[5] Bab 5- Utilitas Cup Pin.docx

BAB V UTILITAS

Unit utilitas merupakan unit yang berperan sebagai penunjang suatu pabrik. Dengan adanya unit utilitas, keseluruhan proses dalam industri dapat berjalan dengan lancar dan teratur. Unit utilitas memiliki peran untuk menyuplai kebutuhan pabrik seperti air, steam, refrigerant, listrik, dan bahan bakar. Kebutuhan terhadap komponen-komponen tersebut dihitung berdasarkan neraca massa, neraca panas, dan spesifikasi peralatan yang digunakan. Untuk pabrik pembuatan etanol berkapasitas 270.000 ton/tahun, unit utilitas yang dibutuhkan mencakup: 1)

Unit pengadaan steam

2)

Unit pengadaan air

3)

Unit pengadaan listrik

4)

Unit pengadaan bahan bakar.

5.1.

Unit Pengadaan Steam Steam berfungsi sebagai media pemanas dalam berbagai alat perpindahan

panas. Penyediaan steam yang digunakan pada pabrik pembuatan etanol berkapasitas 270.000 ton/tahun, yaitu steam dengan temperatur 350⁰C. Steam yang disuplai oleh unit utilitas pabrik etanol ini merupakan jenis saturated steam. Peralatan yang menggunakan steam 350⁰C beserta jumlah kebutuhan steam masing-masing peralatan tertera pada Tabel 5.1. Tabel 5.1. Kebutuhan Steam 200⁰C

Peralatan Vaporizer-01 Heater-01 Heater-02 Reboiler-01 Reboiler-02 Reboiler-03 Reboiler-04 Total

Kebutuhan (kg/jam) 40.404,8983 14.870,3250 1.792,7418 19.869,9782 26.336,0208 820,0008 81.825,2111 185.919,1760

Faktor keamanan suplai steam = 20% Total kebutuhan steam

= (100+20)% x 185.919,1760 kg/jam = 223.103,0112 kg/jam

5.2.

Unit Pengadaan Air Berdasarkan kebutuhan pabriknya, air dalam industri dibagi menjadi empat

jenis, yaitu air proses, air pendingin, air umpan boiler, dan air domestik. Unit pengadaan air memiliki peran yang sangat penting dan berpengaruh besar dalam pabrik sehingga proses pengolahan air di unit utilitas perlu dijaga dan dipantau. Sumber air baku yang diolah untuk kebutuhan pabrik berasal dari sungai. Sungai dipilih sebagai sumber air karena letaknya dekat dengan pabrik, mudah untuk diambil, sederhana dalam proses pengolahan, dan biayanya yang relatif murah. 5.2.1. Air Proses Air proses memiliki peran langsung dalam suatu proses dalam setiap peralatan. Air proses akan berkontak langsung dengan komponen bahan baku untuk menjadi produk. Kebutuhan air dalam suatu proses dapat digunakan misalnya sebagai solvent atau absorbent. Air proses tidak diperlukan pada pabrik pembuatan etanol ini sehingga tidak perlu disuplai oleh unit utilitas. 5.2.2. Air Pendingin Air pendingin memiliki peran dalam proses perpindahan panas dalam sejumlah alat. Air pendingin berfungsi untuk mencegah terjadinya panas yang berlebihan dalam suatu alat agar alat tersebut tetap dapat beroperasi dengan normal. Air pendingin tidak berkontakan secara langsung dengan komponen bahan baku, produk intermedit, maupun dengan produk akhir. Air pendingin pada pabrik etanol ini disuplai pada beberapa alat penukar panas (partial condenser, cooler, dan condenser), reaktor yang dijabarkan pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2. Kebutuhan Air Pendingin

Peralatan Reaktor-01 Reaktor-02 Cooler-01 Cooler-02 Cooler-03 Cooler-04 Cooler-05 Partial Condenser-01 Partial Condenser-02 Condenser-01 Condenser-02 Condenser-03 Condenser-04 Total

Kebutuhan (kg/jam) 288.320,0366 28.671,1350 73.162,4147 14.579,3665 11.682,0518 43.232,4924 50.605,6331 560.959,8547 41.471,1154 193.518,3169 260.744,8848 7.631,1979 742.798,8665 2.317.377,3662

Penggunaan air pendingin dilakukan secara sirkulasi dan kontinyu. Suhu air pendingin keluaran setiap alat nantinya akan mengalami kenaikan. Kenaikan suhu pada keluaran air pendingin terjadi karena terjadinya perpindahan panas dari komponen senyawa ke air pendingin melalui media penghantar pada setiap alat. Karena air pendingin digunakan secara sirkulasi dan kontinyu, maka suhu pada air pendingin perlu diturunkan di dalam cooling tower. Dalam proses penurunan suhu air pendingin, akan terjadi losses pada cooling tower. Terdapat tiga macam penyebab losses, yaitu evaporation loss, drift loss, dan blow down. 1) Evaporation Loss Evaporation loss dalam cooling tower disebabkan karena sebagian kecil air pendingin yang masuk mengalami penguapan. Suplai air yang hilang akibat evaporation loss dapat dihitung dalam persamaan berikut: We = 0,00085 x Wc x (T1-T2) (Pers. 12-10 Perry., 1997) Keterangan:

We

We

= Evaporation loss

Wc

= Jumlah sirkulasi air pendingin

T1

= Suhu air pendingin masuk cooling tower (⁰F)

T2

= Suhu air pendingin keluar cooling tower (⁰F)

= 0,00085 x Wc x (T1-T2) = 0,00085 x 2.317.377,3662 kg/jam x (122-82,4)⁰F = 78.002,9221 kg/jam

2) Drift Loss Drift loss dalam cooling tower disebabkan karena sebagian kecil air pendingin yang masuk terbawa aliran udara keluar cooling tower. Suplai air yang hilang akibat drift loss berkisar antara 0,1-0,2%. Wd = 0,2% x Wc Keterangan: Wd

Wd

= Drift loss

Wc

= Jumlah sirkulasi air pendingin

(Pers. 12-11 Perry., 1997)

= 0,2% x Wc = 0,2% x 2.317.377,3662 kg/jam = 4.634,7547 kg/jam

3) Blow Down Blow down merupakan air pendingin yang dibuang, dimana bertujuan untuk menjaga konsentrasi padatan terlarut dalam air pendingin akibat dari evaporation loss. Jumlah blow down dihitung berdasarkan siklus konsentrasi yang dijaga agar tidak terjadi scaling pada peralatan maupun pipa. Siklus konsentrasi merupakan perbandingan kandungan padatan dalam air pendingin yang disirkulasi dengan kandungan padatan pada air tambahan. Siklus konsentrasi biasa dilakukan antara 35. Suplai air yang pada blow down dihitung dalam persamaan berikut: Wb = Keterangan:

Wb

We cycle-1

Wb

= Blow down

Wd

= Drift loss

We

= Evaporation loss

=

(Pers. 12-12 Perry., 1997)

78.002,9221 kg/jam 3-1

= 39.001,4611 kg/jam Make up air pendingin

= We + Wd + Wb = 121.639,1380 kg/jam

Faktor keamanan

= 10%

Total make up air pendingin = 10% x 121.639,1380 kg/jam = 133.803,0517 kg/jam 5.2.3. Air Umpan Boiler Air umpan boiler yang disuplai oleh unit pengadaan air akan diubah menjadi steam pada unit pengadaan steam. Steam yang dihasilkan akan digunakan sebagai pemanas pada berbagai alat. Syarat air umpan boiler yang diproduksi oleh unit pengadaan air haruslah bebas dari mineral. Mineral harus dihilangkan supaya dalam boiler tidak menghasilkan kerak yang dapat menghambat kinerja boiler. Suplai air umpan boiler sama dengan jumlah steam yang diproduksi. Make up air umpan boiler dipilih 5% dari total air umpan boiler yang disuplai. Suplai air umpan boiler

= 223.103,0112 kg/jam

Faktor keamanan

= 5%

Total make up air umpan boiler

= 5% x 223.103,0112 kg/jam = 11.155,1505 kg/jam

5.2.4. Air Domestik Air domestik merupakan air yang digunakan untuk kebutuhan sehari-hari dalam rumah tangga, perkantoran, laboratorium, dan fasilitas umum. Syarat air domestik dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari antara lain tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, tidak mengandung logam berat ataupun zat beracun, dan tidak mengandung kuman atau bakteri terkhusus bakteri patogen. Direncanakan terdapat 25 rumah yang dihuni masing-masing oleh 4 orang. Terdapat jumlah karyawan sebanyak 150 orang yang harus dipenuhi kebutuhan airnya. Terdapat beberapa lokasi yang kebutuhan airnya harus dipenuhi selain perumahan karyawan, antara lain seperti kantor, laboratorium, dan masjid. Kebutuhan air domestik pabrik asam hidrobromat dijabarkan pada Tabel 5.3 Tabel 5.3. Kebutuhan Air Domestik Lokasi Kebutuhan Kantor Laboratorium Mushola Kantin Perumahan Poliklinik Total

Jumlah Orang 150 12 150 150 100 3

Kebutuhan Air (L/orang/hari) 10 10 15 15 200 10

Kebutuhan Air (L/hari) 1500 120 2250 2250 20000 30 26.150

Kebutuhan Air (L/jam) 62,5 5 93,75 93,75 833,3333 1,25 1.089,5833

Kebutuhan air domestik

= 1.089,5833 L/jam

Densitas air

= 1 kg/L

Kebutuhan air domestik

= 1 kg/L x 1.089,5833 L/jam = 1.089,5833 kg/jam

Faktor keamanan

= 10%

Total make up air domestik

= 10% x 1.089,5833 kg/jam = 1.198,5417 kg/jam

5.2.5. Kebutuhan Air Keseluruhan Kebutuhan air pada pabrik etanol berkapasitas 270.000 ton/tahun terbagi dalam air pendingin (cooling water), air umpan boiler, dan air domestik. Jumlah kebutuhan air yang harus disuplai dijabarkan pada Tabel 5.4. Tabel 5.4. Total Kebutuhan Air dalam Pabrik

Jenis Air Air Pendingin Air Umpan Boiler Air Domestik Total 5.3.

Kebutuhan (kg/jam) Kebutuhan Awal Make Up 121.639,1380 12.163,9138 223.103,0112 11.155,1505 1.089,5833 108,9583 345.831,7325 23.428,0226

Total (kg/jam) 133.803,0517 234.258,1617 1.198,5417 369.259,7551

Unit Pengadaan Listrik Kebutuhan listrik pabrik etanol berkapasitas 270.000 ton/tahun dipenuhi

oleh unit utilitas. Pemenuhan listrik di unit utilitas dihasilkan oleh generator. Listrik di pabrik digunakan untuk keperluan peralatan yang membutuhkan dan penerangan. 5.3.1. Listrik untuk Peralatan Dalam pabrik pembuatan etanol, keperluan listrik untuk peralatan digunakan untuk menggerakan ekspander, kompresor, dan pompa. Kebutuhan masing-masing peralatan dijabarkan pada Tabel 5.5.

Tabel 5.5. Kebutuhan Listrik Peralatan

Peralatan EXP-01 K-01 K-02 K-03 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 Total

Kebutuhan (HP) 2 971 85 50 1 3 1 2 1 1116,0000

5.3.2. Listrik untuk Penerangan Setiap area dalam pabrik rata-rata memiliki intensitas penerangan yang berbeda. Perhitungan kebutuhan penerangan menggunakan unit illuminasi lux. Lux adalah unit turunan dari lumen, dan lumen adalah unit turunan dari candela. 1) Penerangan Area Pabrik Luas area

= 105014,9386 m2

Tipe lampu

= Lampu halogen

Intensitas penerangan

= 400 lumen/m2

Iluminasi lampu

= 33.000 lumen

Daya 1 buah lampu

= 15 W

Daya yang dibutuhkan

=

= 10,5015 Ha

105014,9386 m2 × 400 lumen/m2 × 15 W 33000 lumen

= 19093,6334 W = 19,0936 kW 2) Penerangan Area kantor dan Fasilitas Lainnya Luas area

= 20781,8500 m2

Tipe lampu

= Lampu bohlam LED

Intensitas penerangan

= 500 lumen/m2

Iluminasi lampu

= 5.000 lumen

Daya 1 buah lampu

= 40W

Data yang dibutuhkan

=

= 2,0782 Ha

20781,8500 m2 × 500 lumen/m2 × 40 W 5000 lumen

= 83127,4000 W

= 83,1274 kW

3) Penerangan Perumahan Karyawan Luas area

= 6372,0000 m2

Tipe lampu

= Lampu bohlam LED

Intensitas penerangan

= 150 lumen/m2

Iluminasi lampu

= 5.000 lumen

Daya 1 buah lampu

= 40W

Data yang dibutuhkan

=

= 0,6372 Ha

6372 m2 × 150 lumen/m2 × 40 W 5000 lumen

= 7646,4000 W

= 7,6464 kW

Total Kebutuhan Listrik Penerangan = (21,2651 + 83,1274 + 7,6464) kW = 112,0389 kW = 150,2464 HP Tabel 5.6. Total Kebutuhan Listrik Pabrik Etanol

Keperluan Peralatan Penerangan Total

Kebutuhan (HP) 1116,0000 150,2464 1266,2464

Kebutuhan (kW) 832,2011 112,0389 942,0685

Faktor keamanan

= 10%

Total kebutuhan listrik

= (100%+10%) x 942,0685 kW = 1036,2754 kW = 1389,6660 HP

Untuk memenuhi kebutuhan listrik, dipilih generator berkapasitas 1100 kW. 5.4.

Unit Pengadaan Bahan Bakar Bahan bakar yang disuplai oleh unit utilitas adalah Industrial Diesel Oil

(IDO). Kebutuhan bahan bakar dibagi menjadi dua, yaitu keperluan boiler dan keperluan generator. 5.4.1. Bahan Bakar Keperluan Boiler Steam yang diproduksi unit utilitas adalah saturated steam bersuhu 350⁰C. Suhu steam

= 350⁰C

Kebutuhan steam

= 223.103,0112 kg/jam

Berdasarkan Steam Table (Smith, 2001), didapatkan data berikut : Entalpi saturated vapor (Hv) = 2.567,7 kJ/kg Entalpi saturated liquid (Hl) = 1.671,8 kJ/kg

Panas laten (𝛌)

= Hv - Hl = 2.567,7 kJ/kg - 1.671,8 kJ/kg = 895,9 kJ/kg

Panas yang dibutuhkan untuk menghasilkan steam: Q

= msteam x 𝛌 = 223.103,0112 kg/jam x 895,9 kJ/kg = 199.877.987,7113 kJ/jam = 189.447.754,6785 Btu/jam

Spesifikasi bahan bakar Industrial Diesel Oil (IDO) yang dipakai, yaitu: Nilai kalor bahan bakar (LHV)

= 19300 Btu/lb

Efisiensi boiler (Ƞ)

= 80% (Tabel 4.8., Ulrich, 1984:109)

Kebutuhan bahan bakar: mbahan bakar

=

mbahan bakar

=

Q Ƞ×LHV 189.447.54,6785 Btu/jam 80% × 19300 Btu/lb

= 12.269,9323 lb/jam = 5.565,5431 kg/jam 5.4.2. Bahan Bakar Keperluan Generator Daya generator

= 1.100 kW = 3.753.355,7930 Btu/jam

Nilai kalor bahan bakar

= 19300 Btu/lb

Efisiensi generator

= 65%

mbahan bakar

=

(Tabel 29-9, Perry, Hal. 21)

3.753.355,7930 Btu/jam 65% × 19300 Btu/lb

= 299,1914 lb/jam = 135,7108 kg/jam 5.4.3. Kebutuhan Bahan Bakar Keseluruhan Kebutuhan bahan bakar untuk seluruh keperluan tersaji pada Tabel 5.7.

Tabel 5.7. Total Kebutuhan Bahan Bakar

Kebutuhan Boiler Generator Total

Kebutuhan Bahan Bakar (kg/jam) 5.565,5431 135,7108 5.701,2539

Densitas IDI

= 0,85 kg/L

Faktor keamanan

= 10%

Total kebutuhan bahan bakar = (100% + 10%) x 5.701,2539 kg/jam = 6.271,3793 kg/jam = 7.378,0933 L/jam