INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.2 Unit Pengolahan Air
Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan Etil fluorida ini diperoleh dari sungai Citarum, yang terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water intake) 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 (Degremont, 1991): 1. Screening 2. Klarifikasi 3. Filtrasi 4. Demineralisasi 5. Deaerasi 7.2.1. Screening
Tahap screening merupakan tahap awal dari pengolahan air. Adapun tujuan screening adalah (Degremont, 1991):
− Menjaga struktur alur dalam utilitas terhadap objek besar yang mungkin merusak fasilitas unit utilitas.
− Memudahkan pemisahan dan menyingkirkan partikel – partikel padat yang besar yang terbawa dalam air sungai.
Pada tahap ini, partikel yang besar akan tersaring tanpa bantuan bahan kimia. Sedangkan partikel – partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya.
7.2.2. Klarifikasi
Klarifikasi 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 flokulasi. Koagulan yang biasa dipakai adalah larutan alum Al2(SO4)3. Sedangkan koagulan tambahan 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 permanen menurut proses soda dingin menurut reaksi:
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3
CaCl4 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3 (Degremont, 1991) 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 = 2000 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 × 2000 = 0,1 kg/jam Larutan abu soda Na2CO3 yang dibutuhkan = 27.10-6× 2000 = 0,0432 kg/jam
7.2.3. Filtrasi
Filtrasi bertujuan untuk memisahkan flok-flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Penyaring pasir (sand filter) yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu:
a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau (green sand) b. Lapisan II terdiri dari anterakit
c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil (gravel)
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 proses, masih diperlukan pengolahan lebih lanjut, yaitu proses softener dan deaerasi. 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. Khusus untuk air minum, setelah dilakukan proses klorinasi diteruskan ke penyaring air (water treatment system) sehingga air yang keluar merupakan air sehat dan memenuhi syarat-syarat air minum tanpa harus dimasak terlebih dahulu.
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 1121 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70%
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air (Gordon, 1968)
7.2.4. Demineralisasi
Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, yang terdiri atas:
a. Penukar Kation (Cation Exchanger)
Penukar kation berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg dan kation lain yang larut dalam air dengan kation dari resin. Resin yang digunakan bermerek Dowex R – 50W. Reaksi yang terjadi:
Na2X + Ca2+ → CaX + 2Na+ Na2X + Mg2+ → MgX + 2Na+
Untuk regenerasi dipakai NaCl berlebih dengan reaksi: CaX + 2NaCl → Na2X + CaCl2
MgX + 2NaCl → Na2X + MgCl2
Mn2+R + H2SO4 MnSO4 + 2H+R
Perhitungan Kesadahan Kation:
Air Sungai Citarum, Asahan mengandung kation Fe2+, Cd2+, Cu+2, Pb2+, Co2+ , Mg +2 dan Hg2+, masing – masing 0,047 ppm; 0,027 ppm; 0,04 pp; 0,013 ppm; 0,01 ppm; 28 ppm ; 0,01 ppm.
1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan kation = (0,047 + 0,027 + 0,04 + 0,013 + 0,01 + 28 + 0,01) ppm
= 28,147 ppm
= 28,147 ppm/17,1 = 1,646 gr/gal
Jumlah air yang diolah = 879 kg/jam
= x 264,17 gal/m3 = 233,213 gal/jam
Kesadahan air = 1,646 gr/gal × 233,213 gal/jam × 24 jam/hari = 9.213,1064 gr/hari = 9,213 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger: 879 kg/jam 995,68 kg/m3
Dari Tabel 12.4., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh: - Diameter penukar kation = 2 ft
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit
Volume Resin yang Diperlukan: Total kesadahan air = 9,213 kg/hari
Dari Tabel 12.7., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 20 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb NaCl/ft3 resin Jadi,
Kebutuhan resin = = 0,46 ft3/hari Tinggi resin = = 0,147 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4., Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft2 = 7,85 ft3
Waktu regenerasi = = 7,04 hari
Kebutuhan regenerant NaCl = 9,213 kg/hari × 3
3 kg/ft 20 lb/ft 6
= 2,76 lb/hari = 1,35 kg/hari = 0,052 kg/jam
b. Penukar anion
Resin yang digunakan adalah Dowex R – 8W. Perhitungan Kesadahan Anion :
Air Sungai Citarum Jawa Barat, mengandung anion Cl-, S-, NO3-, NO2-, CN- dan Fenol masing – masing 7,88 ppm, 0,007 ppm, 0,111 ppm, 0,061 ppm, 0,0083 dan 0,047 ppm.
1 gr/gal = 17,1 ppm.
Total kesadahan anion = (7,88 + 0,007 + 0,111 + 0,061 + 0,0083 + 0,047) ppm = 8,114 ppm / 17,1
= 0,475 gr/gal Jumlah air yang diolah = 879 kg/jam
9,213 kg/hari 20 kg/ft3 0,46 3,14 7,85 ft3 0,46 ft3/hari 879 kg/jam
= x 264,17 gal/m3 = 233,21 gal/jam
Kesadahan air = 0,475 gr/gal × 233,21 gal/jam × 24 jam/hari = 2.655,84, gr/hari = 2, 656 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger:
Jumlah air yang diolah = 233,21 gal/jam = 4,32 gal/menit
Dari Tabel 12.4., Nalco Water Handbook, 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 = 2,656 kg/hari
Dari Tabel 12.7., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 12 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOH/ft3 resin Jadi,
Kebutuhan resin = = 0,221 ft3/hari Tinggi resin = = 0,0705 ft
Tinggi resin minimum adalah 30 in = 2,5 ft
Volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft2 = 7,85 ft3
Waktu regenerasi = = 35,47 hari = 36 hari Kebutuhan regenerant NaOH = 2,656 kg/hari × 3
3
kg/ft 12
lb/ft 5
= 1,1066 lb/hari = 0,502kg/hari = 0,021kg/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 900C supaya gas – gas yang terlarut dalam air,
2,656 kg/hari 12 kg/ft3 0,221 ft3 3,14 ft2 7,85 ft3 x 12 kg/ft3 2,656 kg/hari
seperti O2 dan CO2 dapat dihilangkan, sebab gas – gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam deaerator.
