagulasi yang terjadi : Al 2 SO 4 3 + 3H 2 O + 3 Na 2 CO 3 → 2 AlOH 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 → Na 2 SO 4 + CaCO 3 ↓ CaCl 4 + Na 2 CO 3 → 2 NaCl + 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 untuk kekeruhan sebesar 146 NTU adalah 25 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 = 1167,13 kgjam Pemakaian larutan alum = 25 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 25 = 13,5 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 25.10 -6 × 1167,13 = 0,00292 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 13,5.10 -6 × 1167,13 = 0,00158 kgja

7.2.4 Filtrasi

Filtrasi berfungsi memisahkan flok dan koagulan yang masih terikat bersama air. Penyaring pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu : 1. Lapisan I, terdiri dari pasir hijau green sand 2. Lapisan II, terdiri dari antrasit 3. Lapisan III, terdiri dari batu kerikil gravel 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. Universitas Sumatera Utara Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, tempat ibadah, dan poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman – kuman di dalam air. Klor yang biasanya digunakan berupa kapolrit, CaClO 2 . Perhitungan kapolrit yang diperlukan : Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1060,4487 kgjam Kapolrit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm Gordon, 1968 Total kebutuhan kapolrit = 2 ×10 -6 × 8240,7 = 0,00303 kgjam

7.2.5 Demineralisasi

Air umpan ketel uap dan air pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam – garam terlarut. Untuk itu, perlu dilakukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi terbagi atas :

7.2.5.1 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 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 + Perhitungan Kesadahan Kation Air sungai Deli mengandung kation Cd +2 , Zn +2 , Cr 3 , Ni + , Cu +2 , Pb +2 masing-masing 0,06 mgL, 0,48 mgL, 1,18 mgL, 0,04 mgL, 3,16 mgL, 0,71 mgL Tabel 7.1. Total kesadahan kation = 0,06+0,48+1,18+0,04+3,16+0,71+153,7 mgL = 159,33 mgL = 0,15933 gL Jumlah air yang diolah = 106,68 kgjam Universitas Sumatera Utara = 3 3 Lm 1000 kgm 996,24 kgjam 106,68 × = 107,08 Ljam Kesadahan air = 0,15933 grL × 107,08 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 0,2923 kghari Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 106,68 kgjam = 4,82 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 2 ft – 0 in - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 0,2923 kghari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 0,2923 = 0,0146 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 0,0146 = 0,00465 ft Tinggi minimum resin 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 0,2923 kgft 20 ft 7,85 3 3 × = 537,12 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 0,2923 kgrhari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 0,08769 lbhari = 0,00166 kgjam

7.2.5.2 Penukar Anion Anion Exchanger

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat di dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA – 410 Lorch, 1981. Reaksi yang terjadi : 2ROH + SO 4 2- → R 2 SO 4 + 2 OH - ROH + Cl - → RCl + OH - Untuk regenerasi, dipakai larutan NaOH dengan reaksi : Universitas Sumatera Utara R 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2 ROH RCl + NaOH → NaCl + ROH Perhitungan Kesadahan Anion Air sungai Deli, mengandung Anion : SO 4 -2 , Cl - , NO 2 - , PO 4 -2 , CN - ,masing-masing 0,76 mgL, 10,4 mgL, 0,029 mgL, 3,37 mgL, 0,03 mgL Tabel 7.1. Total kesadahan anion = 0,76 + 10,4 + 0,029 + 3,37 + 0,03 + 153,7 mgL = 168,289 mgL = 0,168289 grL Jumlah air yang diolah = 106,68 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 996,24 kgjam 106,68 × = 107,08 Ljam Kesadahan air = 0,168289 grL × 107,08 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 0,409 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 106,08 Ljam = 4,82 galmenit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, Kemmer, 1988 diperoleh: - Diameter penukar anion = 2 ft – 0 in - Luas penampang penukar anion = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 0,409 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, Kemmer, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgrft 12 kghari 0,409 = 0,02493 ft 3 hari Tinggi resin = 62 , 9 0,02493 = 0,00259 ft Tinggi minimum resin 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988 Volume resin = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 0,29918 kgft 12 x ft 7,85 3 3 = 314,86 hari Universitas Sumatera Utara Kebutuhan regenerant NaOH = 0,409 kghari x 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 0,1704 lbhari = 0,00322 kgjam

7.2.6 Deaerator

Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger dan kondensat 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 panas yang terdapat pada kondensat steam yang kembali ke dalam deaerator.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia untuk utilitas pada pabrik pembuatan pupuk organik adalah sebagai berikut : 1. Al 2 SO 4 3 = 0,00292 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 0,00158 kgjam 3. Kapolrit = 0,00303 kgjam 4. H 2 SO 4 = 0,00166 kgjam 5. NaOH = 0,00322 kgjam

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut : 1. Unit proses, utilitas, dan pengolahan limbah Proses Daya hp Utilitas Daya hp Limbah Daya hp P-101 M-101 P-102 M-102 P-103 P-104 P-105 P-106 R-101 D-101 0,75 0,5 0,05 0,5 0,75 10 8 0,1 25 20 P-01 P-02 P-03 V-03 P-04 V-04 P-05 V-05 P-06 P-07 0,1 0,01 0,1 0,06 0,01 0,06 0,01 0,5 0,1 0,01 PL-01 AR PL-02 PL-03 0,01 10 0,01 0,01 Universitas Sumatera Utara C-201 D-201 C-202 G-201 S-201 P-301 R-301 P-302 P-303 R-302 P-304 0,5 3,5 50 30 2 0,25 5 0,25 0,25 6 0,25 V-08 P-08 P-09 V-10 P-10 P-11 P-12 V-13 V-14 P-13 V-15 P-14 P-15 0,01 0,01 0,1 0,01 0,01 1 0,5 465 15 20 0,01 0,01 0,1 Total 163,4 Total 502,75 Total 10,03 2. Ruang kontrol dan laboratorium = 30 hp 3. Penerangan dan kantor = 30 hp 4. Bengkel = 40 hp 5. Perumahan = 120 hp Total kebutuhan listrik = 896,18 hp x 0,7457 kWhp = 668,28 kW Efisiensi generator 80, maka : Daya output generator = 668,28 0,8 = 835,35 kW Untuk perancangan, digunakan 2 unit diesel generator AC 1500 kW, 220 – 240 volt, 50 Hertz, 3 fase 1 unit pakai dan 1 unit cadangan. 7.6 Kebutuhan Bahan Bakar Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap dan pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar karena minyak solar efisien dan mempunyai nilai bakar tertinggi. Keperluan bahan bakar ketel uap untuk steam : Uap yang dihasilkan ketel uap = 181,52 kgjam Entalpi umpan air H S1 pada 90 C, 1,01325 bar = 272,50963 kJkg Entalpi steam H S2 pada 500 C, 6,9627215 bar = 3481,64473 kJkg Reklaitis, 1983 Universitas Sumatera Utara Entalpi total steam : H = 3481,64473 – 272,50963 kJkg x 181,52 kgjam = 582522,20 kJjam = 552122,35 btujam Efisiensi ketel uap 75 Panas yang harus disuplai ketel uap : = 552122,35 btujam 0,75 = 736163,13 btujam Digunakan bahan bakar dari minyak solar, yang terdiri atas campuran etana 30, etilen 45, dan 1-butena 25 Perry, 1999. Ke-3 senyawa kimia tersebut mempunyai nilai bakar masing – masing 51900 kJkg, 47195 kJkg, dan 45334 kJkg. Campuran ini mempunyai nilai bakar rata – rata : 51900 0,30 + 47195 0,45 + 45334 0,25 = 4814125 kJkg = 20410,14198 btulb m Jadi, jumlah bahan bakar = 736163,13 btujam 20410,14198 btulb m = 36,07 lb m = 16,35 kg Keperluan bahan bakar generator : Nilai bahan bakar solar = 45000 kJkg = 19346,51763 btulb Perry, 1999 Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Perry, 1999 Daya output generator = 835,35 kW Daya generator yang dihasilkan = 835,35 kW x 0,9478 btukW.s x 3600 sjam = 2850281,02 btujam Nilai bakar yang tersisa = 1503,12 x 20410,14198 = 30678892,61 btujam Jumlah bahan bakar = [2850281,0219346,51763 btulb] = 147,33 lb m jam = 66,83 kgjam Kebutuhan solar = 66,83 kgjam 0,89 kgL = 75,1 Ljam Universitas Sumatera Utara

7.6 Unit Pengolahan Limbah