Kebutuhan Kebutuhan Listrik UTILITAS

BAB VII UTILITAS

Utilitas dalam suatu pabrik adalah sarana penunjang utama di dalam kelancaran proses produksi. Agar proses produksi tersebut dapat terus berkesinambungan, haruslah didukung oleh sarana dan prasarana utilitas yang baik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada “Pra–rancangan Pabrik Pembuatan Asam salisilat dari phenol dan NaOH” ini meliputi : 1. Kebutuhan steam uap 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan bakar 4. Kebutuhan listrik

7.1 Kebutuhan

Steam uap Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan uap sebagai media pemanas. Adapun kebutuhan steam uap pada pada “Pra–rancangan Pabrik Pembuatan Asam salisilat dari phenol dan NaOH” ini adalah : Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Nama Alat Jumlah Uap kgjam Heater E-101 142,5130 Heater E-301 8,9477 Evaporator I 2.152,8601 Evaporator II 1.550,4835 Rotary drier 20,3740 Total 3.785,1783 Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan temperatur 250 C dan tekanan 39,776 bar. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 807,0734 kgjam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 dan faktor kebocoran sebesar 10 . Perry, 1999 maka : Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 807,0734 kgjam = 1.049,1954 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan kembali Evans,1978, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80 × 1.049,1954 = 839,3563 kgjam Kebutuhan air tambahan untuk ketel = 20 × 1.049,1954 = 209,8391 kgjam Universitas Sumatera Utara

7.2 Kebutuhan Air

Kebutuhan air pada pabrik pembuatan asam salisilat adalah : 1. Air untuk umpan ketel uap = 209,8391 kgjam 2. Air pendingin Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Jumlah Air kgjam Reaktor R-101 142,5130 Reaktor R-201 66,1043 Reaktor R-301 125,2109 Cooler 1 109,5827 Cooler 2 568,1608 Condensor1 1.024,7337 Condensor2 664,4328 Total 2.700,7440 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, 1997 Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 1 – T 2 Perry, 1997 Di mana: W c = jumlah air masuk menara = 2.700,7440kgjam T 1 = temperatur air masuk = 50°C = 122 °F T 2 = temperatur air keluar =30°C = 86 °F Maka, W e = 0,00085 × 2.700,7440 × 122 -86 = 82,6428 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 × 2.700,7440 kgjam = 5,4015 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Universitas Sumatera Utara Ditetapkan 5 siklus, maka : W b = 1 − S W e = 1 5 kgjam 82,6428 − = 20,6607 kgjam Perry, 1997 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 82,6428 + 85,4015 + 20,6607 = 108,7049 kgjam 3. Air Proses = 5.435,1641 kgjam 4. Air untuk berbagai kebutuhan a. Kebutuhan Air Domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40–100 literhari Metcalf, 1991. Diambil 80 literhari = 3.3333 literjam ρ air pada 30 o C = 995,68 kgm 3 = 0,99568 kgl; Jumlah karyawan = 129 orang Maka total air domestik= 3,3333 literjam × 129 = 429,9957 literjam × 0,99568 kgliter = 428,1424 kgjam b. Kebutuhan air laboratorium Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 literhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 1400 literhari = 58,5864 kgjam. c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 – 120 literhari Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 80 literhari = 3,3333 literjam ρ air pada 30 o C= 996,24 kgm 3 ; Pengunjung rata – rata = 100 orang. Maka, total kebutuhan airnya = 3,3333 literjam × 0,99568 kgliter × 100 = 331,8933 kgjam d. Kebutuhan air poliklinik Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1000 – 1500 literhari. Metcalf dan Eddy, 1991, Maka diambil 1000 literhari = 41,8474 kgjam Universitas Sumatera Utara Tabel 7.3. Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Nama Tempat Jumlah Air kgjam Domestik dan kantor 428,1424 Laboratorium 58,5864 Kantin dan tempat ibadah 331,8933 Poliklinik 41,8474 Total 860,4695 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 209,8391 + 108,7049 + 860,4695 + 5.435,1641 = 6.614,1776 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan asam salisilat dari phenol dan NaOH ini adalah dari Sungai Bugis, Balik Papan, Provinsi Kalimantan Timur. Adapun kualitas air Sungai Bugis, Balik Papan, Provinsi Kalimantan Timur dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Bugis, Balik Papan, Provinsi Kalimantan Timur No Parameter Satuan Hasil 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. I. FISIKA Bau Rasa Suhu II. KIMIA Total kesadahan dalam CaCO 3 TSS Chloride NO 3 -N NO 2 -N Zat organik dalam KMnO 4 COD SO 4 - Sulfida Posfat PO 4 Cr +2 NO 3 NO 2 Hardness CaCO 3 pH Fe 2+ C Mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl mgl Tidak berbau Tidak berasa 25 150 400 1,3 20 0,06 50 16 - 1 - 95 - 95 8,1 10 Universitas Sumatera Utara 16. 17. 18. 19. 20. 21. Mn 2+ Zn 2+ Ca 2+ Mg 2+ CO 2 bebas Cu 2+ mgl mgl mgl mgl mgl mgl 0,016 0,0012 63 87 32 0,02 Analisa tidak bisa dilakukan, alat dan bahan kimia tidak tersedia Sumber : Laporan Pemerintah Provinsi Kalimantan Timur, 2009 Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan asam salisilat dari phenol dan NaOH diperoleh dari sungai Bugis, yang terletak di kawasan pabrik. 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 Degremont, 1991 : 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Klarifikasi 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. Universitas Sumatera Utara 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 Screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan.

7.2.3 Klarifikasi

Klarifikasi 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 : 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. 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 koagulan tambahan 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 Universitas Sumatera Utara 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 4 + 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 = 6.614,1776 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50ppm = 27 ppm Larutan alum Al 2 SO 4 3 yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 6.614,1776 = 0,3307 kgjam Larutan abu soda Na 2 CO 3 yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 6.614,1776 = 0,1786 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, 1984. 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 asam salisilat 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 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 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 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 = 860,4696 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 860.46960,7 = 0,0025 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 :

7.2.5.1 Penukar kation Cation Exchanger

Berfungsi untuk mengikat logam – logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan Universitas Sumatera Utara 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 Perhitungan Kesadahan Kation : Air Sungai Bugis, Kalimantan Timur mengandung kation Fe 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , dan Cu 2+ masing – masing 10 mgL, 63 mgL, 0,0012 mgL, 87 mgL, 0,016 mgL, 0,02 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan kation = 10 + 0,0012 + 63 + 87 + 0,016+0,02 mgL = 160,0372 mgL = 0,1600372 grL Jumlah air yang diolah = 209,8391 kgjam = 3 3 Lm 1000 kgm 995,68 kgjam 209,8391 × = 210,7495 Ljam Kesadahan air = 0,1600372 grL × 210,7495 Ljam × 24 jamhari x 10 -3 kggr = 809,4663 ghari = 0,8095 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger : Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut : - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,1400 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume Resin yang Diperlukan Total kesadahan air = 0,8095 kghari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Universitas Sumatera Utara Jadi, Kebutuhan resin = 3 kgft 2 kghari 0,8095 = 0,0405 ft 3 hari Tinggi resin = 1400 , 3 0,1893 = 0,0129 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco,1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,1400 ft 2 = 7,8500 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 0,8095 kgft 20 ft 85 , 7 3 3 × = 193,9550 hari Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 0,8095 kghari × 3 3 kgft 20 lbft 6 = 0,2428 lbhari = 0,5289 kghari = 0,1102 kgjam

7.2.5.2 Penukar anion Anion Exchanger

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion negatif yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA–410. Resin ini merupakan kopolimer stirena DVB Lorch,1981. Reaksi yang terjadi: 2ROH + SO 4 2- R 2 SO 4 + 2OH - ROH + Cl - RCl + OH - Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi: R 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2ROH RCl + NaOH NaCl + ROH Perhitungan Kesadahan Anion : Air Sungai Bugis, Kalimantan Timur mengandung Anion Cl - , SO 4 - , NO 3 2- , PO 4 2- , CO 2 - , NO 3 -N, dan NO 2 -N sebanyak 1,3 mgL, 16 mgL, 95 mgL, 1 mgL, 32 mgL, 20 mgL, dan 0,06 mgL Tabel 7.4. Total kesadahan anion = 1,3 + 16 + 95 + 1 + 32 + 20 + 0,06 mgL = 260,3600 mgL = 0,2604 grL Jumlah air yang diolah = 209,8391 kgjam Universitas Sumatera Utara = 3 3 Lm 1000 kgm 995,68 kgjam 209,8391 × = 210,7495 Ljam Kesadahan air = 0,2604 grL × 210,7495 Ljam × 24 jamhari x 10 -3 kggr = 1.316,8978 grhari = 1,3168 kghari Perhitungan Ukuran Anion Exchanger : Dari Tabel 12.3 , Nalco, 1988, diperoleh : - Diameter penukar anion = 2 ft - Luas penampang penukar anion = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan : Total kesadahan air = 1,3168 kghari Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Jadi, Kebutuhan resin = 3 kgft 12 kghari 1,3168 = 0,1097 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 0,1097 = 0,0346 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Nalco, 1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 1,3168 kgft 12 ft 7,85 3 3 × = 71,5317 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 1,3168 kghari × 3 3 kgft 12 lbft 5 = 0,5487 lbhari = 0,2489 kghari = 0,0104 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, Universitas Sumatera Utara 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

Perincian perencanaan kebutuhan listrik dapat dilihat pada Tabel 7.5 berikut : Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik No. Pemakaian Jumlah hP 1. Unit proses Dari Lamp C 46,8 2. Unit utilitas 259,65 3. Ruang kontrol dan Laboratorium 30,00 4. Bengkel 25,00 5. Penerangan dan Mess 80,00 6. Kantor 30,00 Total 471,45 Total kebutuhan listrik = 471,45 hP = 471,45 hP x 0,7457kW1hP = 351,5631 kW Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 351,5631 0,8 = 439,4539 kW 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar Kebutuhan bahan bakar adalah : Keperluan Bahan Bakar Generator Nilai bahan bakar solar = 19.860 Btulb m Perry, 1999 Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Daya output generator = 439,4855 kW Daya generator yang dihasilkan ; = 439,4855 kW × 0,9478 BtudetkW×3600detjam = 1.499.559,8110 btujam Jumlah bahan bakar = 1.499.559,8110 19.860 Btulb m × 0,45359 kglb m = 34,2490 kgjam Kebutuhan solar = 34,2490 kgjam 0,89 kgltr = 38,4820 Ljam Universitas Sumatera Utara Keperluan bahan bakar ketel uap Uap yang dihasilkan ketel uap = 1.049,1954 kgjam Panas laten saturated steam 250 °C = 1714,7 kJkg Reklaitis, 1983 Panas yang dibutuhkan ketel = 1.049,1954 kgjam × 1714,7 kJkg1,05506 kJBtu = 1.705.168,7192 Btujam Efisiensi ketel uap = 85 Panas yang harus disuplai ketel = 1.705.168,7192 Btujam0,85 = 2.006.080,8461 Btujam Nilai bahan bakar solar = 19.860 Btulb Perry, 1999 Jumlah bahan bakar = 2.006.080,8461 Btujam19.860 Btulb m × 0,45359 kglb m = 45,8176 kgjam Kebutuhan solar = 45,8176 kgjam0,89 kgltr = 51,4805 Ljam Total kebutuhan solar = 38,4820 + 51,4805 Ljam = 89,9625 Ljam

7.5 Spesifikasi Peralatan Utilitas