INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.2 Kebutuhan Air
Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Selulosa Diasetat ini adalah untuk: Air untuk umpan ketel uap = 25,4898 kg/jam
Air proses, dengan perincian sebagai berikut: Tabel 7.2. Kebutuhan Air Proses pada Alat
Nama Alat Jumlah Air (kg/jam) Tangki Hidrolisa (R-102 A/B)
Tangki Pencuci (WT-101) Tangki Pencampur (M-102) 157,487 1012,551 106,232 Total 1276,27
Pada pengoperasian pabrik dibutuhkan air pemanas sebagai media pemanas. Penggunaan air pemanas dalam pabrik pembuatan Selulosa Diasetat ini meliputi: Tabel 7.3. Kebutuhan Air Panas 90 0C pada Alat
Air pemanas yang digunakan adalah air panas dengan suhu 900C dan tekanan 1 bar. Untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 % dan faktor kebocoran sebesar 10 %. (Perry, 1999), sehingga total air pemanas yang dibutuhkan = 1,3 × 1090,88 kg/jam = 1418,78 kg/jam
Banyaknya air pemanas yang perlu dihasilkan dari dearator adalah: m = 1418,78 kg/jam
Diperkirakan 80 % air pemanas dapat digunakan kembali sehingga : Air pemanas yang digunakan kembali = 80 % x 1418,78 = 1135,03 kg/jam Kebutuhan air tambahan = 1418,78– 1135,03 = 283,757 kg/jam
Air pendingin, dengan perincian sebagai berikut :
Nama Alat Kebutuhan air pendingin (kg/jam) Cooler (E-101) 2607,6295
Total 2607,6295
Nama Alat Jumlah Air (kg/jam) Tangki Pencampur (M-101) Reaktor (R-101 A/B) Tangki Netralisasi (T-101) 35,0429 1023,5493 32,7794 Total 1090,88
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 × 2607,6295 = 5,2152 kg/jam
We = 0,0085 x 2607,6295 x (104 – 77) = 59,845 kg/jam Wb = We/(5-1) = 59,845/(5-1) = 14,9613 kg/jam
Jadi jumlah air yang ditambahkan ke cooling tower = 5,2152 + 59,845 + 14,9613 = 80,02 kg/jam.
Air untuk berbagai kebutuhan. Kebutuhan air domestik
Kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift adalah 40 – 100 liter/hari (Metcalf dan Eddy, 2003) Diambil 75 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 = 3,125×138 = 487,5 liter/jam ×1kg/liter = 487,5 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 dan tempat ibadah
Kebutuhan air untuk kantin dan rumah ibadah adalah 40 – 120 liter/hari.
diambil 90,5 liter/hari × jam hari 24 1 = 3,77 ≈ 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 poliklinik/Rumah sakit
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 7.4. Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan Kebutuhan Jumlah air (kg/jam) Domestik dan kantor
Laboratorium
Kantin dan tempat ibadah Poliklinik 487,5 71 400 50 Total 1008,5
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = (25,4898 + 1276,27 + 283,757 + 80,02 + 1008,5) kg/jam = 2.675,039 kg/jam ≈ 2.700 kg/jam
Sumber air untuk pabrik pembuatan Selulosa Diasetat ini adalah dari Sungai Silau, Kabupaten Asahan, Provinsi Sumatera Utara dengan debit sungai 60 m3/detik. (Anonim a. 2008). Adapun kualitas air Sungai Silau Asahan dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 7.4. Kualitas Air Sungai Silau Asahan
Parameter Satuan Kadar
A. Fisika 1. Suhu OC 26,4 2. Padatan terlarut mg/l 56,4 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 : Anonim a. 2008)
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan Selulosa Diasetat 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 + 6SO43- 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
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 = 2.700 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 × 2.700 = 0,135 kg/jam Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6× 2.700 = 0,0729 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 anterakit
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 = 952,25 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70%
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon, 1968) Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 952,25)/0,7 = 0,0027 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 = 1747,75 kg/jam
= x 264,17 gal/m3 = 463,7063 gal/jam
Kesadahan air = 1,646 gr/gal × 463,7063 gal/jam × 24 jam/hari = 195,3781 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:
Total kesadahan air = 195,3781 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 = = 9,7689 ft3/hari Tinggi resin = = 3,111 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 = = 0,8035 hari
Kebutuhan regenerant NaCl = 195,3781 kg/hari × 3 3 kg/ft 20 lb/ft 6
= 58,6134 lb/hari = 26,587 kg/hari = 1,1077 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. 1747,75 kg/jam 995,68 kg/m3 195,3781 20 kg/ft3 9,7689 3,14 7,85 ft3 195,3781 kg/hari
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 = 1747,75 kg/jam
= x 264,17 gal/m3 = 463,7063 gal/jam
Kesadahan air = 5,9713gr/gal × 463,7063 gal/jam × 24 jam/hari = 66,45341 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger:
Jumlah air yang diolah = 463,7063 gal/jam = 7,7284 gal/menit
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 = 66,4541 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 = = 5,5378 ft3/hari Tinggi resin = = 1,7636 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 = = 1,42 hari = 34,02 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 66,4541 kg/hari × 3 3
kg/ft 12
lb/ft 5
= 27,6892 lb/hari = 12,5598 kg/hari = 0,5233 kg/jam 66,4541 kg/hari 12 kg/ft3 5,5378 ft3 3,14 ft2 7,85 ft3 x 12 kg/ft3 66,4541 kg/hari 1747.75 kg/jam 995,68 kg/m3
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.