BAB VII UTILITAS
Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan
prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik.
Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase ini adalah sebagai berikut :
1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan listrik
5. Kebutuhan bahan bakar
7.1 Kebutuhan Uap steam
Dalam pabrik, uap digunakan sebagai media pemanas alat-alat perpindahan panas. Adapun kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Etanol dari molase adalah
sebanyak 4391,741 kgjam yang digunakan pada heater, reboyler dan reaktor. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30 .
Maka kebutuhan uap = 30 ×4391,741 = 1317,522 kgjam
Total uap yang harus dihasilkan ketel = 4391,741 + 1317,522
= 5709,262 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat dipergunakan kembali sehingga :
Kondensat yang dapat digunakan kembali = 80×5709,262 = 4567,409 kgjam
Kebutuhan air segar = 20×5709,262 = 1141,852 kgjam
7.2 Kebutuhan Air
Kebutuhan air pada Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase ini mencakup kebutuhan air yang diperlukan untuk umpan ketel dan kebutuhan air proses yang
digunakan untuk proses secara langsung yaitu air yang ditambahkan ke dalam reaktor sebesar 4119,288 kgjam dan kebutuhan air pendingin.
Universitas Sumatera Utara
Untuk mengetahui jumlah kebutuhan air maka dapat diuraikan sebagai berikut :
- Kebutuhan air untuk umpan ketel = 1141,852 kgjam - Kebutuhan air proses
= 4119,288 kgjam - Kebutuhan air pendingin
= 22477,651 kgjam Total kebutuhan air
= 27738,791 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan Etanol dari Molase ini berasal dari air
tanah yang diperoleh dengan membuat sumur bor. Kualitas air dapat diasumsikan sebagai berikut :
Tabel 7.1 Kualitas Air Tanah Marelan
Parameter Satuan
Kadar Suhu
pH Kekeruhan
Besi Fe Clorida Cl
Seng Zn Sulfat SO
4
Arsen Ar SiO
Kalsium Ca
2
Magnesium Mg Zat organik
°C -
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
mgL mgL
25 7
6-9 4,48
11 0.082
10 0.02
27 45
28 12
Sumber : PT Adolina Belawan, 2007
Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Etanol adalah sebagai berikut : • Kebutuhan air proses
Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan etanol dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Proses No
Nama Alat Kode Alat
Kebutuhan kgjam 1
Reaktor R-101
4119,288
total 4119,288
Universitas Sumatera Utara
• Kebutuhan air pendingin Kebutuhan air pendingin pada pabrik pembuatan etil laktat dapat dilihat pada
tabel di bawah ini: Tabel 7.3 Kebutuhan Air Pendingin
No Nama Alat
Nama Alat Kebutuhan kgjam
1 Tangki Fermentor
R-102 9561,984
2 Kondensor
K-101 12915,667
total
22477,651
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: W
e
= 0,00085 W
c
T
2
– T
1
Di mana : Pers. 12-10 Perry, 1999
W
c
T = jumlah air pendingin yang diperlukan = 22477,651 kgjam
1
T = temperatur air pendingin masuk = 25°C = 77°F
2
Maka, = temperatur air pendingin keluar = 40°C = 104°F
W
e
= 515,862 kgjam = 0,00085 × 22477,651 × 104-77
Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk ke menara air Perry, 1999. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka:
W
d
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka:
= 0,002 × 22477,651 = 44,955 kgjam
1 S
W W
e b
− =
Pers, 12-12, Perry, 1999
kgjam 965
, 128
1 5
515,862 W
b
= −
=
Universitas Sumatera Utara
Sehingga make up air yang diperlukan = 515,862 + 44,955 + 965
, 128
= 689,782 kgjam Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air
dibangun fasilitas penampungan air water intake facility yang juga merupakan tempat pengolahan awal air tanah dari sumur bor. Untuk pengolahan awal, dilakukan
penyaringan, selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari
beberapa tahap, yaitu: 1. Pengendapan
2. Klarifikasi 3. Filtrasi
4. Demineralisasi 5. Deaerasi
7.2.1 Pengendapan
Air tanah yang dipompakan dari sumur bor kemudian dialirkan ke dalam pengendapan, dimana partikel padat yang berdiameter besar akan mengendap secara
gravitasi. Diameter partikel padat berkisar antara 10
-4
meter. Baron, 1982
7.2.2 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan yang disebabkan oleh suspended solid
di dalam air. Air dari bak pengendapan dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan larutan alum Al
2
SO
4 3
yang berfungsi sebagai koagulan dan larutan abu Na
2
CO
3
Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok- flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air
jernih akan keluar mlimpah overflow yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir sand filteruntuk penyaringan.
yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH.
Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54.
Baron, 1982
Universitas Sumatera Utara
Total kebutuhan air =
27738,791 kgjam Pemakaian larutan alum
= 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu =
0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum yang dibutuhkan =
50.10
-6
Larutan soda sbu yang dibutuhkan =
27.10 × 27738,791 = 1,387 kgjam
-6
× 27738,791 = 0,749 kgjam
7.2.3 Filtrasi
Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikat bersama air. Penyaring pasir sand filter yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu :
a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau green sand setinggi 60,96 cm b. Lapisan II terdiri dari anterakit setinggi 31,75 cm
c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil graved setinggi 17,78 cm Pada bagian bawah sand filter dilengkapi dengan strainer agar air menembus
celah-celah pasir secara merata. Daya saring sand filter akan berkurang sehingga diperlukan pencucian back wash secara berkala. Selama pemakaian, daya saring
sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan regenerasi secara berkala dengan cara
pencucian balik back washing. Dari penyaring ini, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan.
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, alat demineralisasi dibagi atas :
1. Penukar Kation Cation Exchanger
Penukar kation berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran
antara kation Ca, Mg dan kation lain yang larut dalam air dengan kation dari resin. Resin yang digunakan bermerek Daulite C-20. Reaksi yang terjadi :
2H
+
R + Ca
2+
Ca
2+
R
2
+ 2H 2H
+ +
R + Mg
2+
Mg
2+
R
2
+ 2H Untuk regenerasi dipakai H
+ 2
SO
4
Ca berlebih dengan reaksi :
2+
R
2
+ 2H
2
SO
4
CaSO
4
+ 2H
+
Mg R
2+
R
2
+ 2H
2
SO
4
MgSO
4
+ 2H
+
R
Universitas Sumatera Utara
2. Penukar Anion Anion Exchanger
Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan Dowex 2. Reaksi yang
terjadi : 2ROH + SO
4 2-
R
2
SO
4
+ 2OH ROH + Cl
- -
RCl + OH Untuk regenerasi dipakai NaOH dengan reaksi :
-
R
2
SO
4
+ 2NaOH Na
2
SO
4
RCl + NaOH NaCl + ROH
+ 2ROH
Air tanah Marelan mengandung kation Ca
Perhitungan Kesadahan Kation
2+
,Mg
2+
1 grgal = 17,1 ppm
dan Fe masing-masing 45 ppm, 28 ppm dan 4,48 ppm. Tabel 7.1
− Jumlah air untuk umpan ketel = 1141,852 kgjam = 27404,448 kghari
=
3 3
17 ,
264 998
27404,448 m
gal m
kg hari
kg ×
= 7254,108 galhari − Kesadahan awal
= 1
, 17
48 ,
4 28
45 +
+ = 4,531 grgal
− Total kesadahan kation = 4,531 grgal × 7254,108 galhari
= 32868,363 grhari = 32,868 kghari
Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 24,5kgft
3
Direncanakan menggunakan resin sebanyak 10 ft
3
Jumlah air yang dapat diolah =
, sehingga : hari
kg hari
kg ft
ft kg
448 ,
7404 2
32,868 10
5 ,
24
3 3
× ×
= 204272,755 kg Waktu regenerasi
=
ketel umpan
air diolah
yang air
=
hari kg
kg 448
, 7404
2 204272,755
= 7,45 hari ≈ 7,5 hari
Universitas Sumatera Utara
Waktu regenerasi digunakan H
2
SO
4
66
o
Be dimana pemakaiannya sebanyak 9,61 lbft
3
Maka kebutuhan H untuk setiap regenerasi.
Baron, 1982
2
SO
4
= 9,61 lbft
3
× 10 ft = 96,1 lb × 7,5 hari × 0,454 kglb
3
= 327,220 kgregenerasi
Air tanah Marelan mengandung anion Cl
Perhitungan Kesadahan Anion
-
, SO
4 2-
, SiO
2 2-
1 grgal = 17,1 ppm
masing-masing 11 ppm, 10 ppm dan 27 ppm. Tabel 7.1
− Kesadahan awal = 11 + 10 + 27
= 48 ppm 17,1 = 2,807 grgal
− Jumlah air untuk umpan ketel = 1141,852 kgjam = 27404,448 kghari
=
3 3
17 ,
264 998
27404,448 m
gal m
kg hari
kg ×
= 7254,108 galhari − Total kesadahan kation
= 2,807 grgal × 7254,108 galhari = 20362,281 grhari
= 20,362 kghari Resin yang digunakan memiliki EC exchanger capacity = 24,5kgft
3
Direncanakan menggunakan resin sebanyak 10 ft
3
Jumlah air yang dapat diolah =
, sehingga : hari
kg hari
kg ft
ft kg
448 ,
7404 2
20,362 10
5 ,
24
3 3
× ×
= 329675,509 kg Waktu regenerasi
= ketel
umpan air
diolah yang
air =
hari kg
kg 448
, 7404
2 329675,509
= 12,03 hari ≈ 12 hari
Dipakai 5 lb NaOHft
3
Maka kebutuhan NaOH = 5 lbft
resin untuk setiap regenerasi :
The Nalco Water Handbook
3
× 10 ft = 50 lb × 12 hari × 0,454 kglb
3
= 272,4 kgregenerasi
Universitas Sumatera Utara
7.2.5 Deaerasi
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion
ion exchanger 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. Penarikan gas- gas tersebut dilakukan dengan menginjeksikan steam melalui nozzle yang ada pada
deaerator.
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan Etanol dari Molase adalah sebagai berikut :
1. Al
2
SO
4 3
2. Na =
1,387 kgjam
2
CO
3
3. H =
0,749 kgjam
2
SO
4
4. NaOH =
0,946 kgjam =
1,818 kgjam
7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut : 1. Unit proses
= 140 hp
2. Unit utilitas =
80 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium =
50 hp 4. Penerangan dan kantor
= 70 hp
5. Bengkel =
50 hp 390 hp
Faktor keamanan 15 Perry, 1999
Total kebutuhan listrik =
1,15 × 390 hp =
448,5 hp = 334,446 kW
Kebutuhan listrik pabrik dipasok oleh PLN Perusahaan Listrik Negara. Untuk mengantisipasi adanya pemadaman, maka dipersiapkan generator dengan
hanya memperhitungkan daya untuk kebutuhan proses, utilitas, dan ruang kontrol. Maka daya yang dipersiapkan : 140 + 80 + 50 = 270 hp
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 2700,8 = 337,5 hp = 251,674 kW
Untuk perancangan disediakan 1 unit diesel generator AC 250 kW, 220-240 Volt, 50 Hertz, 3 fase berbahan bakar solar.
7.5 Kebutuhan Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar karena minyak solar mempunyai nilai baker yang tinggi.
Keperluan bahan bakar :
Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb
Labban, 1971 Bahan bakar generator
Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL
Perry, 1999
Daya generator yang dihasilkan =
251,674 kW x 0,9478 Btudet.kW
=
238,537 Btudet x 3600 detjam = 858733,2 Btujam
Jumlah bahan bakar =
Btulb 19860
Btujam 858733,2
= 43,239 lbjam x 0,454 kgjam = 19,630 kgjam
Kebutuhan solar =
kgl 0,89
kgjam 19,630
= 22,056 ljam x 24 jamhari = 529,344 lhari
Uap yang dihasilkan ketel uap = 5709,262 kgjam
Keperluan bahan bakar ketel uap
Reuse kondensat
= 4567,409 kgjam Air umpan ketel
= 1141,852 kgjam entalpi superheated steam
= 2875,3 kJkg 200 = 687,213 kkalkg
C, 1 atm
Smith, 2001
entalpi kondensat saturated liq. = 419,1 kJkg
Smith, 2001
= 100,159 kkalkg entalpi air umpan
= 376,9 kJkg
Smith, 2001
Universitas Sumatera Utara
= 90,081 kkalkg entapi feed ketel =
143 ,
98 1141,852
4567,409 081
, 9
1141,852 159
, 00
1 4567,409
= +
× +
× kkalkg
Q
ketel
Efisiensi ketel 75, maka Q = = 5709,262 × 687,213 – 98,143
= 3363154,966 kkaljam kkal
621 ,
4484206 0,75
6 3363154,96
= jam
= 1778318,48 Btujam Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb
Perry, 1999 Jumlah bahan bakar
= lbjam
543 ,
89 19860
1778318,48 = = 44,771 kgjam
densitas solar = 0,89 kgL kebutuhan solar =
ltrjam 304
, 50
0,89 44,771 =
Daya generator yang dihasilkan = 250 kW ×0,9478 BtudetkW×3600 detjam
Keperluan bahan bakar generator
= 853020 Btujam Jumlah bahan bakar = 853020 Btujam 19860 Btulb
m
× 0,454 kglb
m
= 94,607 kgjam Kebutuhan solar = 94,607 kgjam 0,89 kgltr
= 106,3 ltrjam Kebutuhan solar total = 50,304 + 106,3 = 156,604 ltrjam
7.6 Unit Pengolahan Limbah