INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
ELEMEN PENGENDAL
2. Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis
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
7.2.3 Filtrasi
:
Total kebutuhan air = 3.745,95408 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 × 3.745,95408
= 0,18724 kg/jam
Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6 × 3.745,95408
= 0,10111 kg/jam
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid (SS), termasuk partikulat BOD dalam air (Metcalf, 1991).
Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan n-butiraldehid dari gas sintesis dan propilen 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 0,309 m.
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 0,155 m.
3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikil/gravel setinggi 0,077 m.
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
7.2.4 Demineralisasi
:
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1.213,17024 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 1.213,17024)/0,7 = 0,003466 kg/jam
Air untuk umpan ketel 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 + 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 Silau, Sumatera Utara mengandung kation Fe2+, Cd+2, Mn+2, K+1, Mg2+, Zn+2, Cu+2 dan Pb+2, dan masing-masing 0,42 ppm, 0,023 ppm, 0,028 ppm, 45 ppm, 28 ppm, 0,0004 ppm, 0,01 ppm dan 0,648 ppm (Tabel 7.3)
1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = 0,42 + 0,023 + 0,028 + 45 + 28 + 0,0004 + 0,01 + 0,648 = 74,1294 ppm
= 4,33505 gr/gal
Jumlah air yang diolah = 808,76513 kg/jam (air umpan ketel)
= 3 3 264,17gal/m kg/m 995,68 kg/jam 808,76513 × = 214,57846 gal/jam = 3,57631 gal/menit
Kesadahan air = 4,33505 gr/gal × 214,57846 gal/jam × 24 jam/hari = 22.325,00047 gr/hari
= 22,325 kg/hari Perhitungan ukuran Cation Exchanger : Jumlah air yang diolah = 3,57631 gal/menit
Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut: - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 4,91 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume Resin yang Diperlukan Total kesadahan air = 22,325 kg/hari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh :
- Kapasitas resin = 25 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin
Kebutuhan resin = 3 kg/ft 25 kg/hari 22,325 = 0,893 ft3/hari Tinggi resin = 91 , 4 0,893 = 0,18187 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 4,91 ft2 = 12,275 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 22,325 kg/ft 25 ft 275 , 12 3× 3 = 13,745 hari ≈ 14 hari
Kebutuhan regenerant H2SO4 = 22,325 kg/hari × 3 3 kg/ft 25 lb/ft 6 = 5,358 lb/hari = 2,43035kg/hari = 0,10126 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 Kesadahan Anion :
Air Sungai Silau, Sumatera Utara mengandung Anion Cl- dan SO4-, - sebanyak 60
ppm dan 42 ppm (Tabel 7.3) 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 60 + 42 ppm = 1 , 17 102 = 5,96491 gr/gal Jumlah air yang diolah = 925,94165 kg/jam
= 345,66729 gal/jam = 4,09445 gal/menit
Kesadahan air = 5,96491 gr/gal × 214,57846 gal/jam × 24 jam/hari = 30.718,58888 gr/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger : Jumlah air yang diolah = 4,09445 gal/menit Dari Tabel 12.4 , Nalco, 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 = 30,719 kg/hari Dari Tabel 12.7, Nalco, 1988, diperoleh :
- Kapasitas resin = 32 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaOH/ft3 resin Maka : Kebutuhan resin = 3 kg/ft 32 kg/hari 30,719 = 0,95997 ft3/hari Tinggi resin = 3,14 0,95997 = 0,30572 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook) Volume resin = 2,5 ft x 3,14 ft2 = 7,85 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 30,719 kgr/ft 12 x ft 7,85 3 3 = 3,06651 hari
Kebutuhan regenerant NaOH = 30,719 kg/hari ×
3 3 kg/ft 12 lb/ft 3,5 = 8,95970 lb/hari = 4,06406 kg/hari = 0,16808 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 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 Bahan Kimia
Kebutuhan bahan kimia :
• Al2(SO4)3 = 0,18724 kg/jam • Na2CO3 = 0,10111 kg/jam • Kaporit = 0,003466 kg/jam • H2SO4 = 0,10126 kg/jam • NaOH = 0,16808 kg/jam 7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian kebutuhan listrik dapat dilihat pada Tabel 7.3, dimana : - Kebutuhan listrik total = 898,22813 hp = 669,80872 kW
- Efisiensi generator = 80%
- Daya output generator = kW 837,26089kW 8
, 0 669,80872
=
Digunakan generator diesel AC, 1 MW, 480 volt, 50 Hz, 3 fasa sebanyak 2 unit (satu unit sebagai cadangan).
Tabel 7.3 Perincian Kebutuhan Listrik
No. Pemakaian Daya (hP)
1. Unit Proses 97,07
2. Unit utilitas 142,72
3. Ruang kontrol dan laboratorium 30
4. Bengkel 35
5 Penerangan dan perkantoran 30
6 Perumahan 85
Total 419,79
Total kebutuhan listrik dalam kW =
hP kW 0,7457 419,79×
= 313,03740 kW Efisiensi generator 93 % (Geankoplis, 1997)
Daya output generator =
0,93 kW 313,03740
= 336,59936 kW 7.5 Kebutuhan bahan bakar
Bahan bakar yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik (generator) adalah minyak solar, karena minyak solar memiliki efisiensi dan nilai bakar yang tinggi. Keperluan Bahan Bakar Generator
Nilai bahan bakar solar = 19.860 Btu/lbm ...(Perry, 1999) Densitas bahan bakar solar = 0,89 kg/l ...(Perry, 1997) Daya output generator = 336,59936 kW = 1.148.520 btu/jam
Jumlah solar yang dibutuhkan untuk bahan bakar generator adalah : = btu/lbm 19.860 btu/jam 520 . 148 . 1 = 57,83082 lb/jam = 26,23148 kg/jam = kg/l 0,89 kg/jam 26,23148 = 29,47357 liter/jam
Jumlah bahan bakar untuk ketel uap a. Total panas keluar ketel
Panas latent saturated steam (100 0C) = 2.256,9 kJ/kg (Rekleitis, 1983) Maka panas total yang dibutuhkan untuk menjadi saturated steam
= 2.256,9 kJ/kg x 2.102,78934 kg/jam = 4.745.785,261 kJ/jam
b. Panas masuk ketel
• Panas kondensat masuk = massa kondensat x Hliquid kondensat
= 1.294,024208 kg/jam x 419,1 kJ/kg = 542.325,5486 kJ/jam
• Panas air tambahan dari deaerator =
∫
∑
N Cp dT 363.15 298.15 (l) O H2 = 4.909,5336 kJ/kmol x 44,9314 kmol/jam = 220.592,1989 kJ/jamPanas total masuk ketel uap = 542.325,5486 kJ/jam + 220.592,1989 kJ/jam = 762.917,7475 kJ/jam
Jumlah panas pada ketel uap = panas keluar – panas masuk
= 4.745.785,261 kJ/jam - 762.917,7475 kJ/jam = 3.982.867,514 kJ/jam
Efisiensi ketel uap = 75 %
Panas yang harus disuplai ke ketel =
0,75 kJ/jam 514 3.982.867, = 5.310.490,018 kJ/jam = 5.033.353,57 btu/jam
Nilai bahan bakar solar = 19.860 btu/lb
Jumlah bahan bakar = 253,44177 lbm/jam = 114,95866 kg/jam Kebutuhan solar = kg/liter 0,89 kg/jam 114,95866 = 129,16702 liter/jam Total kebutuhan solar = 158,64059 liter/jam 7.6 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 maupu n manusia itu sendiri. Demi kelestarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit pengolahan limbah.
Sumber-sumber limbah cair pabrik pembuatan n-butiraldehid meliputi: 1. Limbah proses
Limbah rhodium yang tidak digunakan lagi, cara pengolahan limbah ini dengan cara limbah dikumpulkan pada suatu wadah dan pada jumlah tertentu dikirimkan ke Bogor, karena limbah rhodium merupakan limbah B3.
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.
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).
1. Pencucian peralatan pabrik = 50 liter/jam 2. Limbah domestik dan kantor
Dari Tabel 3–2 hal 157 Metcalf & Eddy, 1991, diperoleh : • Limbah domestik untuk kantor per orang = 75 liter/hari
• Limbah domestik untuk perumahan karyawan per rumah = 450 liter/hari • Limbah domestik untuk kantin per orang = 35 liter/hari
Jadi, total limbah domestik yang dihasilkan:
= (197 orang × 75 ltr/hari.orang) + (150 rumah × 450 ltr/rumah.hari) + (197 orang × 35 ltr/orang/hari)
= 89.170 liter/hari = 3.715,4 liter/jam
3. Laboratorium = 15 liter/jam
Jadi, total air buangan = (50 + 3.715,4 + 15) liter/jam = 3.780,4 liter/jam = 3,7804 m3/jam