Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

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 magnesium klorida dari magnesium hidroksida 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 satu jenis, yaitu uap pada 162 o C, 6,5 bar saturated steam. Kebutuhan uap pada 162 o Tabel 7.1 Kebutuhan Uap pada 162 C, 6,5 bar, pada pabrik pembuatan vinil asetat dapat dilihat pada Tabel 7.1 di bawah ini. o C, 6,5 bar Nama Alat Jumlah Uap kgjam Heater 1 99987,8940 Heater 2 54,5168 Reaktor 64091,8080 Evaporator 28570,1620 Total 192704,3808 Uap yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 162 o C dan tekanan 6,5 bar. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 197204,3808 kgjam. Universitas Sumatera Utara Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar 10 . Perry, 1999 maka : Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 192704,3808 kgjam = 250515,6950 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali, sehingga: Kondensat yang digunakan kembali = 80 x 250515,6950 = 200412,5560 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20 x 250515,6950 = 50103,1390 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 Magnesium Klorida ini adalah sebagai berikut: • Air Pendingin : Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat Nama alat Jumlah Air Pendingin kgjam Cooler 2599,7540 Total 2599,7540 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’s, 1999 Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Di mana: W Perry’s, 1997 c T = jumlah air masuk menara = 2599,7540 kgjam 1 T = temperatur air masuk = 25 °C = 77 °F 2 = temperatur air keluar = 40 °C = 104 °F Universitas Sumatera Utara Maka, W e = 59,6643 kgjam = 0,00085 × 2599,7540 × 104-77 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 × 2599,7540 = 5,1995 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry’s, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka: W b 1 − S W e = = 1 5 59,6643 − = 14,9160 kgjam Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 59,6643 + 5,1995 + 14,9160 = 79,7798 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 ρ air = 1000 kgm 3 Jumlah karyawan = 114 orang = 1 kgliter Maka total air domestik = 4 x 114 = 456 ltrjam x 1 kgliter = 456 kgjam Universitas Sumatera Utara Tabel 7.3 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Jumlah air kgjam Domestik dan Kantor 456 Laboratorium 100 Kantin dan tempat ibadah 150 Poliklinik 50 Total 756 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 50103,1390 + 756 + 79,7798 = 50938,9188 kgjam. Sumber air untuk pabrik pembuatan Magnesium Klorida ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Debit air sungai 12 m 3 Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Deli, Daerah Kawasan Industri Medan detik Bapedal Sumut, 22 September 2009. Kualitas air Sungai Deli dapat dilihat pada tabel di bawah ini : 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 °C bebas NTU mgL mgL mgL mgL CaCO mgL CaCO 3 mgL 3 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 Sumber : Bapedal Sumut, 2009 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. Koagulasi 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 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.

7.2.3 Koagulasi dan Flokulasi

Universitas Sumatera Utara 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 Koagulan yang biasa dipakai adalah alum. Reaksi hidrolisis akan terjadi menurut reaksi : sebagai bahan koagulan tambahan yaitu berfungsi sebagai bahan pambantu 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 : M 3+ + 3H 2 O MOH 3 + 3 H + Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum adalah 5,4 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 2Al 3- 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 sebagai berikut Degremont, 1991 CaSO 4 + Na 2 CO 3 Na 2 SO 4 + CaCO 3 Universitas Sumatera Utara CaCl 2 + Na 2 CO 3 2NaCl + CaCO 3 Selanjutnya flok-flok 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 = 50938,9188 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 Larutan abu soda Na × 50938,9188 = 2,5469 kgjam 2 CO 3 yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 50938,9188 = 1,3753 kgjam

7.2.4 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 Magnesium klorida 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. Universitas Sumatera Utara 2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya atrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahappada 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 pabrikini, digunakan antrasit setinggi 12,5 in 31,75 cm. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 7 in 17,78 cm Metcalf, 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. 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 = 756 kgjam : Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 anonimous,2008 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 7560,7 = 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, Universitas Sumatera Utara 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 : Ca 2+ R + H 2 SO 4 CaSO 4 + 2H + Mg R 2+ R + H 2 SO 4 MgSO 4 + 2H + Mn R 2+ R + H 2 SO 4 MnSO 4 + 2H + Perhitungan kesadahan kation : R Air Sungai Cidanau mengandung kation Fe 2+ , NH 4 + , Al 3+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Pb 2+ , Ca 2+ , dan Mg 2+ Total kesadahan kation = 0,79 + 0,34 + 0,4 + 0,1 + 0,6 + 0+ 93,5 + 55,8 mgL masing-masing 0,79 mgL, 0,34 mgL, 0,4 mgL, 0,1 mgL, 0,6 mgL, 0 mgL, 93,5 mgL, dan 55,8 mgL Tabel 7.4. = 151,438 mgL = 0,151438 gL Jumlah air yang diolah = 50103,1390 kgjam = 3 3 kgm 996,24 kgm 50103,1390 x 1000 Lm 3 Kesadahan air = 0,151438 grL × 50292,2378 Ljam × 24 jamhari × 10 = 50292,2378 Ljam -3 = 18,2787 kghari kggr Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 50103,1390 kgjam = 221,4288 galmenit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 3 ft – 6 in = 1,06681 m 3 Universitas Sumatera Utara - Luas penampang penukar kation = 9,62 ft 2 = 0,89375 m 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 18,2787 kghari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgrft - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 3 2 SO 4 ft 3 Kebutuhan resin = resin kghari 20 kghari 18,2787 = 0,9139 ft 3 Tinggi resin = hari 14 . 3 0,6817 = 0,2171 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 Waktu regenerasi = 3 kghari 18,2787 ft kg 20 x ft 7,85 3 3 = 8,5892 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 3 3 kgrft 20 lbft 6 = 18,2787 kghari × = 5,4836 lbhari = 2,4676 kgjam Perhitungan kesadahan anion : Perhitungan Kesadahan Anion Air Sungai Cidanau, mengandung Anion : nitrat, nitrit, pospat, Cl - , SO 4 2- , CN - , CO 3 2- Total kesadahan anion = 0,11 + 0,03 + 0,4 + 20,5 + 6 + 0,008 + 370,1 mgL , 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. = 397,148 mgL = 0,397148 grL Jumlah air yang diolah = 50103,1390 kgjam = 3 3 kgm 996,24 kgm 50103,1390 x1000 Lm 3 Kesadahan air = 0,397148 grL × 50292,2378 Ljam × 24 jamhari × 10 = 50292,2378 Ljam -3 kggr Universitas Sumatera Utara = 47,9363 kghari Ukuran Anion Exchanger Jumlah air yang diolah = 50103,1390 kgjam = 221,4288 galmenit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion = 3 ft – 6 in - Luas penampang penukar anion = 9,62 ft - Jumlah penukar anion = 1 unit 2 Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 47,9363 kghari Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgrft - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 3 Jadi, kebutuhan resin = resin 3 3 kgft 12 kgm 50103,1390 = 4175,2615 ft 3 Tinggi resin = hari 3,14 4175,2615 = 1329,7011 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 Waktu regenerasi = 3 kghari 47,9363 ft kg 12 x ft 7,85 3 3 = 1,9651 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 47,9363 kghari x 3 3 kgrft 12 lbft 5 = 19,9734 lbhari = 8,9880 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 Universitas Sumatera Utara

7.3 Kebutuhan Listrik

Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik No. Pemakaian Jumlah Hp 1. Unit proses 16 2. Unit utilitas 19 3. Ruang kontrol dan Laboratorium 20 4. Bengkel 25 5. Penerangan Mess dan perkantoran 30 Total 110 Total kebutuhan listrik = 110 hp Total kebutuhan listrik = 110 Hp × 0,7457 kWHp = 82,027 kW Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 82,027 0,8 = 102,5338 kW

7.4 Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar, karena minyak solar memiliki efisiensi dan nilai bakar yang tinggi. Keperluan bahan bakar generator Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb m Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Perry’s, 1999 Daya output generator = 102,5338 kW Daya generator yang dihasilkan = 102,5338 kW ×0,9478 Btudet.kW×3600 detjam = 349853,3577 Btujam Jumlah bahan bakar = 349853,3577 Btujam19860 Btulb m × 0,45359 kglb m = 7,9904 kgjam Universitas Sumatera Utara Kebutuhan solar = 7,9904 kgjam 0,89 kgltr = 8,978 literjam Dipakai 2 unit diesel generator AC 1000 kW, 220-260 Volt, 50 Hz 1 unit cadangan 2. Untuk bahan bakar ketel uap a. Panas yang keluar dari ketel uap : Steamuap yang dihasilkan ketel uap 162 Panas laten steam 200 C, 6,5 bar = 250515,6950 kgjam o = 1966,4027 kcalkg C, 1 atm = 495,5335 Btulbm Reklaitis, 1983 Panas laten kondensat 200 o = 496,3397 kcalkg C, 1 atm = 2074,7 kJkg Reklaitis, 1983 kondensat yang digunakan kembali = 1003,19 kgjam Air umpan boiler, F b Kapasitas panas air = 0,9989 kcalkg. = 250,8 kgjam o Panas air umpan segar, Q C f Q : f = 250,8 kgjam x 0,9989 kcalkg. o C 30 – 25 o = 1252,6206 kcaljam C Entalpi umpan ketel, H f total f c c m Q H x m + = = kgjam 1253,99 6206 , 1252 339 , 496 19 , 1003 jam kcal kg kcal x jam kg + = 398,0693 kcalk Panas yang dibutuhkan boiler, Q b Q b = H s – H f = 1966,4027 kcalkg – 398,0693 kcalkg x 1253,99 kgjam x total uap yang dihasilkan Universitas Sumatera Utara = 19667,4988 kcaljam Asumsi efisiensi boiler 80 Total kebutuhan panas = kcaljam 24584,3735 0,8 19667,4988 = = 214625,4829 Btujam Jumlah bahan bakar = jam lbm 8069 , 10 Btulbm 19860 Btujam 9 214625,482 = = 4,9009 kgjam Kebutuhan solar = = kgl 0,89 kgjam 4,9009 4,5044 literjam Total kebutuhan solar = 3492 , 9 + 14,78 + 4,5044 literjam = 28,6296 literjam

7.5 Unit Pengolahan Limbah