Kebutuhan Air - INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik.

Kebutuhan air pada pabrik pembuatan potassium ammonium polyphosphate ini adalah sebagai berikut:

1. Air untuk umpan ketel uap = 110772,0699 kg/jam 2. Air pendingin

Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin

Nama alat Jumlah Air Pendingin (Kg/jam)

E-103 245198,7710

Total 245198,7710

Air pendingin bekas dapat digunakan kembali setelah didinginkan pada menara pendingin air (water cooling tower). Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka tambahan air yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blow down (Perry, 2008).

 Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan : We = 0,00085 Wc (T2– T1) (Pers. 12-10, Perry, 2008) Keterangan:

Wc = jumlah air pendingin yang diperlukan T1 = temperatur air pendingin masuk T2 = temperatur air pendingin keluar Maka

We = 0,00085 x 1069105,6541 x (90 ^oC – 25 ^oC) = 24385,0178 kg/jam

 Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 % dari air pendingin yang masuk ke menara air (Perry, 2008). Ditetapkan drift loss 0,2 %, maka:

Wd = 0,002 x 245198,7710 kg/jam = 490,3975 kg/jam

 Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus (Perry, 2008). Ditetapkan 5 siklus, maka:

1 S W W e b (Pers, 12-12, Perry, 2008) Wb = 1 5 24385,0178 = 6096,2544 kg/jam

 Air pendingin yang hilang = We + Wd + Wb

= 24385,0178 + 490,3975 + 6096,2544 = 30971,6698 kg/jam

Sehingga air tambahan yang diperlukan = 214227,1012 kg/jam 3. Air Proses = 220355,5623kg/jam

4. Air untuk berbagai kebutuhan diperkirakan : Kebutuhan Air Domestik

Kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift adalah 40 – 100 ltr/hari (Met Calf, 1991) Diambil 100 ltr/hari x jam hari 24 1 = 4,17 ≈ 4 liter/jam ρair pada 25^oC = 997,08 kg/m³ = 0,99708 kg/liter Jumlah karyawan = 100 orang

Maka total air domestik = 4 x 100 = 400 ltr/jam x 0,99708 kg/liter = 398,832 kg/jam

Kebutuhan Air Rumah Tangga

Maka total air perumahan = 4 x 16 x 4 = 256 ltr/jam x 0,99708 kg/liter = 255,2525 kg/jam

Kebutuhan Air Laboratorium

Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 ltr/hari

(Metcalf, 1991) Diambil 1500 ltr/hari x jam hari 24 1 = 62,5 liter/jam Kebutuhan Air Kantin dan Tempat Ibadah

Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 – 120 ltr/hari. diambil 100 ltr/hari × jam hari 24 1 = 4,17 ≈ 4 liter/jam

pengunjung rata – rata = 80 orang.

ρair pada 25^oC = 997,08 kg/m³ = 0,99708 kg/liter

maka, total kebutuhan airnya = 4 × 80 = 320 ltr/jam × 0,99708 kg/liter = 319,0656 kg/jam

Kebutuhan Air Poliklinik

Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1000 – 1500 ltr/hari (Metcalf, 1991) Diambil 1500 ltr/hari x jam hari 24 1 = 62,5 liter/jam Tabel 7.3 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan

Kebutuhan Jumlah air (kg/jam) Domestik dan kantor 398,832

Perumahan 255,2525

Laboratorium 62,5000

Kantin dan tempat ibadah 319,0656

Poliklinik 62,5000

Total 1098,1501

Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah : = air umpan ketel + air proses + air tambahan + air untuk berbagai kebutuhan = 110772,0699 + 220355,5623 + 30971,6698 + 1098,1501

Sumber air untuk pabrik pembuatan potassium ammonium polyphosphate ini berasal dari sumur bor. Adapun kualitas air tanah di Medan ini dapat dilihat pada tabel 7.4.

Tabel 7.4 Kualitas Air Tanah Medan

No Parameter Satuan Kadar

1 Suhu ^oC ± 28 2 Nitrat (NO3-N) mg/L 3,94 3 Nitrit (NO2-N) mg/L 0,18 4 Klorida (Cl) mg/L 18,8 5 Sulfat (SO4) mg/L 7,9 6 Besi (Fe) mg/L 0,7 7 Timbal (Pb) mg/L 1,13 8 Mangan (Mn) mg/L 0,16

9 Total Dissolved Solid (TSS) mg/L 31,6

11 Tembaga (Cu) mg/L 0,02

12 Kesadahan (sebagai CaCO3) mg/L 62,7

13 Kalsium (Ca) mg/L 15,3

14 Magnesium (Mg) mg/L 5,8

(Bapedal, 2006)

Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water intake) yang juga merupakan tempat pengolahan awal. 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. Pengendapan 3. Klarifikasi 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Deaerasi

7.2.1 Screening

Penyaringan merupakan tahap awal dari pengolahan air. Dalam perancanagn pabrik ini, penghilangan partikel-partikel kasar yang terikut akan disaring terlebih dahulu dengan screening yang dipasang pada pintu air (water intake) sebelum dialirkan ke bak pengendapan. Pada screening, partikel-partikel padat yang besarnya 20 mm 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

Klarifier berfungsi sebagai tempat pembentukan flok. Pada klarifier terdapat mesin agitator yang berfungsi sebagai alat untuk mempercepat pembentukan flok. Pada klarifier terjadi pemisahan antara air bersih dan air kotor. Air bersih ini kemudian disalurkan dengan menggunakan pipa yang besar untuk kemudian dipompakan ke filter. Klarifier terbuat dari beton yang berbentuk bulat yang dilengkapi dengan penyaring dan sekat.

Air yang berada dalam clarification zone adalah air yang sudah jernih. Air dari bak pengendapan dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan larutan alum, Al2(SO4)3, dan larutan abu (Na2CO3). Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3 sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH (Cheremisnoff, 2002).

Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk 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 Al2(SO4)3 dan Na2CO3 masing-masing adalah 50 ppm dan 27 ppm dari jumlah air yang akan diolah (Hammer, 1985).

Al₂(SO₄)₃→ 2 Al⁺³+ 3(SO₄)^-2 Air akan mengalami ionisasi: H₂O → H⁺+ OH

Selanjutnya ion aluminium akan bereaksi : 2 Al⁺³+ 6OH^-→ 2Al(OH)₃

Selain itu akan dihasilkan asam : 3(SO₄)

-2

+ 6H

→ 3H₂SO₄

Dengan demikian makin banyak dosis tawas yang ditambahkan maka pH akan semakin turun, karena dihasilkan asam sulfat sehingga perlu dicari dosis tawas yang efektif antara pH 5,8-7,4. Apabila alkalinitas alami dari air tidak seimbang dengan dosis tawas perlu ditambahkan alkalinitas, biasanya ditambahkan kapur hidrat Ca(HCO₃)₂_{, larutan kapur (Ca(OH)}₂) atau soda abu (Na₂CO₃). Reaksi yang terjadi (Cheremisnoff, 2002) :

Al₂(SO₄)₃+ 3Ca(HCO₃)₂→ 2Al(OH₃) + 3CaSO₄+ 6CO₂ Al₂(SO₄)₃+ 3Na₂CO₃+ 3H₂O → 2Al(OH₃) + 3Na₂SO₄+ 3CO₂ Al₂(SO₄)₃+ 3Ca(OH)₂→ 2Al(OH3) + 3CaSO₄

Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanen menurut proses soda dingin. Reaksi yang terjadi (Degremont, 1991) : CaSO 4 + Na 2CO 3 → Na₂SO 4 + CaCO 3 CaCl 4 + Na 2CO 3 → 2 NaCl + CaCO₃

- Total air yang dipompakan dari sungai = 473969,5220 kg/jam - Total Kebutuhan Al2(SO4)3 50 ppm :

= 50 . 10^-6 473969,5220 kg/jam = 23,6985 kg/jam - Total kebutuhan Na2CO3 = 27 ppm

= 27 . 10^-6 × 473969,5220 kg/jam = 12,7972 kg/jam

Campuran air dan koagulan dalam clarifier diaduk dengan kecepatan pengadukan 100 rpm untuk menyempurnakan kelarutan koagulan dalam air.

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, sebab tipe lain relatif cukup mahal.

Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan potassiumammoniumpolyphosphate ini menggunakan media filtrasi granular (Granular Medium Filtration) sebagai berikut (Metcalf, 1991),

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 luas permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar, seperti Biolite,

pozzuolana ataupun Granular Active Carbon/GAC. Pada pabrik ini, digunakan antrasit setinggi 12,5 in (31,75 cm).

3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikil/gravel setinggi 7 in (17,78 cm).

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 tangki utilitas sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan.

Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses softener dan deaerasi. Untuk air domestik, rumah tangga, 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, Ca(ClO)2.

Khusus untuk air minum, setelah dilakukan proses klorinasi diteruskan ke penyaring air (water treatment system) sehingga air yang keluar merupakan air sehat dan memenuhi syarat-syarat air minum.

Perhitungan Kebutuhan Kaporit (Ca(ClO)2)

Total kebutuhan air yang memerlukan kaporit = 1098,1501 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 % Kebutuhan kaporit = 2 ppm dari berat air

Total kebutuhan kaporit =

0,7 1098,81501 × 2.10^-6 = 0,0031 kg/jam 7.2.5 Demineralisasi

Air untuk umpan ketel dan pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas:

1. Penukar kation (cation exchanger) 2. Penukar anion (anion exchanger)

Syarat air umpan ketel dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 7.5 Syarat Air Umpan Ketel Uap

Karakteristik Kadar (%) Kation Anion Ca²⁺ HCO3^- 0 Mg²⁺ SO4^2- 0 Si²⁺ Cl^- 0 Fe²⁺ NO3^- 0 Mn²⁺ SiO3^- 0 (Perry, 2008)

7.2.5.1Penukar 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 bermerk Ambelite IR-120 plus (Lorch, 1981). Reaksi yang terjadi :

2H⁺R + Ca²⁺ →

2H⁺R + Mg²⁺ → Mg2+

R + 2H⁺ 2H⁺R + Mn²⁺ → Mn2+

R + 2H⁺

Untuk regenerasi dipakai H2SO4 dengan reaksi : Ca²⁺R + H2SO4 → CaSO4 + 2H⁺R

Mg²⁺R + H2SO4 → MgSO4 + 2H⁺R Mn²⁺R + H2SO4 → MnSO4 + 2H⁺R

7.2.5.2Penukar Anion (Anion Exchanger)

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek Amberlite IRA-402. Reaksi yang terjadi:

2ROH^- + SO4^2- RSO4^2- + 2OH ROH^- + Cl^- RCl^- + OH

-Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi: RSO4^2- + 2NaOH Na2SO4 + 2ROH -RCl^- + NaOH NaCl + ROH

-7.2.5.3 Perhitungan Kesadahan Kation

Air Sungai Deli di Medan mengandung kation masing-masing Fe²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ adalah 0,7 mg/L, 1,13 mg/L, 0,16 mg/L, 0,02 mg/L, 15,3 mg/L dan 5,8 mg/L (Tabel 7.2).

Total kesadahan kation = (0,7 + 1,13 + 0,16 + 0,02 + 15,3 + 5,8) mg/L = 23,11 mg/L

= 0,0023 gr/L

Jumlah air yang diolah = 110772,0699 kg/jam = 3 m / kg 08 , 997 jam / kg 9 110772,069 F x 1.000 L/m³ = 111,0965 L/jam

Kesadahan air = 0,0023 gr/L x 111,0965 L/jam x 24 jam/hari = 61,6185 gr/hari = 0,0616 kg/hari

Ukuran cation exchanger :

Dari Tabel 12.3, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Diameter Cation exchanger : 2 ft

- Luas Cation exchanger : 3,14 ft² -Jumlah Cation exchanger : 1 unit Volume resin yang dibutuhkan :

Total kesadahan air = 0,0023 kg/hari

Resin yang digunakan Ambelite IR-120 plus Kapasitas resin = 25 kg/ft³ resin

Untuk regenerasi digunakan H2SO4 5 % sebanyak 10 lb H2SO4/ft³ Maka : Kebutuhan resin = ₃ ft / kg 25 kg/hari 0,0023 = 0,0025 ft³/hari Tinggi resin = 2 ft 14 , 3 hari / 3 ft 0,0025 _{= 0,0008 ft/hari}

Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 3,14 ft² = 7,85 ft³

Waktu regenerasi = hari kg 0,0616 3 ft kg 25 3 ft 85 , 7 = 3184,9177 hari Kebutuhan regenerasi H2SO4 = 3 ft / kg 25 3 ft / lb 10 x hari / kg 0,0616

= 0,0246 lb/hari = 0,0112 kg/hari = 0,0005 kg/jam

7.2.5.4Perhitungan Kesadahan Anion

Air sungai Deli di Medan mengandung anion Cl^-, SO4^2-,CO3^2-, NO3^-,NO2

-masing – masing 18,8 mg/L, 7,9 mg/L, 62,7 mg/L, 0,18 mg/L, dan 3,94 mg/L (Tabel 7.2)

Total kesadahan anion = (18,8 + 7,9 + 62,7 + 0,18 + 3,94) mg/L = 93,5200 mg/L

= 0,0935 gr/L

Jumlah air yang diolah = 473969,5220 kg/jam = ₃ m / kg 08 , 997 jam / kg 0 473969,522 F x 1.000 L/m³ = 111,0965 L/jam

= 249,3538 gr/hari = 0,2494 kg/hari Ukuran anion exchanger :

Jumlah air yang diolah = 111,0965 L/jam

Dari Tabel 12.3, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Diameter Anion exchanger : 2 ft

- Luas Anion exchanger : 3,14 ft² -Jumlah Anion exchanger : 1 unit Volume resin yang dibutuhkan :

Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kg/ft³

- Kebutuhan regenerasi = 5 lb NaOH/ft³ resin Jadi, Kebutuhan resin =

3 kg/ft 12 kg/hari 0,2494 = 0,0208 ft³/hari Tinggi resin = 14 , 3 0,0208 = 0,0066 ft

Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft x 3,14 ft² = 7,85 ft³

Waktu regenerasi = hari kg 0,2494 3 ft kg 12 3 ft 85 , 7 = 377,7765 hari

Kebutuhan regenerant NaOH = 0,2494 kg/hari x ₃

3 kg/ft 12 lb/ft 5 = 0,1039 lb/hari = 0,0471 kg/hari = 0,002 kg/jam 7.2.6 Deaerator

Deaerator berfungsi untuk menghilangkan gas-gas terlarut pada 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 O2 dan CO2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam deaerator.

Dalam dokumen Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Ammonium Phosphate dan Potassium Phosphate dengan Kapasitas Produksi 300.000 Ton/ Tahun (Halaman 57-68)