BAB IV NERACA PANAS
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 Shampoo adalah sebagai berikut:
Air untuk umpan ketel uap = 202,6643 kg/jam Air pendingin
Tabel 7.2: Kebutuhan air pendingin pada alat Nama Alat Jumlah Air (kg/jam)
Cooler 201 604,8154
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 = 604,8154 kg/jam
T1 = temperatur air masuk = 40°C = 104°F
T2 = temperatur air keluar = 28°C = 82,4 °F Maka,
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 = 0,002 604,8154 = 1,2096 kg/jam
Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus (Perry, 1997).
Ditetapkan 3 siklus, maka:
Wb = S We 1 = 11,10443 1
= 5,5522 kg/jam (Perry, 1997)
Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb
= 11,1044+ 1,2906 + 5,5522 = 17,9472 kg/jam
Air proses
Tabel 7.3: Kebutuhan air proses pada alat Nama alat Jumlah Air (kg/jam)
Mixer 101 19,4017
Mixer 102 35,4427
Mixer 201 649,7050
Total 704,5494
Air untuk berbagai kebutuhan
Tabel 7.4: Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Nama Tempat Jumlah Air (kg/jam)
Domestik dan kantor 300
Lab 50
Kantin dan tempat ibadah 100
Poliklinik 30
Lokasi Sampling: Sungai Deli = 1405,1609 kg/jam
Sumber air untuk pabrik pembuatan Shampoo ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Debit air sungai 12 m3/detik (Bapedal Sumut, 22 September 2006). Kualitas air Sungai Deli dapat dilihat pada tabel 7.5 di bawah ini :
Tabel 7.5 Kualitas air Sungai Deli
Parameter Satuan Keterangan
Debit m3/detik 12 Total Amonia (NH3-N) mg/L 0,0005 Besi (Fe) mg/L 0,42 Cadmium (Cd) mg/L 0,023 Clorida (Cl) mg/L 60 Mangan (Mn) mg/L 0,028 Calcium (Ca) mg/L 45 Magnesium (Mg) mg/L 28
Oksigen terlarut (O2) mg/L 5,66
Seng (Zn) mg/L >0,0004
Sulfat (SO4) mg/L 42
Tembaga (Cu) mg/L 0,01
Timbal (Pb) mg/L 0,648
Hardness (CaCO3) mg/L 95
Sumber: Laporan Baku Mutu Air, Bapedal SUMUT, 22 September 2006 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 meliput i penyaringan sampah dan kotoran yang terbawa bersama air. Selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan
2. Klarifikasi 3. Filtrasi
4. Demineralisasi 5. 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.
7.2.2 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.
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).
Total kebutuhan air = 1405,1609 kg/ jam Pemakaian larutan alum = 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 50 = 27 ppm
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 umumdipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, menimbang tipe lain cukup mahal (Kawamura,1991).
Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan Shampoo 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 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 = 480 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 % Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 x 480) / 0,7 = 0,0014 kg/jam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel harus semurni mungkin dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, yaitu proses penghilangan ion-ion terlarut dari dalam air. Alat demineralisasi dibagi atas: 1. 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 Daulite C-20. Reaksi yang terjadi:
2H+R + Ca2+ Ca2+R + 2H+ 2H+R + Mg2+ Mg2+R + 2H+
Untuk regenerasi dipakai H2SO4 berlebih dengan reaksi: Ca2+R + H2SO4 CaSO4 + 2H+R
Air sungai Deli mengandung kation Fe ,Cd ,Mn ,Ca ,Mg ,Zn ,Cu dan Pb masing-masing 0,42 mg/l; 0,023 mg/l; 0,028 mg/l; 45 mg/l; 28 mg/l; 0,0004 mg/l; 0,01 dan 0,648 mg/l (Bapedal SUMUT, 2006).
Total konsentrasi kation = 0,42 + 0,023 + 0,028 + 45 + 28 + 0,0004 + 0,01 + 0,648 = 74,1294 mg 1 g 0,2642 ltr = 0,01958 gr/gal
ltr 1000 mg gal Air yang diolah adalah air umpan ketel uap.
Jumlah air yang diolah = 202,6643 kg/jam x 264,17 gal/m3 996,24 kg/m3
= 53,649 gal/jam
Kesadahan air = 0,01958 gr/gal x 53,649 gal/jam x 24 jam/hari = 25,2108 gr/hari = 0,0252 kg/hari
Ukuran Cation Exchanger
Jumlah air yang diolah = 202,6643 kg/jam Total kesadahan air = 0,0252 kg/hari Dari Tabel 12.4 , Nalco, 1979, diperoleh:
- Diameter penukar kation = 1 ft - Luas penampang penukar kation = 0,7854 ft2
- Jumlah penukar kation = 1 unit paralel (satu unit operasi)
Volume resin yang diperlukan: Dari Tabel 12.2, Nalco, 1979, diperoleh :
- Kapasitas resin = 20 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaCl /ft3 resin
20 kg/ft 3 = 0,001 ft3/hari
Tinggi resin =
0,001
= 0,0013 ft < tinggi minimum resin = 2,5 ft (Nalco,1979) 0,7854
Volume resin = 2,5 ft 0,7854 ft2 = 1,9635 ft3 1,9635 ft 3 20 kg/ft 3 Waktu regenerasi H2SO4 =
0,0252 kg/hari = 1.944,0594 hari = 46.657,4257 jam
Kebutuhan regenerant H2SO4 = 0,0252 kg/hari x = 0,0027 kg/hari 2. Penukar Anion (Anion Exchanger)
6 lb / ft 3 20 kg / ft 3
= 0,0061 lb/hari
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 Deli mengandung Anion Cl-, SO42-, CO32- masing-masing 60 mg/l; 42 mg/l dan 95 mg/l (Bapedal SUMUT, 2006).
Total konsentrasi anion = 60 + 42 + 95
= 197 mg 1 g 0,2642 ltr ltr 1000 mg gal = 0,05204 gr/gal
996,24 kg/m3
= 53,649 gal/jam
Total anion dalam air = 0,05204 gr/gal 53,649 gal/jam 24 jam/hari = 67,0055 gr/hari = 0,067 kg/hari
Jumlah air yang diolah = 202,6643 kg/jam Dari Tabel 12.3 , Nalco, 1988, diperoleh:
- Diameter penukar anion = 1 ft - Luas penampang penukar anion = 0,7854 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 0,0537 kg/hari Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh :
- Kapasitas resin = 12 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOH/ft3 resin Jadi, Kebutuhan resin = kg/hari0,0537
12 kg/ft 3 = 0,0045 ft3/hari Tinggi resin = 0,0045 = 0,0057 ft 0,7845
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 0,0057 ft x 0,7845 ft2 = 0,0045 ft3 Waktu regenerasi = 0,0045 ft 3 x 12 kg/ft 3
= 1 hari = 24 jam
0,0537 kg/hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 0,0537 kg/hari x
5 lb/ft3 12 kg/ft 3
= 0,0224 lb/hari = 0,01 kg/hari = 0,0004 kg/jam
Deaerator berfungsi untuk memanaskan air dan menghilangkan gas terlarut yang keluar dari alat penukar ion (ion exchanger) 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 selain itu deaerator juga berfungsi sebagai preheater, mencegah perbedaan suhu yang mencolok antara air make-up segar
pemanas listrik.