BAB VII UTILITAS DAN SARANANYA
Utilitas dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama dalam kelancaran operasi. Mengingat pentingnya utilitas ini, maka segala sarana dan
prasarananya haruslah direncanakan sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pra
Rancangan Pembuatan Molases Pada Pabrik Gula dengan kapasitas bahan baku 5.000 tonhari ini meliputi:
1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan listrik
5. Kebutuhan bahan bakar
7.1. Kebutuhan Uap Steam
Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan uap sebagai media pemanas. Adapun kebutuhan uap pada unit pembuatan molases pada pabrik gula ini adalah:
Tabel 7.1. Kebutuhan Uap
Nama Alat kgjam
Vacuum Pan 01 Vacuum Pan 02
Vacuum Pan 03 12.162,39
4.486,61 4.415,57
TOTAL 21.064,57
Universitas Sumatera Utara
Tambahan untuk kebocoran dan lain-lain diambil 5 dan faktor keamanan diambil sebesar 20 Perry, 1997. Maka kebutuhan uap adalah :
Total kebutuhan uap, = 21.064,57 kgjam
= Tambahan untuk kebocoran,
505.549,68 kghari
= 5 x 505.549,68 = Faktor keamanan,
25.277,48 kghari
= 20 x 505.549,68 = Total uap yang dihasilkan ketel,
101.109,94 kghari
= 505.549,68 + 25.277,48 + 101.109,94 kghari =
Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali Evans, 1978, sehingga kondensat yang digunakan kembali adalah :
631.937,09 kghari
= 80 x 631.937,09 = Kebutuhan air tambahan ketel,
505.549,68 kghari
= 20 x 631.937,09 =
7.2. Kebutuhan Air 126.387,42 kghari
Kebutuhan air pada Pra Rancangan Pembuatan Molases Pada Pabrik Gula dengan kapasitas bahan baku 5.000 tonhari ini mencakup kebutuhan air umpan
ketel, proses, pendinginan dan domestik. Kebutuhan air untuk pendingin adalah sebagai berikut :
Tabel 7.2. Kebutuhan Air Untuk Pendingin
Nama Alat kgjam
Kondenser 1.864.857,29
TOTAL 1.864.857,29
Universitas Sumatera Utara
Total kebutuhan air untuk pendingin, = 1.864.857,29 kgjam =
Air yang telah digunakan sebagai pendingin dapat dimanfaatkan kembali setelah diproses di water cooling tower. Selama proses sirkulasi terjadi kehilangan
akibat penguapan, blow down dan selama pengaliran, sehingga penambahan air segar sebanyak :
44.756.574,96 kghari
Wm = We + Wd + Wb Perry,1997
We = 0,00085 x Wc T
1
-T
2
Wb =
Perry,1997
1 −
S We
Perry,1997 Dimana :
Wm = Air segar yang harus ditambahkan, m
3
We = Air yang hilang akibat penguapan, m
hari
3
Wb = Air yang terhembus blow down, m
hari
3
Wd = Air yang hilang sepanjang aliran, m
hari
3
0,1 sd 0,2 ; diambil 0,2 Perry,1997
hari
Wc = Kebutuhan air untuk pendingin, kghari
T
1
= Temperatur masuk = 50
o
T C
2
= Temperatur keluar = 25
o
S = Perbandingan antara padatan terlarut pada air untuk pendingin
C
dengan air yang ditambahkan = 3 sd 5 ; diambil s = 5 Perry, 1997
Universitas Sumatera Utara
Densitas ρ air 996,53 kgm
3
pada suhu 25 Laju alir volumetrik air pendingin,
C dan tekanan 1 atm
Wc =
kgm 996,53
kghari ,96
44.756.574
3
= 44.912,42 m
3
Maka : hari
We = 0,00085 44.912,42 50 – 25 = 954,39 m
3
Wb =
hari
1 5
hari m
954,39
3
−
= 238,59 m
3
Wd = 0,002 x 44.912,42 m
hari
3
hari = 89,82 m
3
Air tambahan yang dibutuhkan untuk air pendingin :
hari
Wm = 782,51 + 195,63 + 73,65 = 1.051,79 m
3
= 1.048.137,87 kghari
hari
Air pendingin yang digunakan kembali, =
,88 36.696.014
– 1.048.137,87 kghari =
• Kebutuhan air umpan ketel = 126.387,42 kghari
35.647.877,01 kghari
• Kebutuhan air proses, Mixer
01 = 1.255,87 kgjam = 30.140,88 kghari • Kebutuhan air domestik keperluan sehari-hari, kantin dan lain-lain.
Kebutuhan air domestik untuk masyarakat industri diperkirakan 10 literjam per orang. Jumlah karyawan 106 orang.
Maka, Kebutuhan total air domestik adalah 106 orang x 10 literjam per orang
= 1.060 literjam x 0,9965 kgliter = 1.036,36 kgjam = 24.872,64 kghari
Universitas Sumatera Utara
• Kebutuhan air tambahan untuk keperluan sehari-hari laboratorium, pencucian peralatan dan lain-lain diperkirakan 5 dari total kebutuhan
air. Kebutuhan air tambahan,
= 51.048.137,87 + 126.387,34 + 30.140,88 + 24.872,64 kghari = 61.476,94 kghari
Tabel 7.3. Perkiraan Kebutuhan Air di Pabrik
Kebutuhan Air kghari
Air pendingin Air umpan ketel
Air proses Air domestik
Air tambahan 1.048.137,87
126.387,34 30.140,88
24.872,64 61.476,94
TOTAL 1.291.015,67
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk Pra Rancangan Pembuatan Molases Pada Pabrik Gula dengan kapasitas bahan baku 5.000 tonhari ini diperoleh dari air bawah tanah.
Kualitas air dapat dilihat pada tabel 7.4 dan tabel 7.5. Tabel 7.4. Sifat Fisika Air Bawah Tanah di KIM II Medan
No Parameter
Range mgliter
1 Padatan terlarut
32,80 2
Kekeruhan 290 NTU
3 Suhu
30,60 C
4 Daya Hantar Listrik
66,20 uscm
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.5. Kandungan Bahan Kimia dalam Air Bawah Tanah di KIM II Medan
No Bahan Kimia
Range mgliter
1 Alumunium
0,020 2
Ammonia -
3 Besi
2,250 4
Fluorida 0,200
5 Klorida
4,000 6
Kromium 0,000
7 Mangan
0,150 8
Nitrat 0,470
9 Nitrit
0,003 10
Oksigen terlarut DO -
11 pH
7,100 12
Seng 0,040
13 Sianida
0,000 14
Sulfat 0,000
15 Sulfid
0,065 16
Tembaga 0,000
17 BOD
6,000 18
COD 14,000
19 Alkalinitas
29,000 20
Kesadahan 36,000
Sumber: Laporan PDAM KIM II Medan, 2006 Air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan dipergunakan sesuai
dengan keperluan. Pengolahan air pada pabrik ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu:
1. Pengendapan
Air dari bak penampung dialirkan kedalam bak pengendapan dimana partikel-partikel padat yang berdiameter besar akan mengendap secara gravitasi
Universitas Sumatera Utara
tanpa bantuan bahan kimia. Ukuran partikel yang mengendap ini berkisar antara 10
-1
sampai 10
-3
Massa air yang dibutuhkan untuk 1 hari, m Alaert, 1987
= 1.291.015,67 kghari Volume,
= ρ m
=
3
53 ,
996 kghari
67 1.291.015,
m kg
= 1.295,51 m
3
Faktor keamanan, 20
hari
= 1+0,2 x 1.295,51 m
3
= 1.554,61 m
hari
3
Direncanakan : Panjang bak = 3 x lebar bak
hari
Tinggi bak = 2 x lebar bak
Sehingga, volume : = p x l x t = l
1.554,61 = l
3 3
⇒ l = 11,58 m
Maka, Panjang bak = 3 x 11,58 m = 34,75 m
Lebar bak = 11,58 m
Tinggi bak = 2 x 11,58 m = 23,16 m
2. Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan didalam air. Air dari pengendapan dialirkan kedalam klarifier setelah diinjeksikan dengan larutan
alum, Al
2
SO
4 3
, dan soda abu, Na
2
CO
3
. Al
2
SO
4 3
Alum biasanya digunakan masing-masing sebesar 5-50 ppm terhadap jumlah air yang diolah Hammer, 1979. Berdasarkan jumlah alkalinitas untuk
berfungsi sebagai koagulan.
Universitas Sumatera Utara
menghilangkan turbiditas air, diketahui 1 mgliter alum bereaksi dengan 0,5 mgliter alkalinitas air, sedangkan perbandingan antara Al
2
SO
4 3
dengan Na
2
CO
3
Total kebutuhan air = 1.291.015,67 kghari adalah 1 : 0,53 Hammer, 1979.
Jumlah alkalinitas = 29 ppm
Jumlah Al
2
SO
4 3
= yang digunakan,
6
10 29
5 ,
1
−
x x
x 1.291.015,67 kghari
= 74,88 kghari
Jumlah Na
2
CO
3
= 0,53 x 74,88 kghari yang digunakan,
= 39,68 kghari 3. Filtrasi
Proses filtrasi dilakukan dengan menggunakan penyaring pasir sand filter
. Sand filter ini berfungsi unuk menyaring kotoranflok yang masih terkandung atau tertinggal di dalam air. Sand filter yang digunakan terdiri dari 3
lapisan, yaitu : Lapisan I terdiri dari pasir hijau, setinggi 24 in = 60,96 cm
Lapisan II terdiri dari antrasit, setinggi 12,5 in = 31,75 cm Lapisan III terdiri dari batu grafel, setinggi 7 in = 17,78 cm
Pengolahan air PT. KIM, 2006 Pada bagian bawah sand filter dilengkapi dengan strainer agar air
menembus celah-celah pasir secara merata. Daya saring sand filter akan berkurang sehingga diperlukan pencucian back wash secara berkala Sugiharto,
1987. Dari penyaring ini, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan
Universitas Sumatera Utara
ke berbagai pemakaian air. Untuk air umpan ketel masih diperlukan lagi pengolahan air lebih lanjut, yaitu demineralisasi dan deaerasi.
Untuk air domestik dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air agar syarat air minum
dapat terpenuhi. Klor yang digunakan biasanya dalam bentuk kaporit CaClO
2
Kebutuhan air domestik = 24.872,64 kghari .
Kaporit yang direncanakan mengandung klorin 30 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Gordon,1968 Kebutuhan kaporit =
3 ,
24.872,64 10
2
6
x x
−
= 0,16 kghari 4. Demineralisasi
Air untuk umpan ketel harus air murni dan bebas dari garam-garam terlarut, untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi dengan langkah-langkah
sebagai berikut, • Menghilangkan kation-kation Ca
2+
, Mg
2+ ,
Al
2+
, Fe
2+
, Mn
2+
dan Zn • Menghilangkan anion-anion S
2+ 2-
, NO
3 2-
, NO
2 2-
Cl
-
, F Alat demineralisasi dibagi atas :
-
a. Penukar kation Cation Exchanger Berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan
air yang dipakai. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca
2+
dan Mg
2+
yang larut dalam air dengan kation hidrogen dari resin. Resin yang digunakan bersifat asam dengan merek Amberlite IR-120 Plus
Baron, 1982.
Universitas Sumatera Utara
Reaksi yang terjadi : 2H
+
R + Ca
2+
→ R
2
Ca + 2 H 2H
+ +
R + Mg
2+
→ R
2
Mg + 2H 2H
+ +
R + Al
2+
→ R
2
Al + 2 H 2H
+ +
R + Fe
2+
→ R
2
Fe + 2 H 2H
+ +
R + Mn
2+
→ R
2
Mn + 2 H 2H
+ +
R + Zn
2+
→ R
2
Zn + 2 H Untuk regenerasi resin agar aktif kembali, digunakan H
+ 2
SO
4
H dengan
reaksi sebagai berikut :
2
SO
4
+ Ca
2+
→ CaSO
4
+ 2H H
+ 2
SO
4
+ Mg
2+
→ MgSO
4
+ 2H
+
H
2
SO
4
+ Al
2+
→ AlSO
4
+ 2H H
+ 2
SO
4
+ Fe
2+
→ FeSO
4
+ 2H H
+ 2
SO
4
+ Mn
2+
→ MnSO
4
+ 2H H
+ 2
SO
4
+ Zn
2+
→ ZnSO
4
+ 2H Perhitungan kesadahan kation :
+
Kebutuhan air untuk umpan ketel = 126.387,34 kghari Kesadahan awal terhadap Ca
2+
dan Mg
2+
= ,
kg 1
kgrain 15,4322
10 kghr
,34 36x126.387
6
x
= 70,21 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Al
2+
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
02 ,
6
= 0,04 kgrainhari
Universitas Sumatera Utara
Kesadahan awal terhadap Fe
2+
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
25 ,
2
6
= 4,39 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Mn
2+
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
15 ,
6
= 0,29 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Zn
2+
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
04 ,
6
= 0,08 kgrainhari
Total kesadahan kation,
= 70,21 + 0,04 +4,39 + 0,29 + 0,08 kgrainhari = 75,01 kgrainhari
Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 20 kgrainft
3
Nalco water Handbook, 1982. Exchanger capacity adalah kemampuan penukar ion ion exchanger untuk menukar ion yang ada pada air yang dilaluinya.
Direncanakan volume kation exchanger 5 ft Jumlah air yang yang diolah setiap regenerasi,
3
= hari
kgrain hari
kg x
ft kgrain
x ft
01 ,
75 126.387,34
20 5
3 3
= 168.493,99 kg
Universitas Sumatera Utara
Waktu regenerasi, =
hr kg
126.387,34 kg
168.493,99
= 1,33 hari
Untuk regenerasi dipakai H
2
SO
4
8 dimana pemakaiannya sebanyak 0,7025 lb H
2
SO
4
gallon Nalco water Handbook, 1982 = 2,3838 kg H
2
SO
4
ft
3
Maka kebutuhan H .
2
SO
4
= ,
hr ft
kg x
ft 33
, 1
3838 ,
2 5
3 3
= 8,96 kghari
b. Penukar anion Anion Exchanger Penukar anion berfungsi untuk pertukaran anion negatif yang terdapat
dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan merk R- Dowex
dengan reaksi : 2ROH
-
+ H
2
SO
4
→ RSO
4 2-
+ 2 H
2
Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi : O
RCL
-
→ + NaOH
NaCl + ROH Dari tabel 7.5 diperoleh anion yang terkandung dalam air PAM KIM II
adalah S
-
2-
, NO
3 2-
, NO
2 2-
Cl
-
, F
-
Perhitungan kesadahan anion : .
Kebutuhan air untuk umpan ketel = 126.387,34 kghari Kesadahan awal terhadap S
2-
= ,
kg 1
kgrain 15,4322
10 kghr
387,34 0,065x126.
6
x
= 0,13 kgrainhari
Universitas Sumatera Utara
Kesadahan awal terhadap NO
3 2-
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
47 ,
6
= 0,92 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap NO
2 2-
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
003 ,
6
= 0,006 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap Cl
-
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
4
6
= 7,80 kgrainhari
Kesadahan awal terhadap F
-
= ,
kg kgrain
x hr
kg x
1 4322
, 15
10 126.387,34
2 ,
6
= 0,39 kgrainhari
Total kesadahan anion,
= 0,13 + 0,92 + 0,006 + 7,80 + 0,39 kgrainhari = 9,25 kgrainhari
Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 20 kgrainft
3
Nalco water Handbook, 1982. Exchanger capacity adalah kemampuan penukar ion ion exchanger untuk menukar ion yang ada pada air yang dilaluinya.
Direncanakan volume kation exchanger 5 ft
3
Universitas Sumatera Utara
Jumlah air yang yang diolah setiap regenerasi, =
hr kgrain
hr kg
x ft
kgrain x
ft 25
, 9
126.387,34 20
5
3 3
= 1.366.349,62 kg
Waktu regenerasi, =
hr kg
kg 126.387,34
62 ,
349 .
366 .
1
= 10,81 hari
Untuk regenerasi dipakai NaOH dimana pemakaiannya sebanyak 4,5 lb NaOHgallon Nalco water Handbook, 1982 = 2,3838 kg H
2
SO
4
ft
3
Maka kebutuhan NaOH, .
= hr
ft lb
x ft
81 ,
10 5
, 4
5
3 3
= 2,08 lbhari = 944,96 kghari 5. Dearasi
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger sebelum dikirimkan sebagai umpan ketel. Air hasil
demineralisasi dikumpulkan pada tangki air umpan ketel sebelum dipompakan ke deaerator.
Pada deaerator ini air dipanaskan hingga 90
o
C sehingga gas-gas yang terlarut dalam air seperti O
2
dan CO
2
dapat dihilangkan, sebab gas CO
2
dapat bersifat korosif. Pemanasan ini berfungsi untuk mencegah perbedaan suhu yang
besar antara umpan air dengan suhu didalam ketel sehingga beban ketel dapat dikurangi.
Universitas Sumatera Utara
7.3. Kebutuhan Bahan Kimia