Pendahuluan • Mata Kuliah : sistem utilitas • Beban SKS : 3 SKS Aturan penilaian : Quis : 15 % Tugas : 15 % UTS : 30 % UAS : 40 %
RUANG LINGKUP MATA KULIAH • PENGANTAR (DEFINISI UTILITAS PBRIK) • LISTRIK (PEMBANGKIT, JARINGAN DAN MOTOR LISTRIK) (DGN IBU ELVIE) • PENGGERAK UTAMA : MOTOR BAKAR, TURBIN GAS DAN UAP, KETEL UAP, BAHAN BAKAR (DGN IBU ELVIE) • AIR: AIR PROSES, DOMESTIK DAN AIR UMPAN BOILER • BOILER (DENGAN IBU ELVIE) • UDARA
TUJUAN MATA KULIAH • Mahasiswa memahami pengertian sistem utilitas pabrik • Mahasiswa memahami proses dan teknologi proses pengolahan air minum serta syarat kualitas air minum • Mahasiswa memahami proses pengolahan air demin dan teknologi yang digunakan serta syarat kualitas air demin • Mehasiswa memahami air pendingin di pabrik • Mahasiswa memahami kebutuhan listrik di pabrik • Mahasiswa memahami fungsi udara instrumen dan udara pabrik • Mahasiswa memahami sistem uap air di pabrik dan pembangkit steam
Pengertian • Unit utilitas adalah salah satu unit (PENUNJANG)operasi yang ada di dalam sebuah pabrik kimia. Secara sederhana, unit utilitas dapat didefinisikan sebagai unit yang menyediakan media pendingin, media pemanas, energi penggerak dan lain sebagainya, untuk mendukung proses produksi pabrik
Pengertian • Definisi di atas tidak mutlak diterapkan sama oleh satu pabrik dengan pabrik kimia lainnya. Bahkan, dalam industri yang sama sekalipun, unit utilitasnya bisa berbeda. Hal tersebut tergantung dari beberapa faktor, diantaranya karakteristik proses produksi, kompleksitas proses produksi, proses-proses penunjang yang ada di dalam pabrik dan jenis produk yang dihasilkan.
Pengertian • Sebagai contoh, sebuah pabrik hidrogen peroksida. Utilitasnya adalah: • 1. Unit penyedia gas hidrogen 2. Unit pendingin (cooling water, refrigerators) 3. Unit penyedia steam 4. Unit penyedia udara bertekanan (compressed air) 5. Unit penyedia tenaga listrik (power generator) 6. Unit penyedia inert gas (nitrogen, misalnya) 7. Unit penyedia air bebas mineral atau purified water 8. Unit penyedia air (industrial water) • Informasi mengenai unit utilitas dalam sebuah pabrik kimia, biasanya telah diinformasikan oleh pemberi lisensi proses. Salah satunya bisa kita temukan dalam dokumen manual operasi (SOP).
Pengertian • Unit utilitas adalah penghasil/penyedia bahan-bahan pembantu maupun energi yang dibutuhkan oleh pabrik al: • AIR BERSIH • AIR PENDINGIN • AIR DEMIN • UDARA PABRIK • UDARA INSTRUMENT • TENAGA LISTRIK • UAP AIR
Pengertian • Pabrik tidak harus mempunyai sistem pemroses utilitas sendiri.Listrik misalnya, pabrik bisa membelinya dari PLN jika kapasitas PLN setempat mencukupi .atau membeli dari pabrik lain. Demikian pula untuk unit pengolahan limbah, unit penyedia uap air & air pendingin dan unit penyedia udara bertekanan.
Air bersih • Air bersih adalah salah satu jenis sumberdaya berbasis air yang bermutu baik dan biasa dimanfaatkan oleh manusia untuk dikonsumsi atau dalam melakukan aktivitas mereka sehari-hari termasuk diantaranya adalah sanitasi • Untuk konsumsi air minum menurut departemen kesehatan, syaratsyarat air minum adalah tidak berasa, tidak berbau, tidak berwarna, dan tidak mengandung logam berat. Walaupun air dari sumber alam dapat diminum oleh manusia, terdapat risiko bahwa air ini telah tercemar oleh bakteri (misalnya Escherichia coli) atau zat-zat berbahaya. Walaupun bakteri dapat dibunuh dengan memasak air hingga 100 °C, banyak zat berbahaya, terutama logam, tidak dapat dihilangkan dengan cara ini.
Sumber air baku • Sungai Rata-rata lebih dari 40.000 kilometer kubik air segar diperoleh dari sungai-sungai di dunia. Ketersediaan ini (sepadan dengan lebih dari 7.000 meter kubik untuk setiap orang) sepintas terlihat cukup untuk menjamin persediaan yang cukup bagi setiap penduduk, tetapi kenyataannya air tersebut seringkali tersedia di tempat-tempat yang tidak tepat. Sebagai contoh air bersih di lembah sungai Amazon walupun ketersediaannya cukup, lokasinya membuat sumber air ini tidak ekonomis untuk mengekspor air ke tempat-tempat yang memerlukan. • Curah hujan • Dalam pemanfaatan hujan sebagai sumber dari air bersih, individu perorangan/ berkelompok/ pemerintah biasanya membangun bendungan dan tandon air yang mahal untuk menyimpan air bersih di saat bulan-bulan musim kering dan untuk menekan kerusakan musibah banjir. • Air permukaan dan air bawah tanah.
Air baku
•
• • •
Air merupakan salah satu senyawa di alam yang mempunyai peran penting bagi aktifitas kehidupan manusia, baik secara biologis maupun non biologis. Air merupakan pelarut kuat dan bersifat sangat polar. Oleh karena itu hampir tak dijumpai air (bentuk cair) bebas (alamiah) yang murni. Air alam selalu mengandung banyak senyawa lain yang terlarut. Urutan senyawa terlarut didalam air alam menurut jumlahnya ialah ; garam mineral, senyawa organik, gas-gas. Air beserta senyawa lain yang terlarut dan tersedia dalam jumlah besar, untuk selanjutnya disebut dengan istilah “air baku”.
Secara biologis air diperlukan untuk membentuk senyawa karbohidrat, carrier bagi zat gizi, dan sebagainya. Sedang untuk kegiatan non biologis, air berperan antara lain pada kegiatan industri. Diantaranya untuk air proses, air boiler, dan air pendingin.
• Secara kimiawi • Molekul air tersusun atas dua atom hidrogen dan satu atom oksigen (H2O). Dalam keadaan cair, molekul-molekul air saling bertautan membentuk polimer via ikatan hidrogen. Karena ikatan inilah air mempunyai panas latent penguapan yang besar serta daya pelarutan yang tinggi.
Air sungai •
• • • • •
Sungai merupakan sumber air baku yang potensial bagi industri dan masyarakat perkotaan pada umumnya, sehingga banyak industri berdiri di sepanjang sungai agar dapat memperoleh air baku yang baik dan murah. Karakter air sungai tergantung pada banyak faktor, antara lain : asal aliran penggunaan di sepanjang aliran struktur tanah sepanjang aliran fluktuasi aliran
Air rawa/danau/waduk • Kualitas air rawa (danau, waduk) relatif sama dengan air sungai. • Fluktuasi kualitas serta debit yang dapat diambil biasanya lebih kecil dari pada sungai. • Ciri khas dari air tawar ialah adanya gas metan yang terlarut serta rendahnya kadar oksigen terlarut untuk rawa yang anaerob
AIR TAWAR/ AirTanah • Keberadaan merupakan bagian dari siklus air alam. • Air tanah yang telah cukup lama tersimpan di dalam bumi di sebut air “connate”. • Formasi geologi yang mampu menyimpan air tanah dalam jumlah cukup sehingga mampu menghasilkan sumber air (baik keluar ke permukaan atau lewat sumur) disebut “aquifer“. • Kadar garam terlarut total, yang sering diukur sebagai total Dissolved Solids (TS), merupakan indikator untuk mengklasifikasikan kualitas air tanah untuk sesuatu keperluan • Secara vertikal air tanah dapat dibagi dua bagian besar, yaitu zona aerasi dan zona jenuh. •
Air laut • Kadar garam terlarutnya yang tinggi, air laut umumnya hanya dipergunakan sebagai pendingin • Untuk lokasi di mana air tawar langka, air laut digunakan sebagai air baku proses setelah ditawarkan. • Sebagai pendingin, air laut berpotensi tinggi. Suhunya relatif konstan sepanjang waktu (kecuali di negeri empat musim). • Masalah yang umumnya dihadapi ialah biota pembentuk karang dan kerang-kerangan. • Aktifitas tumbuh biota tersebut meningkat bila suhu air laut meningkat (hangat). • Pencegahan yang umum dilakukan ialah dengan melakukan khlorinasi air laut sebelum masuk penukar panas • Beberapa industri menggunakan air laut sebagai air proses atau air boiler dengan desalinasi
• Bagi manusia, air munum adalah salah satu kebutuhan utama, • untuk kebutuhan: minum, mandi, cuci, dsb • • • • • •
■ Air minum yang ideal adalah: ☐ jernih ☐ tidak berwarna ☐ tidak berbau ☐ tidak berasa ☐ tidak mengandung kuman dan zat-zat yang berbahaya
Pemakaian air • Pemakaian air bersih penduduk perkotaan di Indonesia : • ■ Pelayanan Secara Langsung : 100-200 liter/orang/hari • ■ Pelayanan dengan keran umum : 20-40 liter/orang/hari
• Standar air minum di indonesia : diterapkan untuk sumber air minum (air baku) dan air minum sehingga tidak akan menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan manusia : ☐ Standar sumber air minum (air baku) : PP 82/2001 ☐ Standar air minum : Keputusan Menkes No. 907/2002
Parameter Fisik Air) ■ Suspended solid (>10-3 mm) ☐ Koloid (10-6 mm - 10-3 mm) ■ Turbiditas (absorbed/scattered) ■ Warna (dissolved solid, <10-6 mm) ☐ Zat tannin pada kayu dan humus > warna kuning ☐ Oksida besi > warna merah ☐ Oksida besi > warna merah ☐ Oksida mangan > warna coklat/hitam ■ Rasa dan bau ■ Temperatur
Parameter kualitas air ■ Total Dissolved Solids (ion balance) • ☐Major constituents (1-1000 mg/L): Sodium, • calcium, magnesium, bicarbonate, sulfate, • chloride • ☐Secondary constituens (0.01-10 mg/L): iron, • strontium, potassium, carbonate, nitrate, • flouride, boron, silica
• Florida ■ Logam > karsinogenik ■ Zat organik ☐BOD (Biochemical Oxygen Demand): jumlah oksigen yang digunakan oleh mikroba untuk mengkonsumsi zat organik ■ Nutrien (untuk pertumbuhan): karbon, • nitrogen, fosfor
Parameter Biologi Air ■ Patogen ☐Bakteri > kolera (bakteri Vibrio comma), tifus (bakteri Salmonella thyposa), ☐Virus > diare, meningitis, hepatitis ☐Protozoa (hewan tingkat terendah)
Proses Alamiah Air • • • • • • •
Proses Alamiah Air ■ Sedimentasi/pengendapan ■ Filtrasi ■ Transfer gas ☐Solubilitas/kelarutan ☐Kecepatan transfer ■ Transfer panas
• • • • • • • •
Proses kimia > konversi kimia ■ Proses biokimia > proses metabolik ■ Mikroorganisma di air ☐Bakteri ☐Protozoa ☐Protozoa ☐Alga ☐Lainnya (rotifers, crustacea)
Pengolahan air • Jenis pengolahan air bersih secara umum: • ☐ Penjernihan : bertujuan menurunkan kekeruhan, Fe • dan Mn • ☐ Pelunakan : bertujuan menurunkan kesadahan air • ☐ Desinfeksi : bertujuan membunuh bakteri patogen
Jenis pengolahan air bersih Jenis proses pengolahan air bersih: ☐ Secara fisika : tidak ada penambahan zat kimia (aditif), contoh: pengendapan, filtrasi, adsorpsi, dll ☐ Secara kimiawi : penambahan bahan kimia sehingga terjadi reaksi kimia. Contoh penyisihan logam berat, pelunakan, netralisasi, klorinasi, ozonisasi, UV, dsb ☐ Secara biologi
Penjenihan Air ■ Karakteristik tipikal air permukaan di indonesia adalah masalah kekeruhan, yang berfluktuasi tergantung musim. Sehingga sasaran utama adalah “jernih”Rangkaian proses penjernihan tergatung dari: ☐ Suspensi koloidal: ■ Stabil sehingga sulit diendapkan ■ Ukuran 10-3 – 10-6 mm, memiliki kecepatan mengendap sekitar 1 mm/jam sampai 1 mm/tahun ☐ Non koloidal dapat terendapkan (settleable): ■ Tidak stabil ■ Siap untuk mengendap
Konfigurasi penjernihan air • • • • • • • •
■ Koloid dengan kekeruhan tinggi conditioning → koagulasi + flukolasi → sedimentasi → filtrasi → distribusi → desinfeksi ■ Koloid dengan kekeruhan sedang atau rendah: conditioning → koagulasi + flokulasi → filtrasi → distribusi → desinfeksi ■ Koloid dengan kekeruhan rendah: conditioning → saringan pasir lambat → desinfeksi
• Non koloid: • ☐ Filtrasi langsung (direct filtration) • ☐ Pengendapan langsung (direct sedimentation) • ☐ Kombinasi filtrasi dan sedimentasi
Unit-unit Pengolahan • • • •
■ Conditioning: ☐ Pengaturan pH ☐ Penambahan kekeruhan ☐ Pra-sedimentasi: pengendapan partikel diskrit, misal: pasir
• Koagulasi: • ☐ Destabilisasi partikel koloid • ☐ Pembubuhan bahan kimia: koagulan, misal koagulan, misal: • tawas • ☐ Dilakukan pengadukan cepat (rapid mixing): • ■ Hidrolis: terjunan atau hidrolik jump • ■ Mekanis: menggunakan batang pengaduk • ■ Lamanya proses: 30 – 90 detik
■ Flokulasi: ☐ Pembentukan dan pembesaran flok ☐ Dilakukan pengadukan lambat (slow mixing): Pneumatis,Mekanis,Hidrolis, Waktu operasi: 15 – 30 menit
Unit-unit Pengolahan (2) • • • • • • • • • •
Unit-unit Pengolahan (2) ■ Sedimentasi: ☐ Pengendapan secara gravitasi: ρ partikel > ρ air: ■ Sedimantasi: pengendapan flok ■ Pra-sedimentasi: pengendapan settleable particle ■ Pra-sedimentasi: pengendapan settleable particle ☐ Berdasarkan arah aliran: ■ Horizontal/radial ■ Vertikal ■ Dengan kemiringan: plate settler
• • • • • • • •
Waktu pengendapan: tergantung ukuran partikel. Kecepatan mengendap umumnya berkisar antara 1-2 jam ☐ Penyisihan partikel yang mempunyai ρ partikel < ρ air: Flotasi/pengapungan, misal penyisihan minyak bebas (free oil) dari air ■ Gabungan instalasi unit koagulasi, flokulasi dan sedimentasi: aselator
Pengolahan • Filtrasi: • ☐ Penyaringan dengan menggunakan media berbutir • ☐ Penyisihan partikel dengan cara penyaringan untuk ukuran • diameter partikel lebih besar dari ukuran media filter: • Saringan pasir cepat (rapid sand filtration) : laju aliran = 120 • ■ Saringan pasir cepat (rapid sand filtration) : laju aliran = 120 • m3/m2/jam • ■ Saringan pasir lambat (slow sand filtration) : laju aliran =5 • m3/m2/jam
Pengolahan air • • • • • • • • •
☐ Saringan pasir cepat: ■ Single media : pasir ■ Multi media : antrasit – pasir – garnet ☐ Saringan pasir lambat: ☐ Saringan pasir lambat: ■ Sedimentasi ■ Filtrasi ■ Biologi proses ■ Desinfeksi: penghilangan mikroorganisme patogen: klorinasi, • ozonisasi, sinar ultra violet, pemanasan, dll
Pengolahan air ■ Penurunan kesadahan (air tanah): ☐ Penambahan kapur atau kapur soda ☐ Pertukaran ion: Ca++ + Na2R → CaR + 2Na+ ■ Penurunan Fe dan Mn:Oksidasi dan pengaturan pH ☐ Oksidasi dan pengaturan pH ■ Penyisihan materi terlarut (Total Dissolved Solid): Membran ■ Penyisihan bau, rasa dan warna: ☐ Adsorpsi: karbon aktif
Membran Membran ■ Menyisihkan partikel-partikel koloidal dan ion-ion terlarut ■ Selektivitas pemisahan berdasarkan ukuran pori : ☐ Mikrofiltrasi : 0,02 – 10 mm ☐ Ultrafiltrasi : 0,01 – 0,02 mm ☐ Membran dense : 0,0001 – 0,001 mm ☐ Reverse osmosis : ≤ 0,0001 mm
Jaringan distribusi Jaringan distribusi ■ Air yang telah diolah siap untuk didistribusikan kepada para pemakai. Sarana yang digunakan biasanya menggunakan perpipaan, dikenal sebagai jaringan distribusi air minum ■ Selama perjalanannya dari reservoir penampung air, sampai ke pelangggan, kualitas air harus tetap terjaga. Biasanya dilakukan pengecekan sisa khlor di titik dalam jaringan, agar dijamin tidak ada bakteri patogen yang masuk selama perjalanannya. ■ Air yang dialirkan oleh jaringan distribusi ini harus dijamin kuantitasnya, tidak boleh terlalu banyak hilang akibat kebocoran. Kebocoran air yang ideal tidak lebih dari 15%.
