BAB IV NERACA PANAS
SERBUK JARAK
G. Bangunan Pabrik.
VIII.3. Unit Pengolahan Air (Water Treatment)
8.3.1. Spesifikasi Peralatan Pengolahan Air
1. Bak Penampung Air sungai (A – 210)
Fungsi : Menampung air sungai sebelum diproses menjadi air bersih. Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton.
Rate volumetrik : 29 m3/hari
Ditentukan : Waktu tinggal : 12 jam Volume air total : 348 m3
Tinggi : 2x m
Panjang : 5x m
Lebar : 3x m
Volume bak penampung (direncanakan 85% terisi air) = 348 / 80% = 435m3 Volume penampung = 30x3 = 435 x = 2,438 m Sehingga : Panjang = 5 x 2, 438 = 12,1925 m Lebar = 3 x 2, 438 = 7,3155 m Tinggi = 2 x 2, 438 = 4,877 m
Check Volume :
Volume bak = 12,19 x 7,315 x 4,877 = 435 (memenuhi)
Spesifikasi :
Fungsi : menampung air
Kapasitas : 435 m3
Bentuk : empat persegi panjang Ukuran : Panjang = 12,1925 m Lebar = 7,3155 m Tinggi = 4,877 m Bahan konstuksi : Beton
Jumlah : 1 buah
2. Bak Koagulasi – Flokulasi (A – 220)
Fungsi : Tempat terjadinya penguraian partikel dan kontaminasi air sungai dengan penambahan Al2(SO4)3
Jenis : Terbuat dari beton dan dilengkapi pengaduk
Perhitungan :
Rate volumetric, qf = 29 m3/jam = 29000 liter/jam
Kelarutan Alum = 20 mg/liter (AWWA: T-5.2, hal 94) Kebutuhan Alum = 20 mg/liter x 29000 liter/jam
= 580000 mg/jam = 0,758 kg/jam
= 6019,2 kg/tahun (330 hari) ρ Alum = 1,1293 kg/liter
Volume Alum = 0,76 kg/jam / 1,1293 kg/liter = 0,6732 liter/jam = 0,0007 m3/jam Waktu tinggal = 0,5 jam
Volume air dan alum = (29 m3/jam + 0,0007 m3/jam) x 0,5 jam = 19,0003 m3
Dirancang tangki berbentuk silinder dan 85 % dari tangki terisi air, maka : Volume tangki = 19 m3 / 85 % = 22,3533 m3 Volume tangki = ¼ π x D2 x H Diasumsi : H = D Volume tangki = ¼ π x D2 x D 22,3533 m3 = 0,785 D3 D = 3,0537 m H = 3,0537 m
Tinggi cairan didalam tangki = ¼ π x D2 x H 19,0003 m3 = ¼ π x (3,0537)2 x H
H = 2,5956 m
Dirancag pengaduk tipe flat blade dengan 6 blade dengan perbandingan diameter impeller dan diameter tangki (T/D) = 0,3
Diameter impeller (Da) = 1/3 diameter tangki = 1/3 x 3,0537 m = 1,0179 m ρ Air = 1000 kg/m3 μ Air = 0,8 cp = 0,00084 kg/ms NRe = (ρ x D2x N) / μ 1000 x (1,0179)2 x 0,1667 = 0,00084 = 215899,47
Dari figure 3.4-5 (Geankoplis,1984)
Diketahui nilai Np pada Nre = 215899,47 adalah Np = 5 Daya yag diperlukan untuk motor pengaduk :
P = NP x r x N3 x T5
= 5 x 1000 x (0,1667)3x (1,0179)5 = 25,309975 watt = 0,0339 hp Jika efisiensi motor 80 %, maka : P = 0,0339 hp / 80 %
= 0,0424 hp (dipilih motor = 0,5 hp)
Spesifikasi :
Fungsi : Tempat terjadinya penguraian partikel dan kontaminasi air sungai dengan penambahan Al2(SO4)3
Jenis : Terbuat dari beton dan dilengkapi pengaduk Bentuk : silinder
Kapasitas : 34 m3 Diameter : 3,0537 m Tinggi : 3,0537 m Motor : 0,5 hp Bahan : beton Jumlah : 1 buah 3. Bak Flokulasi
Fungsi : Tempat terjadinya penggumpalan partikel dan kontaminan air sungai menjadi flok dengan penambahan PAC
Jenis : Terbuat dari beton dan dilengkapi pengaduk
Perhitungan :
Rate volumetric, qf = 29 m3/jam = 29000 liter/jam
Kelarutan Alum = 28 mg/liter
Kebutuhan Alum = 28 mg/liter x 29000 liter/jam = 1064000 mg/jam
= 1,0640 kg/jam
= 8426,880 kg/tahun (330 hari)
ρ Alum = 1,0290 kg/liter
Volume Alum = 1,0640 kg/jam / 1,0290 kg/liter = 1,0340 liter/jam = 0,0010 m3/jam
Waktu tinggal = 1 jam
Volume air dan alum = (38000 m3/jam + 0,0010 m3/jam) x 1 jam = 19,0005 m3
Dirancang tangki berbentuk silinder dan 85 % dari tangki terisi air, maka : Volume tangki = 19,0005 m3 / 85 %
= 22,354 m3 Jumlah tangki yang digunakan = 1 buah Volume tangki = ¼ π x D2 x H Diasumsi : H = D Volume tangki = ¼ π x D2 x D 22,354 m3 = 0,785 D3 D = 3,0537 m H = 3,0537 m
Tinggi cairan didalam tangki = ¼ π x D2 x H 19,0005 m3 = ¼ π x (3,0537)2 x H
H = 2,5956 m
Dirancag pengaduk tipe flat blade dengan 6 blade dengan perbandingan diameter impeller dan diameter tangki (T/D) = 0,3
Diameter impeller (Da) = 1/3 diameter tangki = 1/3 x 3,054 m = 1,018 m
ρ Air = 1000 kg/m3
μ Air = 0,8 cp = 0,00084 kg/ms
1000 x (01,018)2 x 0,1667 =
0,00084
= 205619,8454
Dari figure 3.4-4 (Geankoplis,1984)
Diketahui nilai Np pada Nre = 205619,8454 adalah Np = 5 Daya yag diperlukan untuk motor pengaduk :
P = NP x r x N3 x T5
= 20 x 1000 x (0,1667)3x (1,018)5 = 25,3104 watt
= 0,0339 hp
Jika efisiensi motor 80 %, maka : P = 0,0339 hp / 80 %
= 0,0424 hp (dipilih motor = 0,5 hp)
Spesifikasi :
Fungsi : Tempat terjadinya penggumpalan partikel dan kontaminan air sungai menjadi flok dengan penambahan PAC
Jenis : Terbuat dari beton dan dilengkapi pengaduk Bentuk : silinder
Kapasitas : 17 m3 Diameter : 3,0537 m Tinggi : 3,0537 m Motor : 0,5 hp
Bahan : beton Jumlah : 1 buah
4. Clarifier (H – 215)
Fungsi : Tempat pemisahan antara flok/padatan dengan air bersih
Rate volumetric, qf = 29 m3/jam
Waktu tinggal = 2 jam
Volume air = 29 m3/jam x 2 jam = 58 m3
Direncanakan volume tangki = volume air Volume tangki = 58 m3 Volume tangki = ¼ π x D2 x H Diasumsi : H = D Volume tangki = ¼ π x D2 x D 58 m3 = 0,785 D3 D = 4,5918 m H = 4,5918 m Spesifikasi :
Fungsi : Tempat pemisahan antara flok/padatan dengan air bersih Bentuk : Silinder
Tinggi : 4,5918 m Bahan : Carbon Stell Jumlah : 1 buah
5. Bak penampung dari clarifier (H – 210)
Fungsi : Menampung air bersih dari clarifier
Jenis : Bak berbentuk persegi panjang terbuat dari beton
Perhitungan :
Rate volumetric, qf = 29 m3/jam
Waktu tinggal = 12 jam
Volume air = 29 m3/jam x 12 jam = 456 m3
Volume air = 85 % Volume bak
Volume bak = 456 / 85 % = 536,4706 m3 Dimisalkan : Panjang = (5x) m
Lebar = (3x) m Tinggi = (2x) m
Volume bak penampung = Panjang x Lebar x Tinggi 536,4706 m3 = (5x) x (3x) x (2x)
536,4706 m3 = 30x3 X = 2,6150 m
Lebar = (3x) m = 3 x 2,6150 = 7,845 m Tinggi = (2x) m = 2 x 2,6150 = 5,23 m
Check Volume :
Volume bak = panjang x lebar x tinggi = 13,0751 x 7,845 x 5,23 = 536,4706 (memenuhi)
Spesifikasi :
Fungsi : Menampung air bersih dari clarifier Bentuk : Persegi panjang terbuka
Kapasitas : 536,4706 m3 Lebar : 7,845 m Tinggi : 5,23 m Panjang : 13,075 m Bahan : Beton Jumlah : 1 buah 6. Sand Filter
Fungsi : Untuk menyaring kotoran tersuspensi yang tidak dapat mengendap di clarifier.
Perhitungan :
Rate volumetric, qf = 29 m3/jam
Waktu filtrasi = 15 menit
Jumlah flok = 10% dari debit air yang masuk = 10% x 29 m3/jam
= 2,9 m3/jam
Volume air = 29 m3/jam – 2,9 m3/jam = 26,1 m3/jam
= 26,1 m3/jam x 15 menit / 60 = 8,5 m3
= 37,6485 gpm
Rate filtrasi = 12 gpm/ft2 (Perry 6.ed, 1984) Luas penampang bed = 37,6485 / 12
= 3,1374 ft2 Diameter bed = ((4 x A)/π) 0,5
= ((4 x 3,1374)/3,14)0,5 = 1,9992 ft = 0,6093 m Tinggi lapisan dalam kolom, diasumsikan : Lapisan Gravel = 0,3 m
Lapisan Pasir = 0,7 m
Tinggi Air = 3,0 m +
Kenaikan akibat back wash = 25% dari tinggi lapisan = 25% x 4 = 1 m
Tinggi Total Lapisan = Tinggi bed + tinggi fluidisasi + tinggi bagian atas pipa + tinggi bagian bawah pipa
= 4 + 1 + 0,03 + 0,03 = 5,0600 m
Spesifikasi :
Fungsi : Menyaring air dari bak penampung air clarifier Bentuk : Bejana tegak
Kapasitas : 29 m3
Diameter : 1,9992 m
Tinggi : 5,0600 m
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 grade P
Jumlah : 1 buah
7. Bak Air Jernih (A – 240)
Fungsi : Menampung air dari Sand Filter
Rate volumetrik : 26 m3/hari
Tinggi : 2x m
Panjang : 5x m
Lebar : 3x m
Volume air total : 410 m3
Volume bak penampung (direncanakan 85% terisi air) = 410 / 85% = 482,824 m3 Volume penampung = 30x3 = 482,824 sehingga, x = 2,5248 m Panjang = (5x) m = 5 x 2,5248 = 12,624 m Lebar = (3x) m = 3 x 2,5248 = 7,574 m Tinggi = (2x) m = 2 x 2,5248 = 5,0495 m Check Volume :
Volume bak = panjang x lebar x tinggi = 12,624 x 7,574 x 5,0495 = 482,824 m3 (memenuhi)
Spesifikasi :
Fungsi : menampung air dari sand filter
Kapasitas : 428,824 m3
Bentuk : empat persegi panjang Ukuran : Panjang = 12,624 m Lebar = 7,574 m Tinggi = 5,0495 m Bahan konstuksi : Beton
Jumlah : 1 buah
8. Kation Exchanger (H – 220)
Fungsi : Mengurangi kesadahan air yang disebabkan oleh garam-garam Ca2+
Kandungan CaCO3 dari water treatment masih sekitar 5 grain/gallon (Kirk-
Othmer.1965). Kandungan ini akan dihilangkan dengan resin Zeolith bentuk granular agar sesuai dengan syarat air umpan boiler.
Kandungan CaCO3 = 5 grain/gal = 0,325 gr/gal
1 grain = 0,000065 kg
Jumlah air yang diproses = Kebutuhan air umpan boiler = 151,125 m3
= 32456,9143 gal
CaCO3 dalam air = 0,325 gr/gal x 32456,9143 gal
= 10548,497 gr Dipilih bahan pelunak :
Zeolith dengan exchanger capacity = 1,4 ek/kg CaCO3 (Perry 6 ed,1984)
Na-Zeolith diharapkan mampu menukar semua ion Ca2+
Ek (ekuivalen) = gram / Berat ekuivalen (Underwood.1974) Berat ekuivalen = BM / elektron (Underwood.1974) Untuk CaCO3, 1 mol Ca melepas 2 elektron Ca2+, sehingga elektron = 2
Berat ekuivalen = 100 / 2 = 50 gr/ek Berat Zeolith = ek x Berat ekuivalen
= 1,4 x 50 = 70 gr Kapasitas Zeolith = 70 gr/kg
Jumlah CaCO3 = 10548,4971 gr = 10,5485 kg
Cara kerja :
Air dilewatkan pada kation exchanger yang berisi resin sehingga ion positif tertukar dengan resin.
Kebutuhan Zeolith = 70 x 10,5485 gr = 738,39 gr = 0,7384 kg
ρ Zeolith = 1 kg/liter (Perry 6 ed,1984) Volume Zeolith = 0,7384 kg / 1 kg/liter
= 0,7773 liter = 0,0008 m3
Volume total = (122,850 + 0,008) m3 = 122,851 m3 Rate volumetric, qf = 122,851 m3/hari = 5,1188 m3/jam
Volume air = 85 % Volume tangki
Volume tangki = 5,1188 / 85 %
= 6,0221 m3
Tangki kation berbentuk silinder dengan rasio dimensi : H = 2D
Volume tangki = ¼ π x D2 x H
6,0221 m3 = ¼ π x D2 x 2D
D = 1,2786 m
H = 2,5571 m
Regenerasi Zeolith = 4 kali dalam setahun Regenerasi Zeolith dilakukan dengan larutan HCl 33%
R - H + MX R - M + HX
Dimana :
R – H = Resin Kation
MX = Mineral yang terkadung dalam air R – M = Resin yang mengandung mineral kation
HX = Asam mineral yang terbentuk setelah air melewati kation Contoh mineral kation (M+) = Ca2+, Mg+, dan sebagainya
Contoh rumus mineral (MX) = CaSO4, CaO3, MgCO3
Contoh asam mineral (HX) = HCl, H2SO4, H2CO3, dan sebagainya
Regenerasi dilakukan 4 kali setahun, kebutuhan HCl tiap regenarasi = 1,92 ton/regenerasi
Maka kebutuhan HCl = 4 x 1,92 ton/tahun
= 7,680 ton/tahun = 7680 kg/tahun ρ HCl = 1,1509 kg/liter (Perry 6 ed,1984) Maka volume HCl yang dibutuhkan selama 1 tahun :
Volume HCl = 7680 kg/tahun / 1,1509 kg/liter = 6673,0385 liter = 6,6730 m3
Volume tangki = 6,6730 / 80 % = 8,3413 m3
Tangki kation berbentuk silinder dengan rasio dimensi : H = 2D
Volume tangki = ¼ π x D2 x H 8,3413 m3 = ¼ π x D2 x 2D 8,3413 m3 = 1,57 x D3 D = 1,7710 m H = 3,5420 m Spesifikasi :
Fungsi : Mengurangi kesadahan air yang disebabkan oleh garam –garam Ca2+
Jenis : Tangki berbentuk silinder dengan tutup atas dan bawah Kapasitas : 8,3413 m3
Diameter : 1,7710 m Tinggi : 3,5420 m
Bahan : Stainless stell plate type 316 Jumlah : 1 buah
9. Anion Exchanger (H – 230)
Fungsi : Mengurangi kesadahan air yang disebabkan oleh garam-garam CO32-
Kandungan CaCO3 dari water treatment masih sekitar 5 grain/gallon (Kirk-
Othmer.1965). Kandungan ini akan dihilangkan dengan resin Amino Poly Styrene bentuk granular agar sesuai dengan syarat air umpan boiler.
Kandungan CaCO3 = 5 grain/gal = 0,325 gr/gal
1 grain = 0,000065 kg
Jumlah air yang diproses = Kebutuhan air umpan boiler = 151,1255 m3
= 32456,9143 gal
CaCO3 dalam air = 0,325 gr/gal x 32456,9143 gal
= 10548,4971 gr Dipilih bahan pelunak :
APS dengan exchanger capacity 5,5 ek/kg CaCO3 (Perry 6 ed,1984)
Amino Poly Styrene diharapkan mampu menukar semua ion CO32-
Ek (ekuivalen) = gram / Berat ekuivalen (Underwood.1974) Berat ekuivalen = BM / elektron (Underwood.1974) Untuk CaCO3, 1 mol Ca melepas 2 elektron Ca2+, sehingga elektron = 2
BM CaCO3 = 100
Berat ekuivalen = 100 / 2 = 50 gr/ek
Berat APS = ek x Berat ekuivalen
= 5,5 x 50 = 275 gr
Kapasitas APS = 275 gr/kg
Jumlah CaCO3 = 10548,4971 gr = 10,5485 kg
Air dilewatkan pada anion exchanger yang berisi resin sehingga ion negative tertukar dengan resin.
Kebutuhan APS = 275 x 10,5485 gr
= 2900,837 gr = 2,9008 kg
ρ APS = 0,67 kg/liter (Perry 6 ed,1984)
Volume APS = 2,9008 kg / 0,67 kg/liter = 4,3296liter
= 0,0043 m3
Volume total = (122,850 + 0,0043) m3 = 122,8541 m3 Rate volumetric, qf = 122,8541 m3/hari = 5,1189 m3/jam
Volume air = 85 % Volume tangki
Volume tangki = 5,1189 / 85 %
= 6,0223 m3
Tangki kation berbentuk silinder dengan rasio dimensi : H = 2D
Volume tangki = ¼ π x D2 x H
6,0223 m3 = ¼ π x D2 x 2D
6,0223 m3 = 1,57 x D3
D = 1,2786 m
H = 2,5572 m
Regenerasi APS = 4 kali dalam setahun
Regenerasi Zeolith dilakukan dengan larutan NaOH 40% R - OH + HX R - X + H2O
Dimana :
R – OH = Resin Anion
R – X = Resin dalam kondisi mengikat anion
Regenerasi dilakukan 4 kali setahun, kebutuhan NaOH tiap regenarasi = 1,3 ton/regenerasi
Maka kebutuhan NaOH = 4 x 1,3 ton/tahun
= 5,2 ton/tahun = 5200 kg/tahun ρ HCl = 1,4323 kg/liter (Perry 6 ed,1984) Maka volume NaOH yang dibutuhkan selama 1 tahun :
Volume NaOH = 5200 kg/tahun / 1,4323 kg/liter = 3653,738 liter = 3,6537m3
Volume NaOH = 80 % Volume tangki
Volume tangki = 3,6537 / 80 %
= 4,5672m3
Tangki kation berbentuk silinder dengan rasio dimensi : H = 2D
Volume tangki = ¼ π x D2 x H 4,5672 m3 = ¼ π x D2 x 2D 4,5672 m3 = 1,57 x D3 D = 0,9697 m H = 1,9394 m Spesifikasi :
Fungsi : Mengurangi kesadahan air yang disebabkan oleh garam –garam CO32-
Jenis : Tangki berbentuk silinder dengan tutup atas dan bawah Kapasitas : 4,5672 m3
Diameter : 0,9697 m Tinggi : 1,9394 m
Bahan : Stainless stell plate type 316 Jumlah : 1 buah
