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