SPESIFIKASI PERALATAN
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 CNG adalah sebagai berikut :
1. Kebutuhan air untuk ketel
Air untuk umpan ketel uap = 107,95 kg/jam 2. Kebutuhan air pendingin
Kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan CNG ditunjukkan pada tabel 7.2.
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat
Nama Alat Jumlah air (kg/jam)
Cooler (E-312) 4.732,70
Kompressor (G-402) 795,02
Kompressor (G-405) 128,81
Total 5.656,54
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:
We = 0,00085 Wc (T2 – T1) (Pers. 12-10, Perry, 1999) Di mana:
Wc = jumlah air pendingin yang diperlukan
T1 = temperatur air pendingin masuk = 28°C = 82,4°F T2 = temperatur air pendingin keluar = 55°C = 131°F
Maka:
We = 0,00085 × 5.656,54 × (131-82,4) = 129,82 kg/jam
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:
Wd = 0,002 × 5.656,54 kg/jam = 11,31 kg/jam
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3-5 siklus (Perry, 1997). Ditetapkan 5 siklus, maka:
1 S W W e b = − (Pers. 12-12, Perry, 1999) 1 5 129,82 Wb − = = 32,45 kg/jam
Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb
= 129,82 + 11,31+ 32,45
= 173,58 kg/jam
3. Air untuk berbagai kebutuhan Perhitungan kebutuhan air domestik:
Menurut Metcalf et.al. (1991) kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift
adalah 40-100 liter/hari. Diambil 100 liter/hari × jam hari 24 1 = 4,16 ≈ 4 liter/jam ρair = 1000 kg/m3 = 1 kg/liter Jumlah karyawan = 150 orang
Maka total air kantor = 4 × 150 = 600 liter/jam × 1 kg/liter = 600 kg/jam Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel 7.3.
Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan Domestik
Kebutuhan Jumlah air (kg/jam)
Kantor 600
Laboratorium 58
Kantin dan tempat ibadah 250
Poliklinik 52
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 173,58 + 107,95 + 960 = 1.241,53 kg/jam
Sumber air untuk pabrik pembuatan CNG ini adalah dari Sungai Ular, daerah Perbaungan, Kebupaten Deli Serdang, Sumatera Utara. Debit air sungai 12 m3/detik (BLH Sumut). Kualitas air Sungai Ular dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Ular, Daerah Perbaungan
Parameter Satuan Kadar
Suhu Nitrat (NO3-N) Nitrit (NO2-N) Clorida (Cl) Sulfat (SO4) Iron (Fe) Timbal (Pb) Mangan ( Mn) Sianida (CN)
Total Dissolved Solid
Tembaga (Cu) Hardness (as CaCO3) Kalsium Magnesium °C mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L ± 28 0,2 0,1 8,7 16 0,873 1,142 0,154 0,0018 31,6 0,113 87 43 28 Lokasi Sampling: Sungai Ular, daerah Perbaungan (Sumber : BLH)
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. Sedimentasi 3. Klarifikasi 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Deaerasi
7.2.1 Screening
Pengendapan merupakan tahap awal dari pengolahan air. Pada screening, partikel-partikel padat yang besar akan tersaring tanpa bantuan bahan kimia. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya (Degremont, 1991).
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 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari
screening dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan larutan alum Al2(SO4)3 dan larutan soda abu Na2CO3. Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3 sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dengan penyesuaian pH (basa) dan bereaksi substitusi dengan ion-ion logam membentuk senyawaan karbonat yang kurang/tidak larut. Reaksi koagulasi yang terjadi adalah (Culp dkk, 1978) :
Al2(SO4)3 . 14H2O + 6HCO3- 2Al(OH)3 + 3SO42-+ 6CO2 + 14 H2O 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 larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan soda abu = 1 : 0,54 (Baumann, 1971).
Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan:
Pemakaian larutan alum = 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10-6 × 1.241,53 = 0,06 kg/jam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27.10-6 × 1.241,53 = 0,03 kg/jam
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 atauGCA), karbon aktif serbuk (Powdered Carbon Active atau PCA) dan batu
garnet. Penggunaan yang paling umum dipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan
gravel sebagai bahan filter utama, sebab tipe lain cukup mahal (Kawamura, 1991). Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan CNG 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 Carbon/GAC) (Degremont, 1991). 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) (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 proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses softener dan deaerasi. 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, 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 proses klorinasi = 960 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon, 1968) Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 960)/0,7 = 0,0027 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:
a. 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 bertipe gel dengan merek IRR–122 (Lorch, 1981).
Reaksi yang terjadi :
2H+R + Ca2+ → Ca2+R + 2H+ 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 Perhitungan Kesadahan Kation
Air Sungai Ular, Sumatera Utara mengandung kation Fe2+, Mn2+, Ca2+, Mg2+, Pb+2 dan Cu2+ masing-masing 0,873 ppm, 0,154 ppm, 43 ppm, 28 ppm, 1,142 ppm dan 0,113 ppm (Tabel 7.4).
1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 0,873 +0,154 + 43 + 28 + 1,142 + 0,113 = 73,28 ppm / 17,1
= 4,29 gr/gal
Kebutuhan tambahan ketel uap = 107,95 kg/jam
Jumlah air yang diolah = 3 264,17gal/m3 kg/m 997,08 kg/jam 107,95 × = 28,60 gal/jam
Kesadahan air = 4,29 gr/gal × 28,60 gal/jam × 24 jam/hari = 2.941,5 gr/hari = 2,94 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger
Jumlah air yang diolah = 107,95 kg/jam = 28,60 gal/jam = 0,48 gal/menit Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume resin yang diperlukan :
Total kesadahan air = 2,94 kg/hari
Dari Tabel 12.2, The Nalco Water Handbook (1988) diperoleh: - Kapasitas resin = 20 kgr/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3
kg/ft 20 kg/hari 2,94 = 0,15 ft3/hari Tinggi resin = 14 , 3 0,15 = 0,05 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 0,05 ft × 3,14 ft2 = 0,15 ft3
Waktu regenerasi = kg/hari 2,94 kg/ft 20 ft 0,15 3× 3 = 1 hari = 24 jam Kebutuhan regenerant H2SO4 = 2,94 kg/hari ×
3 3 kgr/ft 20 lb/ft 6
= 0,88 lb/hari = 0,40 kg/hari = 0,02 kg/jam b. Penukar Anion (Anion Exchanger)
Penukar anion berfungsi untuk menukar anion 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 + SO42- → R2SO4 + 2OH- ROH + Cl- → RCl + OH-
Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi: R2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2ROH RCl + NaOH → NaCl + ROH
Perhitungan Kesadahan Anion
Air sungai Ular mengandung Anion Cl-, SO42-, CO32-, NO3- , NO2- dan CN- masing- masing 8,7 ppm, 16 ppm, 87 ppm, 0,2 ppm, 0,1 ppm dan 0,0018 ppm (Tabel 7.4). 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 8,7 + 16 + 87 + 0,2 + 0,1 + 0,0018 = 112,00 ppm / 17,1
= 6,55 gr/gal
Kebutuhan tambahan ketel uap = 107,95 kg/jam
Jumlah air yang diolah = 3 264,17gal/m3 kg/m 997,08 kg/jam 107,95 × = 28,60 gal/jam
Kesadahan air = 6,55 gr/gal × 28,60 gal/jam × 24 jam/hari = 4.495,78 gr/hari = 4,50 kg/hari
Ukuran Anion Exchanger
Jumlah air yang diolah = 28,60 gal/jam = 0,48 gal/menit Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan Total kesadahan air = 4,50 kg/hari
Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kgr/ft3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOH/ft3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3
kgr/ft 12 kg/hari 4,50 = 0,37 ft3/hari Tinggi resin = 14 , 3 0,37 = 0,12 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook) Volume resin = 0,12 ft × 3,14 ft2 = 0,37 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 4,50 kgr/ft 12 ft 0,37 3× 3 = 1 hari = 24 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 4,50 kg/hari × 3
3
kg/ft 12
lb/ft 5
= 1,87 lb/hari = 0,85 kg/hari = 0,04 kg/jam
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 O2 dan CO2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam
deaerator.