INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.1 Kebutuhan Uap ( Steam )
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan melamin dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 7.1 Kebutuhan Steam Pabrik
Nama Alat Jumlah steam (kg/jam)
Reaktor (R-02) 4.539,362
Heater (E-01) 12.642,918
Vaporizer (V-01) 2.009,891
Melter (ML-01) 13.740,956
Jumlah 32.933,126
Steam yang digunakan adalah high pressure steam dengan temperatur 455°C. Jumlah total steam yang dibutuhkan adalah 32.933,126 kg/jam. Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20% dan faktor kebocoran sebesar 10%. Maka:
= 42.813,064 kg/jam
Diperkirakan 80% kondensat dapat digunakan kembali, sehingga : Kondensat yang digunakan kembali = 80% × 42.813,064 kg/jam
= 34.250,452 kg/jam
Kebutuhan tambahan untuk ketel uap = 20% × 42.813,064 kg/jam = 8.562,613 kg/jam
7.2 Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan melamin adalah sebagai berikut:
Kebutuhan air pendingin
Kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan melamin ditunjukkan pada tabel 7.2.
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin
Nama Alat Jumlah Air Pendingin (kg/jam)
Heat Exchanger (HE-01) 35.786,018
Heat Exchanger (HE-02) 51.844,619
Tangki Mother Liquor (ML-01) 1.043,839
Jumlah (Wc) 88.674,477
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 = 30°C = 86°F
Maka:
We = 0,00085 × 88.674,477 × (122 – 86)
= 2.713,439 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 × 88.674,477 kg/jam
= 177,349 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 kg/jam 2.713,439 Wb − = = 678,359 kg/jam
Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb
= 2.713,439 + 177,349 + 678,359
= 3.569,148 kg/jam
Kebutuhan air domestik (perumahan, kantor) diperkirakan 5% dari kebutuhan air pabrik, sehingga kebutuhan air untuk domestik: (Gordon, 1968)
= 5% x (kebutuhan air pendingin + air umpan) = 5% x (88.674,477 + 8.562,613)
= 4.861,855 kg/jam
Kebutuhan air untuk keperluan lain (laboratorium, poliklinik, kantin dan tempat ibadah) diperkirakan 5% dari kebutuhan air domestik: (Gordon, 1968)
= 5% x 4.861,855 kg/jam = 243,093 kg/jam
Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel 7.3. Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Kebutuhan
Kebutuhan Jumlah air (kg/jam)
Domestik 4.861,855
Laboratorium 243,093
Kantin & Tempat Ibadah 243,093
Poliklinik 243,093
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: = (8.562,613 + 88.674,477 + 3.569,148 + 5.591,133) kg/jam = 106.397,370 kg/jam
Sumber air untuk pabrik pembuatan melamin ini adalah dari air Sungai Musi, Sumatera Selatan. Adapun kualitas air Sungai Musi dapat dilihat pada tabel 7.4. Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Musi
Parameter Satuan Kadar
Suhu Total Ammonia (NH3-N) Besi (Fe) Cadmium (Cd) Clorida (Cl) Mangan (Mn) Calcium (Ca) Magnesium (Mg) Oksigen terlarut (O2) Seng (Zn) Sulfat (SO4) Tembaga (Cu) Timbal (Pb) Hardness (CaCO3) Nitrat (NO3) Posfat (PO4) 0C 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 mg/L mg/L 26,6 0,142 0,52 0,02 60 0,023 75 27 7,66 >0,024 50 0,02 0,784 95 0,084 0,245
Sumber: Laporan Akhir Bidang Pengendalian Pencemaran Lingkungan, Bapedalda Sumsel, 2011.
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 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).
7.2.1 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.
7.2.2 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 abu Na2CO3. Larutan Al2(SO4)3 berfungsi sebagai koagulan
utama dan larutan Na2CO3 sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai
bahan pembantu 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
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 (Degremont, 1991):
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3
CaCl4 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3
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 abu soda = 1 : 0,54 (Crities, 2004).
Total kebutuhan air = 106.397,370 kg/jam 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 × 106.397,370 = 5,319 kg/jam Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27.10-6 × 106.397,370 = 2,873 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, 1991).
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, sebab tipe lain cukup mahal (Kawamura, 1991).
Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan melamin 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 38 in (0,963 m).
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.
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 5.591,133 kg/jam Perhitungan kebutuhan kaporit, Ca(ClO)2
Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon, 1968) Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 5.591,133)/0,7 = 0,016 kg/jam
7.2.4 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 Musi mengandung kation Fe2+, Cd+2, Mn2+, Ca2+, Mg2+, Zn+2, Cu2+, Pb+2, dan NO3+ masing-masing 0,52 ppm, 0,02 ppm, 0,023 ppm, 75 ppm, 27 ppm,
0,024 ppm, 0,02 ppm, 0,784 ppm dan 0,084 ppm (Tabel 7.4). 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 0,52+0,02+0,023+75+27+0,024+0,02+0,784+0,084 = 103,391 ppm / 17,1
Jumlah air yang diolah = 8.562,613 kg/jam = 3 3 264,17gal/m kg/m 996,24 kg/jam 8.562,613 × = 2.270,523 gal/jam
Kesadahan air = 6.04626 gr/gal × 2.270,523 gal/jam × 24 jam/hari = 329.476,08 gr/hari
= 329,476 kg/hari
Jumlah air yang diolah = 2.270,523 gal/jam = 37,842 gal/menit Perhitungan ukuran Cation Exchanger
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh data-data berikut: - Diameter penukar kation = 4 ft
- Luas penampang penukar kation = 12,6 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume resin yang diperlukan:
Total kesadahan air = 329,476 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 329,476 = 16,474 ft3/hari Tinggi resin = 6 , 12 16,474 = 1,308 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook)
Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 12,6 ft2 = 31,5 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 329,476 kg/ft 20 ft 31,5 3× 3 = 1,912 hari = 45,891 jam = 2753,46 menit Kebutuhan regenerant H2SO4 = 329,476 kg/hari × 3
3 kgr/ft 20 lb/ft 6 = 98,843 lb/hari = 1,868 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 melamin 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 Musi mengandung Anion Cl-, SO42-, CO32-, PO43-masing-masing 60
ppm, 50 ppm, 95 ppm, dan 0,245 ppm (Tabel 7.4). 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 60 + 50 + 95 + 0,245 = 205,245 ppm / 17,1 = 12,0026 gr/gal Jumlah air yang diolah = 8.562,613 kg/jam
= 3 3 264,17gal/m kg/m 996,24 kg/jam 8.562,613 × = 2.270,523 gal/jam
Kesadahan air = 12,0026 gr/gal × 2.270,523 gal/jam × 24 jam/hari = 654.052,191 gr/hari
= 654,052 kg/hari
Jumlah air yang diolah = 2.270,523 gal/jam = 37,842 gal/menit Ukuran Anion Exchanger
Dari Tabel 12.4 , The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion = 4 ft
- Luas penampang penukar kation = 12,6 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit
Volume resin yang diperlukan
Total kesadahan air = 654,052 kg/hari
Dari Tabel 12.7, The Nalco Water Handbook, diperoleh : - Kapasitas resin = 30 kgr/ft3
- Kebutuhan regenerant = 22 lb NaOH/ft3 resin Jadi, kebutuhan resin = 3
kgr/ft 30 kg/hari 654,052 = 21,802 ft3/hari Tinggi resin = 6 , 12 21,802 = 1,73 ft Waktu regenerasi = kg/hari 654,052 kgr/ft 22 ft 21,802 3× 3 = 0,73333333 hari = 17,6 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 654,052 kg/hari × 3 3 kgr/ft 30 lb/ft 22 = 479,638 lb/hari = 9,065 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 korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam deaerator.