BAB VII UTILITAS
Utilitas dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama di dalam kelancaran proses produksi. Agar proses produksi tersebut dapat terus
berkesinambungan, haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas yang baik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada “Prarancangan Pabrik Pembuatan
Lithopone dari ZnSO
4
dan BaS” meliputi: 1. Kebutuhan steam steam
2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia
4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik
7.1 Kebutuhan Steam uap
Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan uap sebagai media pemanas. Adapun kebutuhan steam uap pada “Pra-rancangan Pabrik Pembuatan
Lithopone” ini adalah : Tabel 7.1 Kebutuhan Uap
Nama Peralatan Banyaknya uap yang dibutuhkan kgjam
Drier 4,2800 TOTAL 4,2800
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Steam yang digunakan adalah superheated steam dengan temperatur 150 C dan tekanan 1 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 4,2800 kgjam.
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar 10. Perry, 1999 maka;
Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 x 4,2800 kgjam = 5,564 kgjam.
Diperkirakan 78 kondensat dapat digunakan kembali Evans,1978, sehingga:
Kondensat yang digunakan kembali = 78 × 5,564 = 4,3399 kgjam
Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 22 × 5,564 = 1,2240 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Lithopone adalah : Ü Air proses
= 3060,7879 kgjam Ü Air untuk umpan ketel uap
= 1,2240 kgjam Ü Kebutuhan domestik
• Perkantoran =
l kg
x jam
hari x
orang x
orang hari
24 1
125 l
1 5
= 26,0416 kgjam • Laboratorium
= 100 kgjam • Kantin dan tempat ibadah
= 150 kgjam • Poliklinik
= 50 kgjam Total
326,0416 kgjam
Total kebutuhan air pada pabrik lithopone adalah : = Air proses + Air untuk ketel uap + Air kebutuhan domestik
= 3060,7879 + 1,2240 + 326,0416 = 3388,0535 kgjam
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Diperkirakan lumpur yang terikut pada waktu pemompaan air sungai sebanyak 5 dari jumlah air yang dipompakan. Maka banyak air yang
dipompakan dari sungai adalah : =
1,05 × 3388,0535 kgjam
= 3557,4561 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan lithopone ini adalah dari Sungai
Rokan, Kabupaten Bengkalis, Provinsi Riau. Dimana sungai Rokan dengan panjang 150 km memiliki potensi debit pada musim kemarau 60 m
3
detik dan pada musim hujan 100 m
3
detik Sumber: Laboratorium Pertamina UP II DUMAI . Adapun kualitas air Sungai Rokan, Riau dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 7.2 Kualitas Air Sungai Rokan, Riau No
Analisa Satuan
Hasil
1. 2.
3. 4.
5.
1. 2.
3. 4.
5. 6.
7. 8.
9.
10. 11.
12. 13.
14. 15.
16. 17.
18. 19.
I. FISIKA Bau
Kekeruhan Rasa
Warna Suhu
II. KIMIA Total kesadahan dalam CaCO
3
Chloride NO
3
-N Zat organik dalam KMnO
4
COD SO
4 -
Sulfida Posfat PO
4
Cr
+2
NO
3
NO
2
Hardness CaCO
3
pH Fe
2+
Mn
2+
Zn
2+
Ca
2+
Mg
2+
CO
2
bebas Cu
2+
NTU TCU
C
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
mgl mgl
Tidak berbau 5,16
Tidak berasa 150
25
150 1,3
0,2 65
16 -
0,245 -
- -
95 6,6
10 0,016
0,0012 63
87 132
0,0032 Analisa tidak bisa dilakukan, alat dan bahan kimia tidak tersedia
Sumber : Laboratorium PERTAMINA UP II DUMAI 10 Februari 2005
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan lithopone diperoleh dari sungai Rokan, yang terletak di kawasan pabrik. 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 dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu Degremont,1991 :
1. Screening 2.
Klarifikasi 3.
Filtrasi 4.
Demineralisasi 5.
Deaerasi
7.2.1 Screening
Tahap screening merupakan tahap awal dari pengolahan air.
Adapun tujuan screening adalah Degremont, 1991: ̇ Menjaga struktur alur dalam utilitas terhadap objek besar yang mungkin
merusak fasilitas unit utilitas. ̇ Memudahkan pemisahan dan menyingkirkan partikel-partikel padat yang
besar yang terbawa dalam air sungai. Pada tahap ini, partikel yang besar akan tersaring tanpa bantuan
bahan kimia. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya.
7.2.2 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al
2
SO
4 3
dan Na
2
CO
3
soda abu. Larutan Al
2
SO
4 3
berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na
2
CO
3
sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pambantu untuk
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
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 úMOH
3
+ 3H
+
Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum penting untuk terjadinya koagulasi dan terbentuknya
flok-flok flokulasi. Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al
2
SO
4 3
. Sedangkan koagulan tambahan dipakai larutan soda abu Na
2
CO
3
yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH.
Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah Degremont, 1991: Al
2
SO
4 3
+ 6 Na
2
CO
3
+ 6H
2
O ú 2AlOH
3
+ 12Na
+
+ 6HCO
3 -
+ 3SO
4 3-
2Al
2
SO
4 3
+ 6 Na
2
CO
3
+ 6H
2
O ú 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 permanent menurut proses soda dingin menurut reaksi Degremont,
1991: CaSO
4
+ Na
2
CO
3
å Na
2
SO
4
+ CaCO
3
CaCl
4
+ Na
2
CO
3
å 2NaCl + CaCO
3
Selanjutnya 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
= 3557,4561 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm Pemakaian larutan soda abu
= 0,54 x 50 = 27 ppm Larutan alum Al
2
SO
4 3
yang dibutuhkan = 50.10
-6
x3557,4561= 0,1694 kgjam
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Larutan abu soda Na
2
CO
3
yang dibutuhkan =27.10
-6
x3557,4561 = 0,0914 kgjam
7.2.3 Filtrasi
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD
dalam air Metcalf, 1984. 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, menimbang tipe lain cukup mahal
Kawamura,1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan lithopone 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 24 in 60,96 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 CarbonGAC Degremont, 1991. Pada pabrik ini, digunakan anterasit setinggi 12,5 in 31,75 cm.
3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 7 in 17,78 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
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, CaClO
2
.
Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO
2
: Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 326,0416 kgjam
Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin
= 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit
= 2.10
-6
x 326,04160,7 = 6,5208.10
-4
kgjam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam- garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, dimana alat
demineralisasi dibagi atas : ̇ Penukar kation
Berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg,
dan Mn yang larut dalam air dengan kation hidrogen dan resin. Resin yang digunakan bertipe gel dengan merek IR-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 Rokan, Riau mengandung kation Fe
2+
, Pb
+2
, Mn
2+
, Ca
2+
, dan Mg
2+
, masing-masing 0,016 ppm, 63 ppm, 0,0012 ppm, 87 ppm, 132 ppm Tabel 7.3
1 grgal = 17,1 ppm
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Total kesadahan kation = 0,016 + 63 + 0,0012 + 87 + 132 ppm = 282,0172 ppm
= 282,0172 ppm 17,1 = 16,4922 grgal
Jumlah air yang diolah = 1,224 kgjam =
3 3
galm 264,17
x kgm
996,24 kgjam
1,224
= 0,3245 galjam
Kesadahan air = 16,4922 grgal x 0,3245 galjam x 24 jamhari = 321,2495 kghari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger : Jumlah air yang diolah = 0,3245 galjam = 0,0054 galmenit
Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data-data sebagi 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 = 321,2495 kghari
Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh: - Kapasitas resin
= 25 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 10 lb H
2
SO
4
ft
3
resin Jadi, Kebutuhan resin =
3
25 2495
, 321
ft kg
hari kg
= 12,8499 ft
3
hari
Tinggi resin = 14
, 3
8499 ,
12 = 4,0923 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
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Waktu regenerasi = hari
kg ft
kg ft
2495 ,
321 25
85 ,
7
3 3
× = 0,6108 hari
Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 321,2495 kghari ×
3 3
25 100
ft kg
ft lb
=
128,2495 lbhari = 58,2862 kghari = 2,4285 kgjam
̇ Penukar anion Penukar anion berfungsi untuk menukar anion negatif 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 Rokan, Riau mengandung Anion Cl
-
, SO
4 -
,
NO
3 2-
, PO
4 2-
dan CO
3 2-
sebanyak 1,3 ppm, 16 ppm, 95 ppm, 0,245 ppm, dan 0,2 ppm Tabel 7.3
1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan anion = 1,3 + 16 + 95 + 0,245 + 0,2 ppm
= 112,745 ppm 17,1 = 6,5933 grgal
Jumlah air yang diolah = 1,224 kgjam = 0,3245 galjam
Kesadahan air = 6,5933 grgal x 0,3245 galjam x 24 jamhari = 128,4300 kghari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger : Jumlah air yang diolah = 0,3245 galjam = 0,0054 galmenit
Dari Tabel 12.3 , Nalco, 1988, diperoleh: - Diameter penukar anion
= 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan : Total kesadahan air = 128,4300 kghari
Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin
= 12 kgft
3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft
3
resin Jadi,
Kebutuhan resin =
3
kgft 12
kghari 128,4300
= 10,7025 ft
3
hari
Tinggi resin = 14
, 3
7025 ,
10 = 3,4084 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Nalco, 1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 3,14 ft
2
= 7,85 ft
3
Waktu regenerasi =
kghari 128,4300
kgft 12
x ft
7,85
3 3
= 0,7334 hari = 17,60 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 128,4300 kghari x
3 3
kgft 12
lbft 5
= 53,5125 lbhari = 24,2727 kghari
7.2.5 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 koil pemanas di
dalam deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia : •
Al
2
SO
4 3
= 0,1694 kgjam
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
• Na
2
CO
3
= 0,0914 kgjam
• Kaporit =
6,5208.10
-4
kgjam •
H
2
SO
4
= 2,4285 kgjam
• NaOH
= 24,2727 kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian perencanaan kebutuhan listrik dapat dilihat pada Tabel 7.3 berikut :
Tabel 7.3 Perincian Kebutuhan Listrik
No. Pemakaian
Jumlah hp
1. Unit proses
45 2. Unit
utilitas 35
3. Ruang kontrol dan Laboratorium
20 4. Bengkel
15 5. Penerangan
dan perkantoran
30 6. Perumahan
50
Total 195
Total kebutuhan listrik = 45 + 35 + 20 + 15 + 30 + 50 = 195 hp x 0,7457 kWhp
= 145,4115 kW Efisiensi generator 80 , maka :
Daya output generator = 145,41150,8 = 181,7644 kW
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Kebutuhan bahan bakar adalah : 1. Untuk bahan bakar generator
Nilai bakar solar = 19860 btulb
Perry,1999 Densitas solar
= 0,89 kgl Perry,1999
Daya yang dibutuhkan =
hp jam
btu hp
1 5
, 2544
195 ×
= 496.177,5 btujam Jumlah solar yang dibutuhkan untuk bahan bakar generator adalah :
jam liter
l kg
jam kg
jam kg
lb kg
jam lb
lb btu
jam btu
7445 ,
12 89
, 3426
, 11
3426 ,
11 454
, 9838
, 24
19860 5
, 177
. 496
= =
= ×
= =
2. Untuk bahan bakar ketel uap Uap yang dibutuhkan untuk drier adalah uap superheated steam
Steamuap yang dihasilkan ketel uap = 4,2800 kgjam
Entalpi steam 150 °C, 1 atm = 2776 kJkg Reklaitis, 1983
Panas yang dibutuhkan ketel = 4,2800 kgjam
× 2776 kJkg = 11881,28 kJjam 1,05506 kJBtu
= 11261,2363 Btujam Efisiensi ketel uap = 75
Panas yang harus disuplai ketel =
75 ,
2363 ,
11261 = 15014,9817 Btujam
Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb Perry, 1999
Jumlah bahan bakar = 15014,9817 Btujam 19860 Btulb
m
= 0,7560 lb
m
jam × 0,45359 kglb
m
= 0,3429 kgjam
Susanto : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Lithopone Dari Seng Sulfat Dan Barium Sulfida Dengan..., 2008 USU Repository © 2009
Kebutuhan solar = 0,3429 kgjam 0,89 kgltr
= 0,3852 ltrjam Total kebutuhan solar = 12,7445 ltrjam + 0,3852 ltrjam = 13,1297 ltrjam
7.6 Spesifikasi Peralatan Utilitas