Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Listrik

Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. BAB VII UTILITAS Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena suatu proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada. Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan vinil asetat dari etilen, oksigen dan asam asetat adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan listrik 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Uap Steam

Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap yang digunakan ada dua jenis, yaitu uap pada 300 o C, 476 kPa superheated steam dan uap pada 150 o C, 476 kPa saturated steam. Kebutuhan uap pada 300 o C, 476 kPa, pada pabrik pembuatan vinil asetat dapat dilihat pada Tabel 7.1 di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap pada 300 o C, 476 kPa Nama Alat Jumlah Uap kgjam Vaporizer 3 E-103 2819,470758 Heater 1 E-104 4248,060354 Heater 2 E-202 4438,142519 Reboiler E-204 4917,062071 Total 16422,7357 Uap yang digunakan adalah superheated steam pada temperatur 300 o C dan tekanan 476 kPa. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 16422,736 kgjam. Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar 10 . Perry, 1999 maka : Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 16422,736 kgjam = 21349,556 kgjam Uap pada 150 o C, 476 kPa diperoleh dari air kondensat keluaran reboiler E- 204 dan heater E-202 yang digunakan kembali sebagai pendingin pada reaktor R- 101. Kondensat reboiler dan heater E-202 pada 140 o C, 476 kPa, akan menyerap panas yang dihasilkan dari reaksi pembentukan vinil asetat sehingga dihasilkan uap saturated steam pada 150 o C, 476 kPa. Diperkirakan 80 dari kondensat dapat digunakan kembali. Sehingga kondensat yang digunakan kembali adalah : 80 x 21349,556 = 17079,65 kgjam Kebutuhan air tambahan : 20 x 18674,632 = 4269,911 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada pabrik pembuatan vinil asetat ini adalah sebagai berikut: • Air untuk umpan ketel = 4269,911 kgjam • Air Pendingin : Tabel 7.3 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat Nama alat Jumlah Air Pendingin kgjam Cooler 1 E-201 129501,4205 Kondensor E-203 6764,82648 Cooler 2 E-205 13679,02711 Total 149945,2741 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: Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry, 1997 Di mana: W c = jumlah air masuk menara = 149945,2741 kgjam T 1 = temperatur air masuk = 28 °C = 82,4 °F T 2 = temperatur air keluar = 60 °C = 140 °F Maka, W e = 0,00085 × 149945,2741× 140-82,4 = 7341,321kgjam 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 × 149945,2741= 299,891 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka: W b = 1 − S W e = 1 5 7341,321 − = 1835,33 kgjam Perry, 1997 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 7341,321 + 299,891 + 1835,33 = 9476,541 kgjam • Air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan air domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 – 100 ltrhari …... Met Calf, 1991 Diambil 100 ltrhari x jam hari 24 1 = 4.16 ≈ 4 literjam air = 1000 kgm 3 = 1 kgliter Jumlah karyawan = 130 orang Maka total air domestik = 4 x 130 = 542 ltrjam x 1 kgliter = 542 kgjam Pemakaian air untuk kebutuhan lainnya dapat dilihat pada tabel 7.5 berikut. Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Tabel 7.5 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Jumlah air kgjam Domestik dan Kantor 781,667 Laboratorium 60,000 Kantin dan tempat ibadah 120,000 Poliklinik 60,000 Total 781,667 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 4269,9113 + 9476,541 + 781,667 = 14528,1193 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan vinil asetat dari etilen, oksigen dan asam asetat adalah dari Sungai Cidanau, Propinsi Banten dengan debit air 5,421 m 3 detik. Adapun kualitas air Sungai Cidanau dapat dilihat pada tabel 7.6 sebagai berikut. Tabel 7.6 Kualitas Air Sungai Cidanau, Banten Parameter Satuan Kadar Suhu Kekeruhan pH Ammonium Aluminum Besi terlarut Kesadahan : Kalsium Magnesium Seng Timbal Mangan Timah Sianida Bikarbonat Karbonat Klorida Nitrat Nitrit Pospat Sulfat CO 2 bebas °C NTU mgL mgL mgL mgL CaCO 3 mgL CaCO 3 mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL mgL ± 28 146 7,7 0,34 0,4 0,79 93,5 55,8 0,1 - 0,6 0,005 0,008 370,1 - 20,5 0,11 0,03 0,4 6 32,1 Sumber: data hasil rata-rata tahunan pemantauan kualitas air [BPSDA-Propinsi Banten, 2007] Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan vinil asetat ini diperoleh dari sungai cidanau yang terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water reservoar 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. Koagulasi dan flokulasi 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 Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi dan flokulasi 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 Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 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 alum. 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. 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 pengatur pH 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 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 permanent menurut proses soda dingin menurut reaksi Degremont, 1991 CaSO 4 + Na 2 CO 3 Na 2 SO 4 + CaCO 3 CaCl 2 + Na 2 CO 3 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. Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan : Total kebutuhan air = 14528,1193 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum Al 2 SO 4 3 yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 14528,1193 = 0,72641 kgjam Larutan abu soda Na 2 CO 3 yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 14528,1193 = 0,39226 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, menimbang tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan vinil asetat 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 10 in 25,4 cm. 2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya antrasit 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 20 in 50,8 cm. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 16 in 40,64 cm Metcalf, 1991. Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. 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 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 = 781,667 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 781,6670,7 = 0,0022 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 : a. 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–22 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 : Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. 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 Cidanau mengandung kation Fe 2+ , NH 4 + , Al 3+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Pb 2+ , Ca 2+ , dan Mg 2+ masing-masing 0,79 mgL, 0,34 mgL, 0,4 mgL, 0,1 mgL, 0,6 mgL, 0,008 mgL, 93,5 mgL, dan 55,8 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan kation = 0,79 + 0,34 + 0,4 + 0,1 + 0,6 + 0 + 93,5 + 55,8 mgL = 151,53 mgL = 0,15153 gL Jumlah air yang diolah = 4269,911 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,68 kgjam 3 4269,911 × = 4286,0267 Ljam Kesadahan air = 0,15153 grL × 4286,027 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 15,5871 kghari Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 4269,911 kgjam = 18,871 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 2 – 0 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 15,5871 kghari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Kebutuhan resin = 3 kgft 20 kghari 15.5871 = 0,7794 ft 3 hari Tinggi resin = 14 . 3 0,7794 = 0,2482 ft Tinggi minimum resin 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 Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Waktu regenerasi = kghari 15,5871 kgft 20 ft 7.85 3 3 × = 10,0724 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 15,5871 kghari × 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 4,6761 lbhari = 0,08846 kgjam Perhitungan kesadahan anion : Perhitungan Kesadahan Anion Air Sungai Cidanau, mengandung Anion : nitrat, nitrit, pospat, Cl - , SO 4 2- , CN - , CO 3 2- , masing-masing 0,11 mgL, 0,03 mgL, 0,4 mgL, 20,5 mgL, 6 mgL, 0,008 mgL, dan 370,1 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan anion = 0,11 + 0,03 + 0,4 + 20,5 + 6 + 0,008 + 370,1 mgL = 397,148 mgL = 0,397148 grL Jumlah air yang diolah = 4269,9113 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 996,24 kgjam 4269,9113 × = 4286,0267 Ljam Kesadahan air = 0,397148 grL × 4286,0267 Ljam × 24 jamhari × 10 -3 kggr = 40,8543 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 4269,9113kgjam = 18,8707 galmenit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion = 3 ft – 6 in - Luas penampang penukar anion = 9,62 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 40,8543 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3 kgrft 12 kghari 40,8543 = 3,4044ft 3 hari Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Tinggi resin = 14 , 3 3,4044 = 1,0842 ft Tinggi minimum resin 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988 Volume resin = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 40,8543 kgft 12 x ft 7,85 3 3 = 2,3059 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 40,8543 kghari x 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 17,0219 lbhari = 0,3220 kgjam

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 150 °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 Listrik

Tabel 7.7 Perincian Kebutuhan Listrik No. Pemakaian Jumlah Hp 1. Unit proses 907 2. Unit utilitas 30 3. Ruang kontrol dan Laboratorium 30 4. Bengkel 30 5. Penerangan dan perkantoran 30 6. Perumahan 190 Total 1217 Listrik yang dihasilkan ekspander = 692 Hp Total kebutuhan listrik = 1217 – 692 = 525 hp Total kebutuhan listrik = 525 Hp × 0,7457 kWHp = 391,4925 kW Efisiensi generator 80 , maka : Fahmi Arieif Nasution : Pembuatan Vinil Asetat Dari Etilena, Asam Asetat Dan Oksigen Dengan Kapasitas 40.000 TonTahun, 2009. Daya output generator = 391,49 0,8 = 489,366 kW

7.4 Kebutuhan Bahan Bakar