INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
7.3 Unit Pengolahan Air
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 7.3.1 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 penyingkiran 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.
7.3.2 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
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
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). 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 berdasarkan reaksi berikut: (Degremont, 1991):
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 + CaCO3
CaCl4 + Na2CO3 2NaCl + CaCO3
Selanjutnya flok – flok mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar secara melimpah (overflow) yang selanjutnya 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 soda abu = 1 : 0,54 (Crities, 2004).
Perhitungan alum dan soda abu yang diperlukan : Total kebutuhan air = 53.402,3649 kg Pemakaian larutan alum = 50 ppm
Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm
Larutan alum Al2(SO4)3 yang dibutuhkan = 50.10-6 × 53.402,3649 = 2,6280 kg
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
7.3.3 Filtrasi
Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air (Metcalf dan Eddy, 1991).
Material yang digunakan sebagai medium filtrasi dapat bermacam–macam : pasir, antrasit (crushed anthracite coal), karbon aktif granular (Granular Carbon
Active atau GAC), 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 natrium alginat 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 antrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahap pada pengolahan effluent pabrik, perlu menggunakan bahan dengan permukaan luar 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 dan 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.
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
Perhitungan kebutuhan kaporit, Ca(ClO)2 :
Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 857,27 kg/jam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 %
Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air
Total kebutuhan kaporit = (2.10-6 × 857,27)/0,7 = 0,0017 kg/jam 7.3.4 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
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 dari 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 mengandung kation Fe2+,Cd+2,Mn2+,Ca2+,Mg2+,Zn+2,Cu2+dan Pb+2 masing- masing 0,42 ppm, 0,023 ppm, 0,028 ppm, 45 ppm, 28 ppm, 0,0004 ppm, 0,01 dan 0,648 ppm (Tabel 7.4).
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 / 17,1
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
Jumlah air yang diolah = 51.888,3121 kg
= 3 3 264,17gal/m kg/m 997,045 kg/jam 1 51.888,312 × = 13.747,9606 gal/jam
Kesadahan air = 4,3351 gr/gal × 13.747,9606 gal/jam × 24 jam/hari = 1.430.370,816 gr/hari = 1.430,3708 kg/hari
Perhitungan ukuran Cation Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 13.747,9606 gal/jam = 229,1327 gal/menit
Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment (1988) diperoleh data–data sebagai berikut : - Diameter penukar kation = 7 ft
- Luas penampang penukar kation = 9,62 ft2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume Resin yang Diperlukan
Total kesadahan air = 1.430,3708 kg/hari Dari Tabel 12.2, Nalco (1988) diperoleh : - Kapasitas resin = 30 kg/ft3
- Kebutuhan regenerant = 6 lb H2SO4/ft3 resin
Jadi, Kebutuhan resin = 3 kg/ft 0 3 kg/hari 1.430,3708 = 47,6790 ft3/hari Tinggi resin = 62 , 9 47,6790 = 4,9562 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Tabel 12.4, Nalco, 1988) Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 4,9562 ft × 38,5 ft2 = 190,8152 ft3
Waktu regenerasi = kg/hari 1.430,3708 kg/ft 30 ft 190,8152 3× 3 = 4 hari = 24 jam
Kebutuhan regenerant H2SO4 = 1.430,3708 kg/hari × 3
3 kg/ft 30 lb/ft 6 = 286,0742 lb/hari = 129,7624 kg/hari = 5,4067 kg/jam
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
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 mengandung Anion Cl-, SO42-, CO32-, masing-masing 60 ppm, 42 ppm,
dan 95 ppm (Tabel 7.4). 1 gr/gal = 17,1 ppm
Total kesadahan anion = 60 + 42 + 95 = 197 ppm / 17,1 = 11,5205 gr/gal Jumlah air yang diolah = 51.888,3121 kg/jam
= 3 3 264,17gal/m kg/m 997,045 kg/jam 1 51.888,312 × = 13.747,9606 gal/jam
Kesadahan air = 11,5205 gr/gal × 13.747,9606 gal/jam × 24 jam/hari = 3.801.201,122 gr/hari = 3.801,2011 kg/hari
Perhitungan Ukuran Anion Exchanger :
Jumlah air yang diolah = 13.747,9606 gal/jam = 229,1327 gal/menit Dari Tabel 12.4 , Nalco (1988) diperoleh :
- Diameter penukar anion = 7 ft - Luas penampang penukar anion = 38,5 ft2 - Jumlah penukar anion = 1 unit
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
Volume resin yang diperlukan :
Total kesadahan air = 3.801,2011 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 3.801,2011 = 316,7668 ft3/hari Tinggi resin = 62 , 9 316,7668 = 32,9279 ft
Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft (Nalco, 1988)
Volume resin = 32,9279 ft x 38,5 ft2 = 1.267,7242 ft3 Waktu regenerasi = kg/hari 3.801,2011 kgr/ft 12 x ft 1.267,7242 3 3 = 4 hari = 96 jam
Kebutuhan regenerant NaOH = 3.801,2011 kg/hari x 3
3 kg/ft 12 lb/ft 5 = 1.583,8338 lb/hari = 11,9737 kg/jam 7.3.5 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 80°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. 7.4 Kebutuhan Listrik
Perincian perencanaan kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut :
1. Unit proses = 14.781,75 hp
Tabel 7.5 perincian kebutuhan listrik pada unit proses
No. Pemakaian Daya (hp)
1. Motor 36,75
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
Total 14.781,75
2. Unit utilitas = 64,25 hp
Tabel 7.6 Perincian Kebutuhan Listrik pada Unit Utilitas
No. Pemakaian Daya (hp)
1. Motor 40,25
2. Pompa 24
Total 64,25
3. Ruang kontrol dan laboratorium = 45 hp
4. Bengkel = 35 hp
5. Penerangan dan perkantoran = 40 hp
Total kebutuhan listrik = 14.781,75 + 64,25 + 45 + 35 + 40
= 14.966 hp × 0,7457 kW/hp = 11.160,1462 kW Efisiensi generator 80 %, maka:
Daya output generator = 11.160,1462 / 0,8 = 13.950,1828 kW
Dipakai 2 unit diesel generator AC 14 mW, 220-260 Volt, 50 Hz (1 unit cadangan) 7.6 Kebutuhan Bahan Bakar
Kebutuhan bahan bakar adalah : 1. Untuk bahan bakar generator
Nilai bakar solar = 19.860 btu/lb (Perry dan Green,1999) Densitas solar = 0,89 kg/l (Perry dan Green,1999) Daya yang dibutuhkan =
jam det 3600 kW btu/det 0,9478 kW 1828 , 950 . 13 × × = 47.599.139,56 btu/jam
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
liter/jam 50 , 221 . 1 kg/l 0,89 kg/jam 4645 , 098 . 1 kg/jam 1346 , 087 . 1 lb kg 0,45359 btu/lb 19.860 btu/jam ,56 47.599.139 = = = × =
2. Untuk bahan bakar ketel uap A. Total panas steam keluar
Enthalpy saturated steam (150°C; 4,76 bar); Hv = 2.113,2 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
Maka panas keluar boiler = 2.406,2016 kg/jam × 2.113,2 kJ/kg = (5.085.025,841 kJ/jam) / (1,05506 kJ/Btu)
= 4.819.655,604 Btu/jam
B. Panas yang masuk boiler
B.1 Enthalpy condensat (150°C; 4,76 bar); Hl = 632,1 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
Maka panas kondensat (150°C; 4,76 bar) masuk boiler = Massa kondensat × Hl
= 1.924,9613 kg/jam × 632,1 kJ/kg = 1.216.768,038 kJ/jam
B.2 Panas air tambahan umpan boiler
Jumlah air tambahan umpan boiler = 481,2403 kg/jam = 26,7356 kmol/jam Total panas air tambahan
=
∫
∑
363,15 15 , 298 ) ( 2 Cp dT NHO l= (26,7356 kmol/jam) x [1,82964E+01 + 4,72118E-01(363,15-298,15) - 1,33878E-03(363,15-298,15)2 + 1,31424E-06(363,15-298,15)3 kJ/kmol K] = (26,7356 kmol/jam)×(43,6886 kJ/kmol)
= 1.168,0409 kJ/jam
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
= 1.217.936,079 kJ/jam = 1.154.376,129 Btu/jam
Maka total panas yang dibutuhkan boiler = Panas keluar – Panas masuk = (4.819.655,604 - 1.154.376,129) Btu/jam
= 3.665.279,475 Btu/jam Efisiensi ketel uap = 75 %
Panas yang harus disuplai ketel = 3.665.279,475 Btu/jam / 0,75 = 4.887.039,3 Btu/jam
Nilai bakar solar = 19.860 Btu/lbm (Perry dan Green, 1999)
Jumlah bahan bakar = (4.887.039,3 Btu/jam) / (19.860 Btu/lbm)
= 246,0745 lbm/jam × 0,45359 kg/lbm
= 111,6169 kg/jam Kebutuhan solar boiler =
ltr kg jam kg / 89 , 0 / 111,6169 = 125,4123 ltr/jam
Total kebutuhan solar = (125,4123 + 1.221,50) ltr/jam =1.346,9123 ltr/jam 7.7 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 maupun manusia itu sendiri. Demi kelestarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit pengolahan limbah.
Sumber-sumber limbah cair pabrik pembuatan natrium alginat meliput i: 1. Limbah proses
Proses pembuatan natrium alginat menghasilkan reaksi samping yaitu air sebanyak 1.596,8552 kg/jam atau 1602,3352 ltr/jam, dengan spesifikasi dalam persen mol sebagai berikut :
Tabel 7.7 Komposisi Air Limbah Proses
Senyawa % mol Laju alir (kg/ jam)
Air 0,93205 37.131,38
NaOH 0,5% 0,00514 454,77
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
Na2CO3 12% 0,05898 13.836,30
H2SO4 10% 0,00051 110,87
Alginat 0,0000009 111,53
Total 1,0000 51.912,72
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.
4. Limbah laboratorium
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 pada pabrik pembuatan natrium alginat direncanakan melalui bak penampungan dilanjutkan dengan pengolahan dengan menggunakan
activated sludge, dan bak pengendapan.
Perhitungan untuk Sistem Pengolahan Limbah
Perkiraan jumlah air buangan pabrik:
1. Limbah proses = 51.912,72 kg/jam = 51.747,65 liter/jam 2. Pencucian peralatan pabrik = 75 liter/jam
3. Limbah domestik dan kantor
Diperkirakan air buangan tiap orang untuk :
domestik = 20 liter/hari (Metcalf & Eddy, hal:19, 1991) kantor = 30 liter/hari (Metcalf & Eddy, hal:18, 1991) Jadi, jumlah limbah domestik dan kantor
Shofia Rija N : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Natrium Alginat (NA-ALGINAT) Dari Rumput Laut Coklat (PHAEOPHYCEAE) Dengan Proses Ekstraksi Kapasitas 7000 Ton/tahun, 2009.
= 285,4167 ltr/jam
4. Laboratorium = 20 liter/jam
Total air buangan = (51.747,65 + 75 + 285,4167 + 20) ltr/jam = 52.128,0667 liter/jam = 52,1281 m3/jam
7.8 Spesifikasi Peralatan Utilitas