INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
6.4 Lembar Data Keselamatan Bahan / Material Safety Data Sheet (MSDS) .1 Bisfenol-a
6.4.7 Polibisfenol-a Karbonat
Merupakan bahan yang stabil.
Harus ditempatkan di ruangan dengan ventilasi cukup untuk mengontrol level exposure dibawah limit yang diijinkan.
Safety glasses diperlukan untuk keamanan praktis.
Maksimal suhu penyimpanan 93oC dan dalam tangki yang bersih, kering.
Bahan harus dikeringkan sebelum disimpan.
Jika uap terhirup oleh karyawan agar diberikan oksigen dan membawa ke area bebas.
(Redwood Plastics Corporation, 2006)
Temperatur flash 630oC.
Tidak mengandung bahan kimia toksik. (City Plastics, 2009)
6.4.8 NaCl
Bahan yang tidak mudah terbakar.
Reaktif dengan agen oksidasi, logam, dan asam.
Bahan ini dan bahan degradasinya tidak toksik.
Tidak memerlukan penjagaan yang sangat ketat saat pengiriman. (Sceincelab, 2010)
BAB VII
U T I L I T A S
Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik.
Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat dari bisfenol-a dan fosgen adalah sebagai berikut:
1. Kebutuhan uap (steam) 2. Kebutuhan air
3. Kebutuhan air pendingin 4. Kebutuhan bahan kimia 5. Kebutuhan listrik 6. Kebutuhan bahan bakar 7. Kebutuhan udara panas 8. Unit pengolahan limbah gas 9. Unit Pengolahan limbah cair
7.1Kebutuhan Uap (Steam)
Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap sebagai Media Pemanas
Nama Alat Jumlah Uap (kg/jam)
Reaktor Deprotonasi (R-101) 1,5130 Evaporator I (FE-101) 434.1352 Heater (E-103) 1.071,4078 Heater (E-104) 1.728,4084 Heater Udara 572,5634 Total 3.808,0277
Tambahan untuk faktor keamanan dan faktor kebocoran diambil sebesar 30% (Perry, 1997). Jadi total steam yang dibutuhkan = 1,3 × 3.808,0277= 4.950.4361 kg/jam
Diperkirakan 90% kondensat dapat digunakan kembali sehingga : Kondensat digunakan kembali = 0,9 × 4.950.4361 = 4.455,3925 kg/jam
7.2Kebutuhan Air
Dalam proses produksi, air memegang peranan penting baik untuk kebutuhan air umpan ketel uap, air pendingin, maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat ini adalah sebagai berikut:
1. Air umpan ketel uap
Air untuk umpan ketel uap = 4950,4361 - 4.455,3925 = 495,0522 kg/jam.
2. Air pendingin
Air pada suhu 27oC didinginkan di dalam unit pendinginan dengan menggunakan refigeran gas amoniak (R-717) untuk menghasilkan air pendingin pada suhu 15oC sebelum dialirkan ke unit proses. Adapun kebutuhan air pendingin pada keseluruhan pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat ditunjukkan pada tabel 7.2 berikut.
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik
Nama Alat Jumlah Air (kg/jam)
Reaktor Polimerisasi (R-102) 49,0522
Cooler (E-101) 873,1459
Condenser (E-102) 95.269,9125
Total 96.192,1107
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 (T2-T1)
Dimana:
Wc = jumlah air pendingin yang dibutuhkan T1 = temperatur air pendingin masuk = 15 oC T2 = temperatur air pendingin keluar = 25 oC Sehingga:
Air yang hilang karena drift loss sekitar 0,1-0,2% dari air pendingin yang masuk ke menara air (Perry, 1997). Ditetapkan drift loss sebesar 0,2%, maka :
Wd = 0,002 × 96.192,1107= 192,3842 kg/jam
Air yang hilang karena blowdown tergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin sekitar 3-5 siklus (Perry, 1997). Ditetapkan 3 siklus, maka :
Wb = 1 3 6329 , 817 1 S We Wb = 408,8165 kg/jam
Sehingga air tambahan yang diperlukan = We + Wd + Wb
= 817,6329 + 192,3842 + 408,8165 = 1.418,8336 kg/jam
Unit Pendinginan / Refrigeration Unit (UP)
Fungsi : mendinginkan air dari suhu 27 oC menjadi 15 oC Jenis : single stage mechanical refrigeration cycle
Bahan konstruksi : carbon steel
Data :
Suhu air masuk unit pendingin = 27 oC = 300,15 K Suhu air keluar pendingin = 15 oC = 288,15 K Refrigerant yang dipakai : gas amoniak (R-717)
Evaporator
Chiller
Kompresor
Throttle Valve
Gambar 7.1 Siklus Unit Pendinginan (Smith, dkk, 2005)
Suhu pendinginan = 10oC (Dietrich, 2005)
Tekanan pendinginan = 25 bar (Dietrich, 2005)
Suhu kondensasi = 45oC (Dietrich, 2005)
Tekanan kondensasi = 91 bar (Dietrich, 2005)
Kapasitas Refrigerasi
Kapasitas refrigerasi = panas yang diserap chiller Trata-rata = 294,15 K = 21oC
Kapasitas panas air pada Trata-rata = 4,183 kJ/kg.K (Geankoplis, 2003) Qc = m cp dT
Qc = 96.192,1107 kg/jam × 4,183 kJ/kg.K × (300,15 K - 288,15 K) Qc = 6.035.573,9844 kJ/jam.
Laju Sirkulasi Refrigerant
1 2 H H Q m c (Smith, dkk, 2005) Pada titik 4, T = 20oC = 293,15 K
Kapasitas panas amoniak pada T = 0,179 kJ/kg.K
H4 = H1 = Cp.dT = 0,179 kJ/kg.K × (293,15 K - 288,15 K) = 0,8950 kJ/kg Oleh karena proses throttling, H4 = H1
Pada titik 2, T = 10oC = 283,15 K
Kapasitas panas amoniak pada T = 0,535 kJ/kg.K
H2 = Cp.dT = 0,535 kJ/kg.K × (318,15 K – 278,15 K) = 10,708 kJ/kg Massa refrigeran = 1 2 H H Qc m = 8950 , 0 708 , 10 9844 6.035.573, 615.059,0018 kg/jam. Panas Kompresor, (Qc) Qc = H2 - H1 = 10,708 kJ/kg - 0,8950 kJ/kg = 9,8130 kJ/kg.
Kerja kompresor, Wc = Q × m = 9,8130 kJ/kg × 615.059,0018 kg/jam = 6.035.573,9844 kJ/jam
Efisiensi kompresor = 80%
W = 1676,5473 kW / 0,8 = 2095,6841 kW.
Coefficient of Performance (COP) = 2,52 (Dietrich, 2005)
3. Air Proses
Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat adalah 10174,4524 kg/jam.
4. Air untuk Berbagai Kebutuhan
Perhitungan kebutuhan air domestik :
Menurut Metcalf et al (1991), kebutuhan air domestik untuk tiap orang/shift adalah 40 – 100 liter per hari.
Diambil 50 liter/hari × 2,0833 24 1 jam hari ≈ 2 liter/jam ρ air = 1000 kg/m3 = 1 kg/liter.
Jumlah karyawan = 150 orang
Maka total air kantor = 2 × 150 orang = 300 liter/jam × 1 kg/liter = 300 kg/jam. Perkiraan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ditunjukkan pada tabel berikut: Tabel 7.3 Pemakaian Air untuk Kebutuhan Domestik
Kebutuhan Jumlah Air
(kg/jam)
Kantor 300
Laboratorium 100
Kantin dan tempat ibadah
100
Poliklinik 100
Total 600
Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah: Total kebutuhan air = 495,0436 + 1418,8336 + 10174,4524 + 600
= 12.688,3296 kg/jam.
Debit air, Q = 3 / 12 , 996 / 6 12.688,329 m kg jam kg 12,7622 m3/hari.
Sumber air untuk pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat ini berasal dari Sungai Deli, daerah Labuhan, Sumatera Utara. Kualitas air Sungai Deli dapat dilihat pada tabel 7.4 di bawah ini.
Tabel 7.4 Kualitas Sungai Deli, Daerah Kawasan Industri Medan
No Parameter Satuan Kadar
1 Suhu oC ± 28 2 Nitrat (NO3-N) mg/L 0,2 3 Nitrit (NO2-N) mg/L 0,1 4 Klorida (Cl) mg/L 8,7 5 Sulfat (SO4) mg/L 16 6 Besi (Fe) mg/L 0,873 7 Timbal (Pb) mg/L 1,142 8 Mangan (Mn) mg/L 0,154 9 Sianida (CN) mg/L 0,0018
10 Total Dissolved Solid (TSS) mg/L 31,6
11 Tembaga (Cu) mg/L 0,113
12 Kesadahan (sebagai CaCO3) mg/L 87
13 Kalsium (Ca) mg/L 43
14 Magnesium (Mg) mg/L 28
Lokasi Sampling : Sungai Deli, daerah Labuhan (sumber : Bapedal, 2004)
Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan polibisfenol-a karbonat diperoleh dari Sungai Deli yang terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water reservoir) yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi 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
6. Deaerasi (Degremont, 1991)
1. Screening (SC)
Penyaringan 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.
2. Sedimentasi (BS)
Setelah air disaring pada Screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan.
3. Klarifikasi (CL)
Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air dari screening dialirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan koagulan yaitu 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 klarifier akan terjadi proses koagulasi dan flokulasi. Tahap ini bertujuan untuk menyingkirkan padatan tersuspensi (SS) dan koloid (Degremont, 1991).
Koagulan yang biasa dipakai adalah koagulan trivalen. 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 (flok-flokulasi). Dua jenis reaksi yang akan terjadi adalah (Degremont, 1991) : Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 12 σa+
+ 6 HCO3- + 3 SO43-
2 Al2(SO4)3 + 6 Na2CO3 + 6 H2O 4 Al(OH)3 + 12 σa+
+ 6 CO2 + 6 SO4
Al2(SO4)3 + 3H2O + 3 Na2CO3 2 Al(τH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2
Selain penetralan pH, soda abu juga digunakan untuk menyingkirkan kesadahan permanen menurut proses soda dingin menurut reaksi (Degremont, 1991) :
CaSO4 + Na2CO3 σa2SO4 + CaCO3 CaCl4 + Na2CO3 2 σaCl + CaCτ3
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 50 ppm (Quipro, 2008) 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 = 12688,3296 kg/jam. Pemakaian larutan alum = 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum yang dibutuhkan = 50 . 10-6 × 12688,3296 = 0,6344 kg/jam. Larutan abu soda yang dibutuhkan = 27 . 10-6 × 12688,3296 = 0,3426 kg/jam.
4. Filtrasi (SF)
Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Penyaring pasir (sand filter) yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu:
a. Lapisan 1 terdiri dari pasir hijau (green sand)
Lapisan ini bertujuan untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut air. Lapisan yang digunakan setinggi 10,24 in (26,06 cm).
b. Lapisan 2 terdiri dari anterakit
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. Pada pabrik ini digunakan antrasit setinggi 5,33 in (13,55 cm) c. Lapisan 3 terdiri dari batu kerikil (gravel) setinggi 2,99 in (7,59 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 siklus refrigerasi sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan.
Untuk air proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses demineralisasi dan deaerasi. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, tempat ibadah, dan poliklinik, dilakukan proses klarinasi yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman – kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, Ca(ClO)2.
Perhitungan kaporit yang diperlukan :
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 600 kg/jam
Kaporit yang akan digunakan direncanakan mengandung klorin 70%, sehingga: Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon, 1968) Total kebutuhan kaporit = (2 × 10-6 × 600)/0,7 = 0,0017 kg/jam.
5. Demineralisasi
Air umpan ketel uap dan air pendingin pada reaktor harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu diperlukan proses demineralisasi. Alat demineralisasi dibagi atas: