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 asetilen 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 360
o
C, 1 atm superheated steam. Kebutuhan uap pada 360
o
C, 1 atm, 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 Steam
kgjam
Vaporizer V-201 4271,2198
Heater I HE-201 3608,985
Heater II HE-202 4444,3659
Reboiler RB-301 1620,83
Total 13945,4007
Uap yang digunakan adalah superheated steam pada temperatur 360
o
C dan tekanan 1 atm. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 13945,4007
kgjam.
Universitas Sumatera Utara
Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 Perry dkk, 1999 maka :
Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,2 × 13945,4007
kgjam = 16734,48084 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali maka kondensat yang dapat
digunakan kembali adalah : = 80 × 16734,48084 = 13387,58kgjam
Kebutuhan air tambahan untuk ketel : = 16734,48084 -13387,58 kgjam = 3346,896 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 = 4571,6 kgjam •
Air Pendingin : Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat
Nama alat Jumlah Air
Pendingin kgjam
Cooler I HE-204 13177,42
Kondensor Parsial CD-201 16521,88
Kondensor CD-301 44732,47
Coller II HE-301 8837,7339
Total
83269,5099 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 dkk, 1999. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan:
W
e
= 0,00085 W
c
T
2
– T
1
Perry dkk, 1997
Di mana: W
c
= jumlah air masuk menara
Universitas Sumatera Utara
T
1
= temperatur air masuk T
2
= temperatur air keluar Maka,
W
e
= 0,00085 × 57909,89 × 140-82,4 + 0,00085 × 25359,62 × 104-82,4
= 3300,871 kgjam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin
yang masuk ke menara air Perry dkk, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka: W
d
= 0,002
× 83269,5099 = 166,539 kgjam
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry dkk, 1997. Ditetapkan 5 siklus,
maka: W
b
=
1 −
S W
e
=
1 5
3300,871 −
= 825,2177 kgjam Perry dkk,
1999 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W
e
+ W
d
+ W
b
= 3300,871 + 166,539 + 825,2177 = 4292,628 kgjam
• Air untuk berbagai kebutuhan
a. Kebutuhan air domestik
Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 – 100 ltrhari …... Met Calf Eddy,
1991 Diambil 100 ltrhari x
jam hari
24 1
= 4,167 ρ
air
= 996,23 kgm
3
= 0,99623 kgliter Jumlah karyawan = 130 orang
Maka total air domestik = 4,167 x 130 = 541,7 ltrjam x 0,99623 kgliter = 539,66 kgjam
b. Kebutuhan air laboratorium
Universitas Sumatera Utara
Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 ltrhari. Metcalf Eddy 1991 Maka diambil 1300 ltrhari = 60 kgjam
c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah
Kebutuhan air untuk kantin dan tempat ibadah adalah 400 – 120 ltrhari. Metcalf Eddy, 1991 Maka diambil 100 ltrhari = 4,167 kgjam
ρ
air
= 996,23 kgm
3
= 0,99623 kgliter Pengunjung rata –rata = 100 orang
Maka total kebutuhan airnya = 4,167 x 100 = 458,333 ltrjam x 0,99623 kgltr
= 416,7 kgjam d.
Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1000 – 1500 ltrhari. Metcalf Eddy,
1991 Maka diambil 1200 ltrhari = 50 kgjam Tabel 7.3 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan
Kebutuhan Jumlah air kgjam
Domestik dan Kantor 539,66
Laboratorium 60
Kantin dan tempat ibadah 416,7
Poliklinik 50
Total 1066,36
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 3346,896 + 4292,628 + 1066,36= 8705,891
kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan vinil asetat dari asetilen 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 7.4 sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.4 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]
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. Sedimentasi
Universitas Sumatera Utara
3. Koagulasi dan flokulasi
4. Filtrasi
5. Demineralisasi
6. 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
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
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 :
Universitas Sumatera Utara
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.
Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan : Total kebutuhan air
= 8705,891 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm
Universitas Sumatera Utara
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum Al
2
SO
4 3
yang dibutuhkan = 50.10
-6
× 8700,098 = 0,4352 kgjam Larutan abu soda Na
2
CO
3
yang dibutuhkan = 27.10
-6
× 8700,098 = 0,2350 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 Eddy, 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 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 pabrikini, digunakan antrasit setinggi 12,5 in 31,75 cm.
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
Universitas Sumatera Utara
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 = 1066.368 kgjam
Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin
= 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit
= 2.10
-6
× 1066,3680,7 = 0,00304 kgjam
7.2.5 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 : 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 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 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 = 3625,804 kgjam =
3 3
Lm 1000
kgm 996,24
kgjam 3346,896
×
= 3359,527 Ljam Kesadahan air
= 0,15153 grL × 3359,527 Ljam × 24 jamhari × 10
-3
kggr = 12,212 kghari
Ukuran Cation Exchanger Jumlah air yang diolah = 4571,6 kgjam = 20,204 galmenit
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 2 ft – 0 in - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 12,217 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
ari 12,217kgh
= 0,610 ft
3
hari Tinggi resin =
14 ,
3 0,610
= 0,210 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
Waktu regenerasi =
kghari 12,21
kgft 20
ft 7,85
3 3
×
= 12,85 hari Kebutuhan regenerant H
2
SO
4
= 12,217kghari ×
3 3
kgrft 20
lbft 6
Universitas Sumatera Utara
= 3,6652 lbhari = 0,0693 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 = 3346,896 kgjam =
3 3
Lm 1000
kgm 996,24
kgjam 3346,896
×
= 3359,528 Ljam Kesadahan air
= 0,397148 grL × 3359,528 Ljam × 24 jamhari × 10
-3
kggr = 32,02 kghari
Ukuran Anion Exchanger
Jumlah air yang diolah = 4571,6 kgjam = 20,204 galmenit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh:
- Diameter penukar anion = 2 ft – 0 in
- Luas penampang penukar anion = 3,14 ft
2
- Jumlah penukar anion = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 32,02 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 32,02
= 2,668 ft
3
hari
Tinggi resin =
14 ,
3 2,668
= 0,84 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
Universitas Sumatera Utara
Waktu regenerasi =
ri 32,02kgha
kgft 12
x ft
7,85
3 3
= 2,94 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 32,02 kghari x
3 3
kgrft 12
lbft 5
= 13,34 lbhari = 0,2523 kgjam
7.2.6 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 90 °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 memanfaatkan panas dari dowtherm bekas.
7.3 Kebutuhan Listrik
Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik
No. Pemakaian
Jumlah Hp
1. Unit proses
50 2.
Unit utilitas 30
3. Ruang kontrol dan Laboratorium
30 4.
Bengkel 30
5. Penerangan dan perkantoran
30 6.
Perumahan 190
Total 360
Listrik yang dihasilkan ekspander = 173 Hp Total kebutuhan listrik = 360 – 173 = 187 hp
Total kebutuhan listrik = 187 hp × 0,7457 kWHp = 139,446 kW
Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 139,446 0,8 = 174,3 kW
Universitas Sumatera Utara
7.4 Kebutuhan Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap dan 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
Perry dkk, 1999
Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Daya output generator
= 174,3 kW Daya generator yang dihasilkan = 174,3 kW
×0,9478 Btudet.kW×3600 detjam = 594759,7 Btujam
Jumlah bahan bakar = 594759,7 Btujam19860 Btulb
m
0,45359 kglb
m
= 13,58 kgjam Kebutuhan solar = 13,58 kgjam 0,89 kgltr
= 15,2626 literjam Keperluan bahan bakar ketel uap KU-01
Uap yang dihasilkan ketel uap = 16734,48jam
Entalpi superheated steam 360 °C = 3195,83 kJkg
Smith, 2001
Entalpi air kondensat 150 °C
= 2746,5 kJkg Smith,
2001 Panas yang dibutuhkan ketel =
= 16734,48 kgjam × 3195,83 – 2746,5 kJkg
= 7519304 kJjam Efisiensi ketel uap = 85
Panas yang harus disuplai ketel = 7519304 kJjam0,85
= 8846240 kJjam
Nilai bahan bakar solar = 24763 Btulb Perry dkk,
1999
Universitas Sumatera Utara
Jumlah bahan bakar = 8846240 kJjam46162,07 kJkg = 191,6344 kgjam
Kebutuhan solar = 191,6344 kgjam0,89 kgltr = 215,3195 literjam
Total kebutuhan solar = 15,2626 + 215,3195 literjam = 230,5822 literjam
7.5 Unit Pengolahan Limbah