INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
ELEMEN PENGENDAL
7.1 Kebutuhan uap ( steam )
7.2.2 Koagulasi dan Flokulas
Koagulasi dan flokulasi 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
pengatur pH 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 permanent menurut proses soda dingin menurut reaksi (Degremont, 1991):
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3
CaCl2 + 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 = 1377,9294 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 × 1377,9294 = 0,0688 kg/jam
Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6 × 1377,9294 = 0,0372 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 atauGAC), 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 Fosgen 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 13,2 in (35,5 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 6,9 in (17,5 cm).
3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikil/gravel setinggi 3,3 in (8,3 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 = 1000 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Metcalf & Eddy, 1991) Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 1.000)/0,7 = 0,0029 kg/jam
7.2.4 Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan proses harus 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
Perhitungan Kation :
Air Sungai Citarum, Jawa Barat mengandung kation Fe2+, Pb+2, Mn2+, Ca2+, dan Mg2+, masing-masing 1,9 ppm, 0,13 ppm, 32 ppm, 8,6 ppm dan 128 ppm (Tabel 7.5) 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 1,9 + 0,13 + 32 + 8,6 + 128 ppm = 162,03 ppm
= 162,03 ppm / 17,1 = 9,4754 gr/gal Jumlah air yang diolah = 56,5013 kg/jam
= 3 3 264,17gal/m kg/m 996,04 kg/jam 56,5013 = 14,9823 gal/jam
Kesadahan air = 9,4754 gr/gal × 14,9823 gal/jam × 24 jam/hari = 3407,1195 gr/hari = 3,4071 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 14,9823 gal/jam = 0,2497 gal/menit
Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut : - Diameter penukar kation = 3 ft
- Luas penampang penukar kation = 9,62 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume Resin yang Diperlukan
Total kesadahan air = 3,4071 kg/hari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 10 lb H2SO4/ft3 resin
Jadi, Kebutuhan resin = 3 kg/ft 0 2 kg/hari 3,4071 = 0,1704 ft3/hari Tinggi resin = 62 , 9 0,0174 = 0,0177 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft 9,62 ft2 = 24,05 ft3
Waktu regenerasi = kg/hari 3,4071 kg/ft 20 ft 05 , 4 2 3 3 = 141,1750 hari Kebutuhan regenerant H2SO4 = 3,4071 kg/hari 3
3 kg/ft 20 lb/ft 10 = 1,7036 lb/hari = 0,7734 kg/hari = 0,0322 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 Anion :
Air Sungai Citarum, Jawa Barat mengandung Anion Cl-, SO4-, NO32-, PO42- dan
CO32- sebanyak 24 ppm, 52 ppm, 112 ppm, 0,066 ppm, dan 0,64 ppm (Tabel 7.5)
1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 24 + 52 + 112 + 0,066 + 0,64 ppm = 188,706 ppm / 17,1
= 11,0354 gr/gal Jumlah air yang diolah = 56,5013 kg/hr
= 14,9823 gal/jam
Kesadahan air = 11,0354 gr/gal 14,9823 gal/jam 24 jam/hari = 3968,0569 gr/hari = 3,9681 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 14,9823 gal/jam = 0,2497 gal/menit Dari Tabel 12.3 , Nalco, 1988, diperoleh :
- Diameter penukar anion = 3 ft - Luas penampang penukar anion = 9,62 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan :
Total kesadahan air = 3,9681 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 3,9681 = 0,3307 ft3/hari Tinggi resin = 62 , 9 0,3307 = 0,0344 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook) Volume resin = 2,5 ft x 9,62 ft2 = 24,05 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 3,9681 kgr/ft 12 x ft 24,05 3 3 = 72,7308 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 3,9681 kg/hari 3
3 kg/ft 12 lb/ft 5 = 1,6534 lb/hari = 0,7506 kg/hari = 0,0313 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
lb btu jam btu / 19860 / 6215 , 3702084 l kg jam kg / 89 , 0 / 5533 , 84 7.3 Kebutuhan Listrik
Tabel 7.6 Perincian Kebutuhan Listrik
No. Pemakaian Jumlah (hP)
1. Unit proses
480 2. Unit utilitas
220 3. Ruang kontrol dan Laboratorium
100 4. Bengkel
40 5. Penerangan Mess dan perkantoran
130 Total
970 Total kebutuhan listrik = 480 + 220 + 100 + 40 + 130
= 970 hp × 0,7457 kW/hp = 723,329 kW
Kebutuhan listrik untuk cadangan 20%, sehingga: = 1,2 x 723,329
= 867,9948 kW
Efisiensi generator 80 %, maka : Daya output generator = 867,9948 / 0,8 = 1084,9935 kW 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar
Kebutuhan bahan bakar adalah : 1. Untuk bahan bakar generator
Nilai bakar solar = 19860 btu/lb (Perry,1999)
Densitas solar = 0,89 kg/l (Perry,1999)
Daya yang dibutuhkan = 1084,9935kW0,9478x3600 = 3702084,6215 btu/jam
Jumlah solar yang dibutuhkan untuk bahan bakar generator adalah : =
= 186,4091 lb/jam x 0,454 kg/lb = 84,5533 kg/jam
= 95,0037 liter/jam
2. Untuk bahan bakar ketel uap
Steam/uap yang dihasilkan ketel uap = 282,5069 kg/jam Panas laten saturated steam (125C) = 469,6069 kJ/kg (Reklaitis, 1983 Hal 670)
Panas yang dibutuhkan ketel
= 282,5069 kg/jam 469,6069 kj/kg = 132667,1895 kJ/jam = (132667,1895 kJ/jam) / (1,05506 kJ/Btu)
= 125743,7313 Btu/jam Efisiensi ketel uap = 75 %
Panas yang harus disuplai ketel = 75 , 0 3 125743,731 = 167658,3083 Btu/jam
Nilai bahan bakar solar = 19860 Btu/lb (Perry, 1999) Jumlah bahan bakar = (167658,3083 Btu/jam) / (19860 Btu/lbm)
= 8,4420 lbm/jam 0,45359 kg/lbm
= 3,8292 kg/jam
Kebutuhan solar = (3,8292 kg/jam) / (0,89 kg/ltr) = 4,3024 ltr/jam
Total kebutuhan solar = 95,0037 ltr/jam + 4,3024 ltr/jam = 99,3061 ltr/jam 7.5 Unit Pengolahan Limbah
Limbah dari suatu pabrik harus diolah sebelum dibuang ke badan air atau atmosfer, karena limbah tersebut mengandung bermacam-macam zat yang dapat membahayakan alam sekitar maupun manusia itu sendiri. Demi kelestarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit pengolahan limbah.
Sumber-sumber limbah cair pabrik pembuatan fosgen ini meliputi: 1. Limbah proses keluaran absorber yaitu Cl2.
2. Limbah cair hasil pencucian peralatan pabrik. Limbah ini diperkirakan mengandung kerak dan kotoran-kotoran yang melekat pada peralatan pabrik. 3. Limbah domestik
Limbah ini mengandung bahan organik sisa pencernaan yang berasal dari kamar mandi di lokasi pabrik, serta limbah dari kantin berupa limbah padat dan limbah cair.
4. Limbah laboratorium
Limbah yang berasal dari laboratorium ini mengandung bahan-bahan kimia yang digunakan untuk menganalisa mutu bahan baku yang dipergunakan dan mutu produk yang dihasilkan, serta yang dipergunakan untuk penelitian dan pengembangan proses.
Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated sludge (sistem lumpur aktif), mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent dengan BOD yang lebih rendah (20 – 30 mg/l) (Perry, 1999).
Perhitungan untuk Sistem Pengolahan Limbah Diperkirakan jumlah air buangan pabrik :
1. Limbah proses yang berasal dari keluaran Absorber yang berupa Cl2 sebesar 8,31
L/jam.
2. Limbah akibat zat-zat yang terbuang, bocor atau tumpah diperkirakan 300 liter/jam.
3. Pencucian peralatan pabrik dan limbah proses diperkirakan 150 liter/jam 4. Limbah domestik dan kantor
Diperkirakan air buangan tiap orang untuk :
- domestik = 19 ltr/hari (Metcalf & Eddy, 1991) - kantor = 20 ltr/hari (Metcalf & Eddy, 1991) Jadi, jumlah limbah domestik dan kantor
= 150 x (20 + 19) ltr/hari x 1 hari / 24 jam = 243,75 ltr/jam
5. Laboratorium = 15 liter/jam
Total air buangan = 8,31 + 300 + 150 + 243,75 + 15 = 717,06 liter/jam = 0,7171 m3/jam