INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.2 Kebutuhan Air
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 = 2.751,5421 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 × 2.751,5421 = 0,1376 kg/jam Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6 × 2.751,5421 = 0,0743 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 metil ester 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
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 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 = 1.056 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 1.296)/0,7 = 0,0037 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 + 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 Kation :
Air Sungai Rokan, Riau mengandung kation Fe2+, Pb+2, Mn2+, Ca2+, dan Mg2+, masing-masing 0,016 ppm, 63 ppm, 0,0012 ppm, 87 ppm, 132 ppm (Tabel 7.3) 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 0,016 + 63 + 0,0012 + 87 + 132 ppm = 282,0172 ppm
= 282,0172 ppm / 17,1 = 16,4922 gr/gal
Jumlah air yang diolah = 3
3 264,17gal/m kg/m 996,24 kg/jam 390,5855 × = 103,5704 gal/jam
Kesadahan air = 16,4922 gr/gal × 103,5704 gal/jam × 24 jam/hari = 40.994,4911 gr/hari = 40,9945 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 103,5704 gal/jam = 1,7262 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
- Kapasitas resin = 20 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin Jadi, Kebutuhan resin = 3 kg/ft 0 2 kg/hari 40,9945 = 2,0497 ft3/hari Tinggi resin = 62 , 9 2,0497 = 0,2131 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 40,9945 kg/ft 20 ft 05 , 4 2 3× 3 = 11,7333 hari
Kebutuhan regenerant H2SO4 = 40,9945 kg/hari × 3
3 kg/ft 20 lb/ft 6 = 12,2983 lb/hari = 5,5834 kg/hari = 0,2326 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 Rokan, Riau mengandung Anion Cl-, SO4-, NO32-, PO42- dan CO32- sebanyak 1,3 ppm, 16 ppm, 95 ppm, 0,245 ppm, dan 0,2 ppm (Tabel 7.3) 1 gr/gal = 17,1 ppm
= 112,745 ppm / 17,1 = 6,5933 gr/gal Jumlah air yang diolah = 103,5704 gal/jam
Kesadahan air = 6,5933 gr/gal × 103,5704 gal/jam × 24 jam/hari = 16.388,8977 gr/hari = 16,3889 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger :
Jumlah air yang diolah = gal/jam = 103,5704 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 = 16,3889 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 16,3889 = 1,3657 ft3/hari Tinggi resin = 62 , 9 1,3657 = 0,1420 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 16,3889 kgr/ft 12 x ft 24,05 3 3 = 17,6095 hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 16,3889 kg/hari × 3
3 kg/ft 12 lb/ft 5 = 6,8287 lb/hari = 3,1002 kg/hari = 0,1292 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.
7.3 Kebutuhan Listrik
Tabel 7.6 Perincian Kebutuhan Listrik
No. Pemakaian Jumlah (hP)
1. Unit proses
150 2. Unit utilitas
40 3. Ruang kontrol dan Laboratorium
50 4. Bengkel 60 5. Penerangan Kantor 175 6. Mess 150 Total 625
Total kebutuhan listrik = 150 + 40 + 50 + 60 + 175 + 150 = 625 hp × 0,7457 kW/hp
= 466,0625 kW
Kebutuhan listrik untuk cadangan 20%, sehingga: = 1,2 x 625
= 750 hp = 559,2750 kW Efisiensi generator 80 %, maka :
