INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.2 Kebutuhan Air
Kebutuhan air pada pabrik pembuatan N-Propanol dari Etilen dan Gas Sintesa adalah :
Air untuk umpan ketel uap = 39.986,53 kg/jam
Air pendingin
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin
Nama Alat Jumlah Air kg/jam
Reaktor (R-101) 33,221 Refrigerant (CD-101) 4.806,143 Cooler (E-103) 1.735,07 Cooler (E-104) 1.412,117 Kondensor (CD-102) 245,58 Cooler (E-105) 157,36 Total 8.389,49
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: We = 0,00085 Wc (T1 – T2) (Perry,
1997) Di mana:
Wc = jumlah air masuk menara = 8389,49 kg/jam
T1 = temperatur air masuk = 60°C = 140°F
T2 = temperatur air keluar = 30°C = 86 °F
Maka,
We = 0,00085 × 8389,49 × (140 - 86)
= 385,0776 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:
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus (Perry, 1997).
Ditetapkan 3 siklus, maka : Wb = 1 − S We = 3 5 385,0776 − = 192,5388 kg/jam (Perry, 1997) Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb
= 385,0776 + 16,779 + 192,5388 = 594,3954 kg/jam
Air untuk berbagai kebutuhan a. Kebutuhan Air Domestik
Kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift adalah 40–100 liter/hari (Metcalf, 1991). Diambil 60 liter/hari = 2,5 liter/jam
ρair pada 28 oC = 996,24 kg/m3 ; Jumlah karyawan = 145 orang
Maka total air domestik = 2,5 liter/jam × 145
= 363 liter/jam × 0,99624 kg/liter = 361,137 kg/jam
b. Kebutuhan air laboratorium
Kebutuhan air untuk laboratorium adalah 1000 – 1800 liter/hari (Metcalf dan Eddy, 1991), Maka diambil 1200 liter/hari = 50 kg/jam.
c. Kebutuhan air kantin dan tempat ibadah
Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 – 120 liter/hari (Metcalf dan Eddy, 1991), Maka diambil 60 liter/hari = 1 liter/jam
ρair pada 28 oC= 996,24 kg/m3 ; Pengunjung rata – rata = 100 orang.
Maka, total kebutuhan airnya = 1 × 100 = 100 liter/jam × 0,99624 kg/liter = 99,6240 kg/jam
d. Kebutuhan air poliklinik
Kebutuhan air untuk poliklinik adalah 400 – 600 liter/hari. (Metcalf dan Eddy, 1991), Maka diambil 600 liter/hari = 25,1085 kg/jam
Tabel 7.3 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Nama Tempat Jumlah Air (kg/jam)
Domestik dan kantor 361,137
Lab 50 Kantin dan tempat ibadah 99,6240
Poliklinik 25,1085 Total
535,8695 Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = 594,3954 + 535,8695 + 39.986,53 = 41.116,7967 kg/jam
Selain menggunakan air sebagai air pendingin, pabrik pembuatan N-propanol dari etilen dan gas sintesa ini juga menggunakan refrigerant pada -45oC sebagai media pendingin.
Sumber air untuk pabrik pembuatan N-propanol dari etilen dan gas sintesa ini adalah dari Sungai Cidanau, Propinsi Banten dengan debit air 5,421 m3/detik. Adapun kualitas air Sungai Cidanau dapat dilihat pada tabel 7.4 sebagai berikut.
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Cidanau, Banten
Parameter Satuan Kadar
Suhu Kekeruhan pH Ammonium Aluminum Besi terlarut Kesadahan : Kalsium Magnesium Seng Timbal Mangan Timah Sianida Bikarbonat Karbonat Klorida Nitrat Nitrit Pospat Sulfat CO2 bebas °C NTU mg/L mg/L mg/L mg/L CaCO3 mg/L CaCO3 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 ± 28 146 7,7 0,34 0,4 0,79 93,5 55,8 0,1 - 0,6 0,005 0,008 370,1 - 20,5 0,11 0,03 0,4 6 32,1
(Sumber: data hasil rata-rata tahunan pemantauan kualitas air [BPSDA-Propinsi Banten, 2007])
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan N-propanol dari etilen dan gas sintesa diperoleh dari sungai Cidanau, 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
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 terbentuknya flok – flok (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 + 6SO43-
Reaksi koagulasi yang terjadi :
Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanent menurut proses soda dingin menurut reaksi (Degremont, 1991):
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3
CaCl4 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3
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 = 740,1599 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 × 740,1599 = 0,037 kg/jam
Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6 × 740,1599 = 0,02 kg/jam
7.2.3 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 N-propanol dari etilen dan gas sintesa menggunakan media filtrasi granular (Granular Medium Filtration) sebagai berikut : 1. Lapisan atas terdiri dari pasir hijau (green sand). Lapisan ini bertujuan
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 anterasit 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 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.
Perhitungan kebutuhan kaporit, Ca(ClO)2 :
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 657,9089 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 657,9089 )/0,7 = 0,0019 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, dimana alat demineralisasi dibagi atas :
a. Penukar kation
Berfungsi untuk mengikat logam – logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan
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 + 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 Cidanau mengandung kation Fe2+, NH4+, Al3+, Zn2+, Mn2+, Pb2+, Ca2+,
dan Mg2+ masing-masing 0,79 mg/L, 0,34 mg/L, 0,4 mg/L, 0,1 mg/L, 0,6 mg/L, 0 mg/L, 93,5 mg/L, dan 55,8 mg/L (Tabel 7.4).
Total kesadahan kation = (0,79 + 0,34 + 0,4 + 0,1 + 0,6 + 0+ 93,5 + 55,8) mg/L = 151,53 mg/L = 0,15153 g/L
Jumlah air yang diolah = 740,1599 kg/jam
= 3 3 1000L/m kg/m 996,24 kg/jam 740,1599 × = 742,95 L/jam
Kesadahan air = 0,15153 gr/L × 742,95 L/jam × 24 jam/hari × 10-3 kg/gr
= 2,7 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 740,1599 kg/jam = 196,26 gal/jam = 3,271 gal/menit Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut : - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,1400 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume Resin yang Diperlukan
Total kesadahan air = 2,7 kg/hari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh :
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin Jadi,Kebutuhan resin = 3 kg/ft 0 2 kg/hari 2,7 = 0,135 ft3/hari Tinggi resin = 1400 , 3 0,135 = 0,043 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 ft2
= 7,8500 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 2,7 kg/ft 20 ft 85 , 7 3× 3 = 58,15 hari Kebutuhan regenerant H2SO4 = 2,7 kg/hari × 3
3 kg/ft 20 lb/ft 5 = 0,675 lb/hari = 1,485 kg/hari = 0,062 kg/jam b. Penukar anion
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 + 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 Cidanau, mengandung Anion : nitrat, nitrit, pospat, Cl-, SO42-, CN-, CO32-
, masing-masing 0,11 mg/L, 0,03 mg/L, 0,4 mg/L, 20,5 mg/L, 6 mg/L, 0,008 mg/L, dan 370,1 mg/L (Tabel 7.4).
Total kesadahan anion = (0,11 + 0,03 + 0,4 + 20,5 + 6 + 0,008 + 370,1) mg/L = 397,148 mg/L = 0,397148 gr/L
Jumlah air yang diolah = 740,1599 kg/jam
= 3 3 1000L/m kg/m 996,24 kg/jam 740,1599 × = 742,95 L/jam
= 7,081 kg/hari Perhitungan Ukuran Anion Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 742,95 L/jam = 196,26 gal/jam = 3,271 gal/menit Dari Tabel 12.3 , Nalco, 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 = 7,081 kg/hari Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh : - Kapasitas resin = 12 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOH/ft3 resin Jadi, Kebutuhan resin = 3 kg/ft 12 kg/hari 7,081 = 0,59 ft3/hari Tinggi resin = 14 , 3 0,59 = 0,19 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft2
= 7,85 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 7,081 kg/ft 12 /hari ft 0,59 3 × 3 = 1 hari = 24 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 7,081 kg/hari × 33
kg/ft 12 lb/ft 5 = 2,95 lb/hari = 6,49 kg/hari = 0,27 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 90°C supaya gas – gas yang terlarut dalam air, seperti O2 dan CO2 dapat dihilangkan, sebab gas – gas tersebut dapat menyebabkan
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia
