Kebutuhan Steam Kebutuhan Air

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 asetonitril adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Kebutuhan listrik 6. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Steam

Steam digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan steam pada pabrik pembuatan propilen oksida dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Steam Pabrik nama alat jumlah uap kgjam Heater 1 14633,2651 Heater 2 13414,1834 Heater 4 44065,1273 Heater 5 28388,3649 Heater 6 55287,9709 RB1 25056,2466 RB2 58133,8030 RB3 39951,5829 Total 278930,5440 Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan temperatur 168°C dan tekanan 7,44 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 278930,5440 kgjam. Universitas Sumatera Utara Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20. Maka: Total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 6694333,0566 kgjam = 362609,7072kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 362609,7072kgjam = 290087,7658 kgjam Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20 × 362609,7072 kg jam = 72521,9414 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan propilen oksida adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan air pendingin Kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan asetonitril ditunjukkan pada tabel 7.2. Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Jumlah Air Pendingin kgjam Reaktor peroksidasi 2249388,5143 Reaktor epoksidasi 7862049,3760 Cooler 3 5954767,7686 Cooler 4 6965375,7015 Cooler 5 4849672,5605 Condensor 1 56574,9555 Condensor 2 126510,5094 Condensor 3 67382,4793 Total 28131721,8651 Universitas Sumatera Utara Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown Perry, 1999. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Pers. 12-10, Perry, 1999 Di mana: W c = jumlah air pendingin yang diperlukan T 1 = temperatur air pendingin masuk = 30°C = 86°F T 2 = temperatur air pendingin keluar = 45°C = 113°F Maka: W e = 0,00085 × 28131721,8651× 113 – 86 = 645623,0168 kgjam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka: W d = 0,002 × 28131721,8651 = 56263,4437 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3-5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka: 1 S W W e b − = Pers. 12-12, Perry, 1999 kgjam 4 322811,508 1 3 8 645623,016 W b = − = Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 1024697,9689 kgjam Universitas Sumatera Utara 2. Air untuk berbagai kebutuhan Air Proses Tabel 7.3 Kebutuhan Air Proses pada Alat Kebutuhan Jumlah air kgjam Kebutuhan air proses 327,7452 Perhitungan kebutuhan air domestik: Menurut Metcalf et.al. 1991 kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40-100 literhari. Diambil 100 literhari × jam hari 24 1 = 4,16 ≈ 4 literjam ρ air = 1000 kgm 3 = 1 kgliter Jumlah karyawan = 141 orang Maka total air kantor = 4 × 128 = 512 literjam × 1 kgliter = 512 kgjam Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel 7.4. Tabel 7.4 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan Domestik Kebutuhan Jumlah air kgjam Kantor 512 Laboratorium 50 Kantin dan tempat ibadah 100 Poliklinik 30 Total 692 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 29229961,5207 kgjam Selain menggunakan air sebagai air pendingin, pabrik pembuatan propilen oksida ini juga menggunakan downterm J octafluoropropane pada suhu -60 o C sebagai cairan pendingin. Universitas Sumatera Utara Sumber air untuk pabrik pembuatan propilen oksida ini adalah dari air Sungai Belawan, Provinsi Sumatera Utara. Adapun kualitas air Sungai Belawan dapat dilihat pada tabel 7.5. Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Belawan 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 Klorida NO 3 -N Zat organik dalam KMnO 4 COD SO 4 - Sulfida Fosfat PO 4 3- 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 50,16 Tidak berasa 150 25 150 1,3 0,2 65 5 - 0,245 - - - 13 6,6 5 0,016 0,0012 12 15 132 0,0032 Analisa tidak bisa dilakukan, alat dan bahan kimia tidak tersedia Sumber: Laboratorium PERTAMINA BELAWAN 10 Maret 2013 Universitas Sumatera Utara 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: 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Klarifikasi 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Deaerasi

7.2.1 Screening

Pengendapan 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.

7.2.1 Sedimentasi

Setelah air disaring pada tahap screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan-padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan yang tidak terlarut.

7.2.2 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan 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 Universitas Sumatera Utara sebagai bahan pembantu untuk 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 MOH 3 + 3 H Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah Degremont, 1991: Al 2 SO 4 3 + 6 Na 2 CO 3 + 6H 2 O 2AlOH 3 ↓ + 12Na + + 6HCO 3 - + 3SO 4 3- 2Al 2 SO 4 3 + 6 Na 2 CO 3 + 6H 2 O 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 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 2NaCl + 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 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 = 29229961,5207 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Universitas Sumatera Utara Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 29229961,5207 = 1461,4981 kgjam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 1461,4981 = 789,2090 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, 1991. 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, sebab tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan asetonitril 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 antrasit setinggi 38 in 0,963 m. 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. Universitas Sumatera Utara Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses softener dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di 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 dan memenuhi syarat-syarat air minum. Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO 2 Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 692 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Gordon, 1968 Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 6920,7 = 0,002 kgjam

7.2.4 Demineralisasi

Air untuk umpan ketel dan pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas: a. 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 + R Universitas Sumatera Utara Perhitungan Kesadahan Kation Air sungai Belawan mengandung kation Fe 2+ , Mn 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ , Zn +2 , dan Cu 2+ masing-masing 5 ppm, 0,016 ppm, 12 ppm, 15 ppm, 0,0012 ppm, dan 0,0032 ppm Tabel 7.5. 1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan kation = 5 + 0,016 + 12 + 15 + 0,0012 + 0,0032 = 32,0204 ppm 17,1 = 1,8725 grgal Jumlah air yang diolah = 72521,9414 kgjam = 3 3 galm 264,17 kgm 996,24 kgjam 72521,9414 × = 19230,4277galjam Kesadahan air = 1,8725 grgal × 19230,4277 galjam × 24 jamhari = 864,2154 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 19230,4277 galjam = 320,5071 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 0,7854 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan: Total kesadahan air = 533067,4553kghari Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Handbook 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 20 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 864,2154 = 43,2108 Tinggi resin = 55,0175ft 7854 , 43,2108 = Universitas Sumatera Utara Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 0,7854 ft 2 = 1,9635ft 3 Waktu regenerasi = kghari 864,2154 kgft 20 ft 1,9635 3 3 × = 0,0454 hari = 1,0906 jam Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 864,2154 kghari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 259,2646 lbhari = 117,7061 kghari = 4,9044 kgjam

b. Penukar Anion Anion Exchanger