Kebutuhan Uap steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

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