INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.2 Kebutuhan Air
Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Selulosa Asetatini adalah untuk:
Air untuk umpan ketel uap = 45,403 kg/jam
Air proses, dengan perincian sebagai berikut: Tabel 7.2. Kebutuhan Air Proses pada Alat
Nama Alat Jumlah Air (kg/jam) Tangki Ekstraksi (EX-101)
Rotary Washer I (RW-101) Tangki Bleaching (BL-101) Rotary Washer (RW-102) Tangki Hidrolisa (TH-201) Tangki Pencampur (M-301) 3234,992 2604,582 9221,770 8010,640 204,726 100,160 Total 23376,870
Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan air pemanas sebagai media pemanas. Penggunaan air pemanas dalam pabrik pembuatan Selulosa Asetatini meliputi: Tabel 7.3. Kebutuhan Air Panas 90 0C pada Alat
Air pemanas yang digunakan adalah air panasdengan suhu 900Cdantekanan 1 bar. Untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 % dan faktor kebocoran sebesar 10
Nama Alat Jumlah Air (kg/jam) Tangki Bleaching (BL-101) Tangki Pencampur (M-201) Reaktor (R-201) Heater I (H-201) Heater II (H-202) Heater III (H-203) Heater IV (H-204) 1481,370 56,920 299,460 285,779 109,644 143,984 33,448 Total 2410,605
%. (Perry, 1999), sehingga total air pemanas yang dibutuhkan = 1,3 × 2410,605 kg/jam = 3133,786 kg/jam
Banyaknya air pemanas yang perlu dihasilkan dari dearator adalah: m = 3133,786 kg/jam
Diperkirakan 80 % air pemanas dapat digunakan kembali sehingga : Air pemanas yang digunakan kembali = 80 % x 3133,786 = 2507,029 kg/jam Kebutuhan air tambahan = 3133,786 – 2507,029 = 626,757 kg/jam
Air pendingin, dengan perincian sebagai berikut : Tabel 7.4. Kebutuhan Air Pendingin 25 0C pada Alat
Nama Alat Kebutuhan air pendingin (kg/jam) Cooler I (C-201)
Cooler II (C-202)
2522,988 4491,019
Total 7013,977
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 7013,977= 14,027 kg/jam
Air yang hilang karena penguapan adalah :
We = 0,00085 Wc (T2 – T1) (Pers. 12-10, Perry & Green, 1999) Di mana :
Wc = jumlah air pendingin yang diperlukan
T1 = temperatur air pendingin masuk = 25 °C = 77 °F T2 = temperatur air pendingin keluar = 40 °C = 104 °F We = 0,00085 x 7013,977 x (104 – 77) = 160,970 kg/jam
Air yang hilang karena blowdown
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3-5 siklus (Perry & Green, 1999). Ditetapkan 5 siklus, maka:
1 S
W
W e
b (Pers. 12-12, Perry & Green, 1999)
Wb = We/(5-1) = 160,970 /(5-1) = 40,242 kg/jam Jadi jumlah air yang ditambahkan ke cooling tower
= 14,027 + 160,970 + 40,242 = 215,241 kg/jam.
Air untuk berbagai kebutuhan. Kebutuhan air domestik a. Di kantor
Kebutuhan air kantor untuk tiap orang/shift adalah 40 – 100 liter/hari (Metcalf dan Eddy, 2003) Diambil 50 liter/hari × jam 24 hari 1 = 3,125 liter/jam
ρair = 1.000 kg/m3 = 1 kg/liter (Geankoplis, 1991) Jumlah karyawan = 156 orang
Maka total air domestik = 3,125×156 = 487,5 liter/jam ×1kg/liter = 487,5 kg/jam b. Di perumahan
Kebutuhan air perumahan untuk tiap orang adalah 100 – 200 liter/hari (Peraturan Pemerintah No.112, 2010) Diambil 100 liter/hari x jam 24 hari 1 = 4,167 liter/jam
ρair = 1.000 kg/m3 = 1 kg/liter (Geankoplis, 1991) Jumlah orang yang tinggal diperumahan = 4 orang x 28 rumah
= 112 orang
Maka total air domestik = 4,167 × 112 = 466 liter/jam ×1kg/liter = 466 kg/jam
Kebutuhan air laboratorium
Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 liter/hari (Metcalf dan Eddy, 2003). Diambil 1.700 liter/hari = 70,83 kg/jam ≈ 71 liter/jam
Kebutuhan air kantin
Kebutuhan air untuk kantin adalah 40 – 120 liter/hari. (Metcalf dan Eddy, 2003). diambil 91 liter/hari × jam hari 24 1 = 3,79 ≈ 4 liter/jam pengunjung rata – rata = 100 orang.
ρair = 1.000 kg/m3 = 1 kg/liter (Geankoplis, 1991) maka, total kebutuhan airnya = 4 × 100 = 400 liter/jam × 1 kg/liter = 400 kg/jam
Kebutuhan air untuk tempat ibadah
Kebutuhan air untuk tempat ibadah adalah 10 – 70 liter/hari, (Metcalf dan Eddy, 2003), maka diambil 40 liter/hari.
40 liter/hari × jam hari 24 1 = 1,667 ≈ 2 liter/jam Asumsi :
Setengah dari jumlah karyawan menggunakan tempat ibadah = 86 orang.
ρair = 1.000 kg/m3 = 1 kg/liter (Geankoplis, 1991) maka, total kebutuhan airnya = 2 × 86 = 156 liter/jam × 1 kg/liter = 156 kg/jam
Kebutuhan air poliklinik
Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 1.000 – 1.500 liter/hari, (Metcalf dan Eddy, 2003), maka diambil 1.000 liter/hari = 50 kg/jam
Tabel 7.5 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan Kebutuhan Jumlah air (kg/jam) Perumahan kantor Laboratorium Kantin Tempat ibadah Poliklinik 466,67 487,5 71 400 156 50 Total 1631,204
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = (120,3490 + 1631,204 + 23376,870 + 626,757 + 215,241) kg/jam = 25970,4218 kg/jam
Sumber air untuk pabrik pembuatan Selulosa Asetatini adalah dari Sungai Silau, Kabupaten Asahan, Provinsi Sumatera Utara dengan debit sungai 60 m3/detik. (Anonim a. 2008).
Gambar 7.1 Lokasi Pabrik Factory
Adapun kualitas air Sungai Silau Asahan dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 7.6 Kualitas Air Sungai Silau Asahan
Parameter Satuan Kadar
A. Fisika 1. Suhu OC 26,4 2. TDS mg/l 56,4 3. Kekeruhan NTU 50,21 B. Kimia Anorganik 1. pH 6,7 2. Ba2+ mg/l <0,1 3. Fe2+ mg/l 0,028 4. Cd2+ mg/l <0,001 5. Mn2+ mg/l 0,028 6. Zn2+ mg/l <0,008 7. Cu2+ mg/l <0,03 8. Pb2+ mg/l 0,01 9. Ca2+ mg/l 200 10. Mg2 mg/l 100 11. F- mg/l 0,001 12. Cl- mg/l 60 13. NO-2 mg/l 0,028 14. NO-3 mg/l 0,074 15. SeO2-3 mg/l <0,005 16. CN- mg/l 0,001 17. SO2-4 mg/l 42
18. Oksigen terlarut (DO) mg/l 6,48 19. Alkalinitas (CaCO3) mg/l 95 (Sumber : BPS Sumatera Utara, 2010)
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan Selulosa Asetat ini diperoleh dari sungai Silau, 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. Klarifikasi 3. Filtrasi 4. Demineralisasi 5. 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 Klarifikasi
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air dengan cara mencampurkannya dengan larutan Al2(SO4)3 dan Na2CO3 (soda abu). Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan Na2CO3 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:
M3+ + 3H2O M(OH)3 + 3 H+
Dalam hal ini, pH menjadi faktor yang penting dalam penyingkiran koloid. Kondisi pH yang optimum penting untuk terjadinya koagulasi dan flokulasi. Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al2(SO4)3. Sedangkan koagulan tambahan dipakai larutan soda abu Na2CO3 yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH.
Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah (Degremont, 1991): Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6H2O 2Al(OH)3↓ + 12Na+
+ 6HCO3- + 3SO43- 2Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6H2O 4Al(OH)3↓ + 12Na+ + 6CO2 + 6SO4 3-Reaksi koagulasi yang terjadi :
Al2(SO4)3 + 3H2O + 3Na2CO3 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2 Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanen menurut proses soda dingin menurut reaksi:
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3
CaCl4 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3 (Degremont, 1991) 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 = 25970,4218 kg/jam Pemakaian larutan alum = 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum Al2(SO4)3 yang dibutuhkan = 50.10-6 × 25970,4218 = 1,305 kg/jam Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6 × 25970,4218 = 0,704 kg/jam
7.2.3 Filtrasi
Filtrasi bertujuan untuk memisahkan flok-flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Penyaring pasir (sand filter) yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu:
a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau (green sand) b. Lapisan II terdiri dari antrasit
c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil (gravel)
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 tanpa harus dimasak terlebih dahulu.
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1631,204 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70%
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon, 1968) Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 1631,204)/0,7 = 0,00288 kg/jam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, yang terdiri 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 bermerek Dowex R – 50W. Reaksi yang terjadi:
Na2X + Ca2+ CaX + 2Na+ Na2X + Mg2+ MgX + 2Na+
Untuk regenerasi dipakai NaCl berlebih dengan reaksi: CaX + 2NaCl Na2X + CaCl2
MgX + 2NaCl Na2X + MgCl2
Mn2+R + H2SO4 MnSO4 + 2H+R Perhitungan Kesadahan Kation:
Air Sungai Silau, Asahan mengandung kation Ba2+, Fe2+, Cd2+, Cu+2, Pb2+, Ca2+ , Mg +2, Mn2+,dan Zn2+, masing – masing 0,1 ppm; 0,028 ppm; 0,001 ppm; 0,03 ppm; 0,01 ppm; 200 ppm ; 100 ppm; 0,028 ppm; 0,008 ppm.
1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = (0,1 + 0,028 + 0,001 + 0,03 + 0,01 + 200 + 100 + 0,028 + 0,008) ppm
= 300,205 ppm
= 300,205 ppm/17,1 = 17,5558 gr/gal
Jumlah air yang diolah = 25126,1156 kg/jam
= x 264,17 gal/m3 = 6657,219 gal/jam
Kesadahan air = 17,555 gr/gal × 6657,219 gal/jam × 24 jam/hari = 2804,955 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger:
Dari Tabel 12.4. Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh: - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume Resin yang Diperlukan:
25126,1156 kg/jam 995,68 kg/m3
Total kesadahan air = 2804,955 kg/hari
Dari Tabel 12.7., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaCl/ft3 resin Jadi,
Kebutuhan resin = = 140,247 ft3/hari Tinggi resin = = 44,664 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4., Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft 3,14 ft2 = 7,85 ft3
Waktu regenerasi = = 0,0559 hari Kebutuhan regenerant NaCl = 2804,955 kg/hari 33
kg/ft 20
lb/ft 6
= 841,486 lb/hari = 381,698 kg/hari = 15,904 kg/jam b. Penukar anion
Resin yang digunakan adalah Dowex R – 8W. Perhitungan Kesadahan Anion :
Air Sungai Silau Asahan, mengandung anion F-, Cl-, SO2-, NO3-, NO2-, CN- dan SeO2-3 masing – masing 0,001 ppm, 60 ppm, 42 ppm, 0,074 ppm, 0,028 dan 0,005 ppm.
1 gr/gal = 17,1 ppm.
Total kesadahan anion = (0,001 + 60 + 42 + 0,074 + 0,028 + 0,005+ 0,001) ppm = 102,109 ppm / 17,1
= 5,9713 gr/gal Jumlah air yang diolah = 25126,115 kg/jam
= x 264,17 gal/m3 = 6657,219 gal/jam
Kesadahan air = 5,9713 gr/gal 6657,219 gal/jam 24 jam/hari = 954,051 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger:
Jumlah air yang diolah = 6657,219 gal/jam = 110,953 gal/menit 2804,955 20 kg/ft3 140,247 3,14 7,85 ft3 x 20 kg/ft3 2804,955 kg/hari 25126,115 kg/jam 995,68 kg/m3
Dari Tabel 12.4., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh: - Diameter penukar anion = 2 ft
- Luas penampang penukar anion = 3,14 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan:
Total kesadahan air = 954,051 kg/hari
Dari Tabel 12.7., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 12 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOH/ft3 resin Jadi,
Kebutuhan resin = = 79,504 ft3/hari Tinggi resin = = 25,319 ft
Tinggi resin minimum adalah 30 in = 2,5 ft
Volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft 3,14 ft2 = 7,85 ft3
Waktu regenerasi = = 0,10 hari = 2,369 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 954,051 kg/hari 33
kg/ft 12 lb/ft 5 = 397,521 lb/hari = 180,315 kg/hari = 7,513 kg/jam 7.2.5 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 900C 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.
954,051 kg/hari 12 kg/ft3 79,504 ft3 3,14 ft2 7,85 ft3x 12 kg/ft3 954,051 kg/hari
7.3 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut: 1. Unit Proses = 307,5 hp
2. Unit Utilitas = 33,75 hp Tabel 7.6 Kebutuhan Listrik pada Alat Utilitas
Alat Proses Kebutuhan Listrik (hp) Pompa dan tangki pelarutan
Ketel Uap Klarifier 29,25 3,5 1 Total 33,75
3. Ruang kontrol dan laboratorium = 30 hp 4. Penerangan dan kantor = 30 hp
5. Bengkel = 40 hp
6. Perumahan = 85 hp
Total kebutuhan listrik = (307,5 + 33,75+ 30 +30 +40 +85) hp = 526,25 hp × 0,7457 kW/hp = 392,424 kW Efisiensi generator 80%, maka
Daya output generator = 392,424 / 0,8 = 490,530 kW = 500 kW
Untuk perancangan dipakai 2 unit diesel generator AC 500 kW, 220 – 240 Volt, 50 Hertz, 3 fase. (1 unit pakai dan 1 unit cadangan).