Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
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 Etanol dari Molase ini adalah sebagai berikut :
1. Kebutuhan uap steam
2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan bahan kimia
4. Kebutuhan listrik
5. Kebutuhan bahan bakar
6. Unit pengolahan limbah
7.1 Kebutuhan Uap steam
Dalam pabrik, uap digunakan sebagai media pemanas alat-alat perpindahan panas. Adapun kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Etanol dari molase dapat
dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 7.1. Kebutuhan uap sebagai media pemanas
No Nama Alat
Jumlah kgjam
1 Reaktor R-101
5013,7661 2
Tangki sterilisasi TS-101 11667,8573
3 Heater H-101
20007,1602 4
Destilasi MD-101 6913,801
Total 43602,5846
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 . Total steam yang dibutuhkan
= 1,2 × 1046462,03 kghari = 1255754,436 kghari
Diperkirakan 80 kondensat dapat dipergunakan kembali Evans,1978, sehingga : Kondensat yang dapat digunakan kembali
= 80 ×1255754,436 kghari = 1004603,549 kghari
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20×1255754,436 kghari
= 251150,8872 kghari = 10464,6203 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi air memegang peranan penting baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada Pabrik Pembuatan Etanol
adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan Air Pendingin kgjam
- Untuk air pendingin Cooler C-101 = 605061,7434 kgjam
- Untuk air pendingin Fermentor R-102 = 219,8265 kgjam
- Condensor K-101 = 301946,5066 kgjam
Total kebutuhan air pendingin = 907228,0765 kgjam
Air yang telah digunakan sebagai pendingin pada menara pendingin air dapat digunakan kembali, dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses
sirkulasi, sehingga penambahan air sebanyak : Wm = We + Wd + Wb
We = 0,00085 . Wc T
1
-T
2
Wb = WeS-1 Perry, 1997
Dimana : Wm = air segar yang harus ditambahkan, kgjam
We = air yang hilang akibat penguapan, kgjam Wb = air yang terhembus blow down, kgjam
Wd = air yang hilang sepanjang aliran, kgjam = 0,1 sd 0,2 ; diambil 0,2
Perry, 1997 Wc = kebutuhan air untuk pendingin, kgjam
T
1
= temperatur masuk menara pendingin = 25 C = 77
F T
2
= temperatur keluar menara pendingin = 40 C = 104
F S
= perbandingan antara padatan terlarut pada air untuk pendingin dengan air yang ditambahkan = 3 sd 5 ; diambil S = 5
Perry, 1997 Maka :
We = 0,00085 × 907228,0765 × 104 -77 = 20820,8844 kgjam
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
1 S
W W
e b
− =
kgjam 0191
, 226807
1 5
5 907228,076
W
b
= −
=
W
d
= 0,002 ×907228,0765 = 1814,4561 kgjam 2.
Air yang ditambahkan untuk air pendingin : Wm = We + Wd + Wb
Wm = 20820,8844 + 1814,4561 + 226807,0191 kgjam = 249442,3596 kgjam 3.
Air proses diperkirakan 874,3642 kgjam ×1,2 = 1049,2370 kgjam 4.
Kebutuhan air domestik kantor, laboratorium, pencucian alat, kantin, tempat ibadah, poliklinik, dan lain-lain. Kebutuhan air domestik untuk masyarakat
industri diperkirakan 10 ljam per orang. Jumlah karyawan 155 orang. Maka total volume air domestik adalah = 155 × 10 ljam = 1550 ljam.
Asumsi : Densitas ρ air = 1000 kgm
3
= 1 kgl Kebutuhan air domestik = 1550 ljam × 1 kgl = 1550 kgjam
5. Air tambahan untuk umpan ketel = 10464,6203 kgjam
Tabel 7.2 Diperkirakan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Air
Kgjam Air tambahan untuk umpan ketel
Kebutuhan air pendingin Kebutuhan air proses
Untuk kebutuhan karyawan 10464,6203
226807,0191 226807,0191
1550 Total
239870,8764
7.2.1 Unit Pengolahan Air
Sumber air untuk pabrik pembuatan etanol ini berasal dari Sungai Sei Silau Asahan Bapedalda SUMUT, 2007. Kualitas air sungai Silau dapat dilihat pada tabel
7.3 sebagaiberikut :
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Tabel 7.3 Kualitas Air Sungai Silau
Parameter Satuan
Kadar
A. Fisika
Suhu Padatan terlarut
B. Kimia
pH Total Amonia NH
3
-N Besi Fe
Cadmium Cd Mangan Mn
Seng Zn Tembaga Cu
Timbal Pb Calsium Ca
Magnesium Mg Chlorida Cl
Nitrat NO
2
Nitrit NO
3
Sulfat SO
4
Hardness CO
3 -2
Oksigen terlarut C
mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL 26,4
56,4
6,7 0,0005
0,028 0,001
0,028 0,008
0,03 0,01
200 100
60 0,028
0,074 42
95 6,48
Untuk menekan biaya produksi maka air pendingin bekas perlu disirkulasi kembali melalui pemanfaatan menara pendingin Cooling Tower, maka air yang
perlu disuplay hanya untuk menggantikan air yang hilang akibat proses operasi ataupun terbawa angin pada proses pendingin. Untuk menjamin kontinuitas air, maka
di tepi sungai dibangun fasilitas waret intake yang berfungsi sebagai pengolahan awal terhadap air yang akan dikirim ke lokasi pabrik. Pengolahan ini meliput i
penyaringan sampah dan kotoran yang masuk dan terbawa bersama air. Selanjutnya air tersebut dipompakan ke bak penampung untuk seterusnya
ditransfer ke lokasi pabrik. Proses pengolahan ini terdiri atas beberapa tahap yaitu : 1.
Pengendapan 2.
Klarifikasi 3.
Filtrasi 4.
Demineralisasi 5.
Deaerasi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
7.2.1.1 Pengendapan
Pengendapan merupakan tahapan awal dari pengolahan air. Air yang dipompakan dari sungai ditampung dalam bak pengendapanpenampungan
sementara. Pada bak ini lumpurpartikel-partikel padat yang besar akan mengendap secara gravitasi. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikutterapung di
badan air menuju unit pengolahan selanjutnya.
7.2.1.2 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air yang disebabkan oleh suspended solid. Air dari bak pengendapan dialirkan ke dalam
clarifier setelah diinjeksikan larutan alum Al
2
SO
4 3
yang berfungsi sebagai koagulan dan larutan abu Na
2
CO
3
yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH.
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 filteruntuk penyaringan.
Pemakaian larutan alum umumnya hingga 5-50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan soda abu = 1 : 0,54.
Baumann, 1971 Total kebutuhan air
= 239870,8764 kgjam Pemakaian larutan alum
= 5 ppm Pemakaian larutan soda abu
= 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum yang dibutuhkan = 5×10
-6
× 239870,8764 = 11,9935 kgjam
Larutan soda abu yang dibutuhkan = 27×10
-6
×239870,8764 = 6,4765 kgjam
7.2.1.3 Filtrasi
Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikat bersama air. Penyaring pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan yaitu :
a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau green sand setinggi 24 in. b. Lapisan II terdiri dari anterakit setinggi 12,5 in
c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil graved setinggi 7 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Pada bagian bawah sand filter dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saring sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan
regenerasi secara berkala dengan cara pencucian ulang back wash. Dari penyaring ini, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan.
Untuk air umpan ketel, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut yaitu proses demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin dan tempat
ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman dalam air. Klor yang digunakan biasanya
berupa kaporit, CaClO
2
. Khusus untuk air minum, setelah dilakukan proses klorinasi diteruskan ke penyaring air water treatment system sehingga air yang
keluar merupakan air sehat yang memenuhi syarat-syarat air minum. Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi
= 1550 kgjam Kaporit yang digunakan mengandung klorin 70
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit
= 2.10
-6
× 15500,7 = 0,0044 kgjam
7.2.1.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, alat demineralisasi dibagi atas :
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 bermerek Doulitle C-20. Reaksi yang terjadi adalah :
2H
+
R + Ca
2+
Ca
2+
R
2
+ 2H
+
2H
+
R + Mg
2+
Mg
2+
R
2
+ 2H
+
Untuk regenerasi dipakai H
2
SO
4
berlebih dengan reaksi : Ca
2+
R
2
+ 2H
2
SO
4
CaSO
4
+ 2H
+
R Mg
2+
R
2
+ 2H
2
SO
4
MgSO
4
+ 2H
+
R
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Perhitungan Kesadahan Kation
Air sungai Silau mengandung kation Ca
2+
,Mg
2+
, Mn
2+
, Cd
2+
, Zn
2+
, Cu
2+
, Pb
2+
, dan Fe
2+
masing-masing 200 ppm; 100 ppm; 0,028 ppm; 0,001 ppm; 0,008 ppm; 0,03 ppm; 0,01 ppm; dan 0,028 ppm. Tabel 7.3
1 graingal = 17,1 ppm
− Kebutuhan air umpan segar
= 10464,6203 kgjam −
Total kesadahan kation = 300,206 ppm
− Densitas air
= 998,23 kgm
3
Volume V = ρ m
= jam
m m
kg jam
kg 4831
, 10
23 ,
998 10464,6203
3 3
= = 60,8353 galmenit
− Kesadahan air
= grain
kg menit
gal galon
1000 1
8353 ,
60 1
, 17
grain 300,206
× ×
= 1,0680 kg grainmenit = 1537,92 kg grainhari Volume resin yang diperlukan
Total kesadahaan air = 1537,92 kg grainhari
Dari tabel 12.2, The Nalco Water Hand Book, 1992; diperoleh : Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 20 kgrft
3
Direncanakan : Diameter tangki : 2 ft
Luas permukaan : 3,14 ft
2
Kebutuhan resin = hari
ft hari
kgr 896
, 76
kgrft 20
92 ,
1537
3 3
= Tinggi yang dapat ditempati oleh resin, h :
Kebutuhan resin = tinggi resin ×luas permukaan
76,896 ft
3
hari = h
×3,14 h
= 24,4891 ft Faktor kelonggaran diambil 80,
Maka : Tinggi resin = 1,8 × 24,4891 ft = 44,0804 ft
Regenerasi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Volume resin, V = h × A = 44,0804 ft ×3,14 ft
2
= 138,4142 ft
3
Siklus regenerasi, t =
tan sin
sin mua
total re
kapasitas re
volume ×
= jam
hari hari
grain kg
ft grain
kg 1998
, 43
7999 ,
1 1537,92
20 ft
138,4142
3 3
= =
×
Sebagai regenerant digunakan H
2
SO
4
, dimana pemakaiannya sebanyak 9,61 lb H
2
SO
4
ft
3
untuk setiap regenerasi Nalco, 1988 Kebutuhan H
2
SO
4
= sin
tan re
kapasitasr regenerasi
kapasitas mua
Total ×
=
3
20 H2SO4ft3
lb 16
, 9
grainhari kg
1537,92 ft
grain kg
×
= 738,9705 b regenerasi ×143,1998 regenerasijam
= 17,1058 lbjam = 7,7591 kgjam
2. Penukar Anion Anion Exchanger
Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan Dower 2. Reaksi yang terjadi
adalah : 2ROH + H
2
SO
4
RSO
4 2-
+ 2H
2
O Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi :
RCl + NaOH NaCl + ROH
Perhitungan Kesadahan Anion
Air Sei Silau Asahan mengandung anion Cl
-
, NO
2 -
, NO
3 -
, SO
4 -
, masing- masing 60 ppm; 0,028 ppm; 0,074 ppm; 42 ppm dan 95 ppm. Tabel 7.3
1 graingal = 17,1 ppm
− Kebutuhan air umpan segar
= 10464,6203 kgjam −
Total kesadahan kation = 102,111 ppm
− Densitas air
= 998,23 kgm
3
Volume V = ρ m
= jam
m m
kg jam
kg 4831
, 10
23 ,
998 10464,6203
3 3
= = 60,8353 galmenit
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
− Kesadahan air
= grain
kg menit
gal galon
1000 1
8353 ,
60 1
, 17
grain 102,111
× ×
= 0,3632 kg grainmenit = 523,1118 kg grainhari
Volume resin yang diperlukan Total kesadahaan air
= 523,1118 kgrhari Dari tabel 12.2, The Nalco Water Hand Book, 1992; diperoleh :
Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 25 kgrft
3
Kebutuhan regenerant 3,5 lb NaOHft
3
resin, sehingga : Direncanakan :
Diameter tangki : 2 ft Luas permukaan : 3,14 ft
2
Kebutuhan resin =
hari ft
hari grain
kg 9244
, 20
grain ft kg
25 1118
, 523
3 3
= Tinggi yang dapat ditempati oleh resin, h :
Kebutuhan resin = tinggi resin ×luas permukaan
20,9244 ft
3
hari = h
×3,14 h
= 6,6638 ft Faktor kelonggaran diambil 80,
Maka : Tinggi resin = 1,8 × 6,6638 ft = 11,9949 ft
Regenerasi Volume resin, V = h
× A = 11,9949 ft ×3,14 ft
2
= 37,6640 ft
3
Siklus regenerasi, t =
tan sin
sin mua
total re
kapasitas re
volume ×
= jam
hari hari
grain kg
ft grain
kg 20
, 43
80 ,
1 523,1118
25 ft
37,6640
3 3
= =
×
Sebagai regenerant digunakan NaOH, dimana pemakaiannya sebanyak 3,5 lb NaOHft
3
untuk setiap regenerasi Nalco, 1988 Kebutuhan NaOH
= sin
tan re
kapasitasr regenerasi
kapasitas mua
Total ×
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
=
3 3
25 NaOHft
lb 5
, 3
grainhari kg
523,1118 ft
grain kg
×
= 73,2356 lb regenerasi ×143,20 regenerasijam
= 1,6952 lbjam = 0,7689 kgjam
7.2.1.5 Deaerasi
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger 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 ini berfungsi untuk mencegah perbedaan suhu yang besar antara umpan air dengan suhu
di dalam ketel sehingga beban ketel dapat dikurangi. Penarikan gas-gas tersebut dilakukan dengan menginjeksikan steam melalui nozzle yang ada pada deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan Etanol dari Molase adalah sebagai berikut :
1. Al
2
SO
4 3
= 11,9935 kgjam
2. Na
2
CO
3
= 6,4765 kgjam
3. H
2
SO
4
= 7,7591 kgjam
4. NaOH =
0,7689 kgjam 5. Kaporit
= 0,0044kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut : 1. Unit proses
= 120 hp
2. Unit utilitas =
50 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium =
40 hp 4. Penerangan dan kantor
= 35 hp
5. Bengkel =
40 hp 375 hp
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Faktor keamanan 5 Perry, 1999
Total kebutuhan listrik = 1,05 × 375
= 393,75 hp × 0,7457 KWHp = 293,6193 kW
Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 207,4910,8 = 367,0242 kW
Generator digunakan 2 buah generator diesel type AC 400 V, 2100 kW, 50Hertz, 3 phase, dimana 1 buah beroperasi dan 1 buah standbay, berbahan
bakar solar.
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar karena minyak solar mempunyai nilai bakar yang tinggi.
Keperluan bahan bakar : Bahan bakar generator
Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb
Labban, 1971 Densitas bahan bakar solar
= 0,89 kgL Perry, 1999
Kebutuhan listrik = 367,0242 KW
Daya generator yang dihasilkan = 367,02420,8 kW × 0,9478 Btudet.kW
=
347,8655 Btudet × 3600 detjam = 1252315,996 Btujam
Jumlah bahan bakar =
Btulb 19860
Btujam 6
1252315,99
= 63,0572 lbjam × 0,4535 kglb = 28,5964 kgjam
Kebutuhan solar =
kgl 0,89
kgjam 28,5964
= 32,1308 ljam Keperluan bahan bakar ketel uap
Uap yang dihasilkan ketel uap = 52323,1015 kgjam
Panas laten steam pada 130 C,
λ = 520kkalkg
Reklaitis, 1983
= 2063,4921 Btukg
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Panas air umpan ketel Q
1
= m.cp. ∆T
= 52323,1015 kgjam
×
1 kkalkg C
×90-25 C
= 3401001,598 kkalkg = 13496252,31 Btujam
Panas yang dihasilkan = 52323,1015 kgjam
×
2063,4921 Btukg = 107968306,6 Btujam
Panas yang dibutuhkan Q
2
-Q
1
= 107968306,6 -13496252,31 Btujam = 94472054,28 Btujam
Effisiensi = 75, maka : Total kebutuhan panas =
jam Btu
125962739 0,75
Btujam 8
94472054,2 =
Jumlah bahan bakar = jam
Btu 125962739
19860 Btulbm = 6342,5346 lbmjam
×
0,45359 kglbm = 2876,9103 kgjam
Kebutuhan solar = 2876,9103 kgjam 0,89 kgltr
= 3232,4834 ltrjam Kebutuhan solar total = 32,1308 + 3232,4834 = 3264,6142 ltrjam
7.6 Unit Pengolahan Limbah