1

BAB I PENDAHULUAN Pembangunan sektor industri di Indonesia tiap tahun mengalami perkembangan yang semakin pesat, khususnya pembangunan di subsector industry kimia. Salah satu industri yang mempunyai prospek cukup menjanjikan dan mengalami peningkatan setiap tahunnya adalah industri karet sintetis. Penggunaan karet sintetis menggeser karet alam karena karet sintetis lebih baik sifat fisisnya daripade karet alam. Bahan baku karet sintetis adalah butadiena. Di Indonesia, permintaan butadiena sampai sekarang masih diimpor karena belum diproduksinya butadiena di dalam negeri. Usaha pendirian pabrik sebenarnya pernah dirintis oleh beberapa perusahaan, tetapi belum ada yang terealisasikan. Padahal permintaan butadiena cenderung meningkat, dan pabriknya berpotensi didirikan di dalam negri. Konsumsi butadiena di Indonesia pada sektor industri Styrene Butadiene Rubber (SBR) dan Styrene Butadiene Latex (SBL) meningkat sebesar 7% pada tahun 2010. Pada tahun 2011 diperkirakan akan naik sebesar 4%, 5% pada tahun 2012 dan sebesar 6% pada tahun 2013. Berdasarkan data tersebut, pabrik butadiena harus dibangun di Indonesia untuk menekan impor butadiena karena konsumsi dalam negri semakin meningkat [Indochemical, 2009]. Pabrik butadiena direncanakan dibangun pada akhir tahun 2011 dengan lama pendirian pabrik sekitar dua tahun dan siap beroperasi pada tahun 2014. Kapasitas pabrik butadiena ini adalah 48,000 ton/tahun dan diprediksi dapat memenuhi sekitar 75% butadiena nasional pada tahun 2014. Range kapasitas produksi pabrik butadiena di dunia adalah 25 975 ribu ton/tahun. Jadi kapasitas pabrik ini sudah cukup ideal karena berada dalam range capasity pabrik butadiena dunia. Pemilihan lokasi di kawasan industri Badak yang terletak di Provinsi Kalimantan Timur dikarenakan tersedianya bahan baku butana yang diperoleh dari PT. Badak NGL, Bontang.

2

BAB II SISTEM UTILITAS 2.1 Unit Pengolahan Air Air memiliki peran yang sangat penting dalam pabrik 1,3 butadiena. Ketersediaan air dalam industri harus terus ada, karena tanpa air suatu industri tidak dapat beroperasi. Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda, tergantung kepada tujuan penggunaannya. Air yang berasal dari alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang diperlukan, sehingga harus mengalami proses pengolahan terlebih dahulu. Secara sederhana pongolahan air meliputi sedimentasi, koagulasi, filtrasi, demineralisasi dan deaerasi serta penambahan senyawa-senyawa kimia tertentu. Secara garis besar proses pengolahan air melalui beberapa tahapan, yaitu:1. Screen

Screen merupakan penyaring awal padatan-padatan kasar seperti kayu, daun, dan bebatuan yang kemungkinan terbawa pada saat air dialirkan dari sungai ke bak penampungan. Pabrik yang memproduksi 1,3 butadiena ini menggunakan screen jenis bar screen. Bar screen berfungsi untuk menyaring padatan seperti batang dan ranting pohon dan juga berfungsi untuk menyaring solid yang tersuspensi yang berdiameter sampai 1/16 inch.2. Bak Pengendapan

Sebelum air sungai dipompakan ke clarifier, terlebih dahulu air di tampung di bak pengendapan untuk mengendapkan kotoran-kotoran yang masih terdapat didalam air sungai. Di asumsikan kotoran diendapkan sekitar 2% pada bak ini. Bentuk dari bak penampungan ini adalah empat persegi panjang (balok) dengan bagian atasnya terbuka.

3

3. Tangki Pelarutan Al2(SO4)3

Al2(SO4)3 disebut juga tawas, merupakan bahan koagulan yang paling banyak digunakan karena bahan ini paling ekonomis (murah), mudah didapatkan di pasaran. Selain itu bahan ini cukup efektif untuk menurunkan kadar karbonat. Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air sungai mahakam ber-pH 5 yang akan diolah, dan alum tersebut paling efektif bekerja pada pH antara 5,8-7,4.4. Tangki Pelarutan Na2CO3

Natrium karbonat digunakan sebelum penambahan alum yang bertujuan untuk mengatur pH air agar alum dapat bekerja secara maksimal. Abu soda ditambahkan kembali setelah penggunaan alum agar pH air kembali netral. 5. Clarifier Di dalam clarifier terjadi proses koagulasi oleh senyawa koagulan. koagulasi yaitu proses netralisasi muatan sehingga partikel-partikel dapat saling berdekatan satu sama lain. Partikel yang saling berdekatan ini kemudian membentuk flok-flok. Setelah flok terbentuk, terjadilah proses flokulasi diantara flok-flok tersebut. Flokulasi adalah proses penyatuan antar flok sehingga membentuk partikel dengan ukuran yang lebih besar dan berpotensi untuk mengendap. Akumulasi endapan inilah yang kemudian disebut sludge/lumpur. Range pH ideal pada proses ini adalah 6,0 7,5 [Nalco, 2007]. Efek dari kinerja tawas adalah turunnya pH karena terbentuknya asam. Oleh sebab itu, perlu ditambahkan soda ash (Na2CO3) untuk meningkatkan pH. Di dalam air, koagulan akan mengalami proses disosiasi, hidrolisa dan polimerisasi. Dalam proses klarifikasi ini, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan [Nalco, 2007]

Titik injeksi bahan kimia Volume clarifier (minimal waktu tinggal 3 jam) dan volume clarifier Penentuan dosis bahan kimia dilakukan melalui Jar Test Dosis bahan kimia dapat berubah sesuai dengan kondisi bahan baku

4

Level sludge harus dijaga minimal/maksimal berkisar 2 meter dari

level air bersih. Sludge dibuang secara berkala minimal per 1 hari. Sludge berfungsi sebagai penyaring/penahan flok-flok yang baru terbentuk. 6. Sand Filter Sand filter merupakan saringan yang digunakan untuk memisahkan padatan yang tersuspensi yang terdapat pada air dengan menggunakan media penyaring berupa pasir, sehingga diharapkan hasil air saringan ini sudah bebas dari padatan dan sudah bisa digunakan untuk keperluan boiler, pengolahan, pendingin dan untuk kebutuhan domestik. Sand filter ini berbentuk silinder tegak dengan tutup atas datar dengan bahan konstruksi carbon steel. Jenis sand filter yang digunakan adalah rapid sand filter. 7. Tangki Air Domestik Tangki air domestik berfungsi untuk menampung air untuk keperluan domestik, seperti untuk kebutuhan karyawan, musholla, kantin, laboratorium, taman, perumahan, kantor, air sanitasi dan lain-lain. Tabel 2.1 Baku mutu air sanitasi; Syarat-syarat Min max diijinkan 1 2 3 4 5 6 1 2 3 A. FISIKA Bau TDS Kekeruhan Rasa Suhu Warna B.KIMIA 1.Kimia Anorganik Air raksa Alumunium Arsen mg/L Skala NTU Skala TCU mg/L mg/L mg/L 1000 5tidak berasa

No

Parameter

Satuan

Keterangan

diijinkantidak berbau

63 C 15 0,001 0,2 0,05

o

5

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 2

Balium Besi Flouridda Kadmium Kesadahan Klorida Kromium Mangan Natrium Nitrat Nitrit Perak PH Selenium Seng Sianida Sulfat Sulfida Tembaga Timbal 2.Kimia Organik Aldrin Benzena Benzo Chlrodane Chloroform 2,4 D DDT 1,2 Dichloroethane 1,1 Dichloroethane Heptachlor Hexachlorobenzene Lindane Hethychlor Pentachlorophenol Pestisida total 2,4,6 trichlorophenol Zat organik 3 Mikrobiologi Koliform tinja Total koliform

mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Jml/100ml Jml/100ml

1 0,3 1,5 0,05 500 250 0,05 0,1 200 10-Jan 1 0,05 9,5 0,01 5 0,1 400 0,05 1 0,05 0,0007 0,01 0,00001 0,0003 0,03 0,1 0,03 0,01 0,0003 0,003 0,00001 0,004 0,03 0,01 0,1 0,01 10 0 0

6

1 2

4. Radio aktivitas Aktivitas alpha Aktivitas beta

mg/L mg/L

0,1 1

(Sumber : peraturan Menteri Kesehatan RI No. 416/MENKES/PER/II/1990)8. Unit Desinfektan

Jenis desinfektan yang digunakan adalah sistem sinar UV. Sistem UV menggunakan lampu merkuri tekanan rendah yang tertutup dalam tabung quartz. Tabung dicelupkan dalam air yang mengalir dalam tangki sehingga tersinari oleh radiasi UV dengan panjang gelombang sebesar 2.537 A yang bersifat germicidal. Namun transmisi UV dengan quartz berkurang sejalan dengan penggunaan yang terus menerus. Oleh karena itu, lampu quartz harus dibersihkan secara teratur dengan cara pembersihan mekanik, kimiawi, dan ultrasonic. Mekanisme perusakan oleh UV pada awalnya UV merusak viral genome, selanjutnya merusak struktural pelindungan virus. Setelah itu, radiasi UV merusak DNA mikroba pada panjang gelombang hampir 260 nm. Menyebabkan dimerisasi thymine, yang menghalangi replikasi DNA dan efektif menginaktivasi mikroorganisme. Tabel 2.2 Persyaratan Air Minum No I 1 Jenis Parameter PARAMETER WAJIB Parameter yang berhubungan langsung dengan kesehatan a. Parameter Mikrobiologi 1. 2. E.Coli Total bakteri Koliform Jumlah per 100 ml sampel Jumlah per 100 ml sampel mg/l mg/l mg/l 0 0 0,01 1,5 0,05 Satuan Kadar Maksimum yang diperbolehkan

b. Kimia an-organik 1. Arsen 2. Fluorida 3. Total Kromium

7

No 4. 7. 8. 2.

Jenis Parameter Kadmium Sianida Selenium5. Nitrit, (sebagai NO2) 6. Nitrat (sebagai NO3)

Satuan mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

Kadar Maksimum yang diperbolehkan 0,003 3 50 0,07 0,01

Parameter yang tidak langsung berhubungan dengan kesehatan a. Parameter Fisik 1. Bau 2. Warna 3. Total Zat padat terlarut

TCU mg/l NTUo

Tidak berbau 15 500 5 Tidak berasa Suhu udara + 3 0,2 0,3 500 250 0,4 6,5-8,5 3 250 2 1,5

(TDS) 4. Kekeruhan 5. Rasa 6. Suhu b. Parameter Kimiawi 1. Aluminium 2. Besi 3. Kesadahan 4. Khlorida 5. Mangan 6. pH 7. Seng 8. Sulfat 9. Tembaga 10. Amonia II PARAMETER TAMBAHAN 1. KIMIAWI a. Bahan Anorganik 1. Air raksa 2. Antimon 3. Barium 4. Boron 5. Molybdenum 6. Nikel 7. Sodium 8. Timbal 9. Uranium b. Bahan Organik

C

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

0,001 0,02 0,7 0,5 0,07 0,07 200 0,01 0,015

8

No 2. 3.

Jenis Parameter1. Zat Organik (KmnO4)

Satuan mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

Kadar Maksimum yang diperbolehkan 10 0,05 0,004 0,02 0,05 0,05 0,02 0,04 0,01 0,7 0,5 0,3 0,02 1 0,3

Deterjen Chlorinated alkanes Carbon tetrachloride Dichloromethane 1,2- Dichloroethane 4. Chlorinated ethenes 1,2- Dichloroethene Trichloroethene Tetrachloroethene 5. Aromatic hydrocarbons Benzene Toluene Xylenes Ethylbenzene Styrene 6. Chlorinated benzenes 1,2-Dichlorobenzene (1,2-DCB) 1,4- Dichlorobenzene (1,4-DCB) Lain-lain

9. Ion exchanger Prosesnya adalah menggunakan alat Cation Exchanger dan Anion Exchanger untuk menghilangkan ion-ion di dalam air. Ion-ion, seperti: Ca+2 dan Mg+2 dapat menyebabkan kesadahan terutama pada alat-alat proses. Oleh sebab itu, ion-ion pengganggu tersebut harus dihilangkan dari air.

9

Cation Exchanger Air umpan boiler dan air proses yang digunakan merupakan air murni yang bebas dari garam-garam terlarut. Cation exchanger dapat mengurangi kesadahan air yaitu menghilangkan kation-kation (misal Ca+2, Mg+2) dalam air. Resin yang digunakan adalah string acid cation.

1. Parameter tambahan

10

11

p (Sumber : Permenkes No. 492/Menkes/Per/IV/2010) ,

Reaksi pengikatan yang terjadi dipermukaan resin, RH2 + CaSO4 H2SO4 + RCa RH2 + MgCl2 2HCl + RMg Untuk regenerasi resin digunakan HCl, reaksi yang terjadi, RCa + 2HCl CaCl2 + RH2

9.

Ion Exchanger Prosesnya adalah menggunakan alat Cation Exchanger dan Anion

Exchanger untuk menghilangkan ion-ion di dalam air. Ion-ion, seperti: Ca+2 dan Mg+2 dapat menyebabkan kesadahan terutama pada alat-alat proses. Oleh sebab itu, ion-ion pengganggu tersebut harus dihilangkan dari air. Jenis ion exchanger yang digunakan adalah Mix Bed Demineralizer

12

Cation Exchanger Air umpan boiler dan air proses yang digunakan merupakan air murni yang bebas dari garam-garam terlarut. Cation exchanger dapat mengurangi kesadahan air yaitu menghilangkan kation-kation (misal Ca+2, Mg+2) dalam air. Resin yang digunakan adalah string acid cation. Reaksi pengikatan yang terjadi dipermukaan resin, RH2 + CaSO4 H2SO4 + RCa RH2 + MgCl2 2HCl + RMg Untuk regenerasi resin digunakan HCl, reaksi yang terjadi, RCa + 2HCl CaCl2 + RH2 RMg + 2HCl MgCl2 + RH2

Anion Exchanger Anion exchanger berfungsi menghilangkan anion-anion (misal, Cl-, SiO22-, CO32- dan SO42-) dalam air. Resin yang digunakan adalah string acid cation. Reaksi pengikatan yang terjadi dipermukaan resin: R-OH + H2SO4 2H2O + R2SO4 R-OH + HCl H2O + RCl Untuk regenerasi resin digunakan NaOH, reaksi yang terjadi: RCl + NaOH R-OH + NaCl R2SO4 + NaOH 2R-OH + Na2SO4

10. Tangki Air Umpan Boiler

Berfungsi untuk menampung air umpan boiler dan untuk menjaga kontuinitas umpan air boiler.

13

Baku mutu air umpan boiler No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Suhu pH daya hantar listrik Total kesadahan Kadar bikarbonat Total alkaliniti Kesadahan Ca/Mg Kadar cholrida Kadar sulfat Parametero

Satuan C

Persyaratan Maksimum (Psig) 0 - 150 8-10 1,12 50 140 0 0 0 150-700 8,2-10 0 5 70 0 0 0 700 - 1500 8,2-9 0 0 40 0 0 0

unit o

D

ppm,CaCO3 ppm,CaCO3 ppm ppm,Cl ppm,SO4

14

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Kadar silika Kadar carbonat Kadar hidroksida Kadar amonium Kadar H2S Kadar besi Kadar aluminium kadar mangan Padatan tersuspensi Padatan terlarut Total padatan Oksigen terlarut Stability index Kadar tembaga

ppm,SiO4 ppm,CO3 ppm,OH ppm,NH4 ppm,H2S ppm,Fe ppm,Al ppm,Mn ppm ppm ppm ppm,O2 ppm,Cu

30 200 50 0,1 5 1 5 0,3 20 700 720 1,4 6-7 0,5

10 40 30 0,1 0 0,2 0,1 0,1 5 150 155 0 6-7 0,05

0,7 20 15 0,1 0 0,05 0,01 0,01 0 50 50 0 6-7 0,05

(Sumber: Ir. Sukartinah, MS: 1992) 11. Deaerator Gas-gas yang terlarut dalam air umpan seperti O2, CO2 dan NH3 dapat menyebabkan korosi pada boiler. Untuk menghilangkan gas-gas tersebut maka diperlukan proses deaerasi dengan menggunakan deaerator. Jenis deaerator yang digunakan adalah thermal deaerator karena efisiensi yang tinggi. Suhu yang dibutuhkan untuk memisahkan O2 dan CO2 adalah 100 oC yang dicapai dengan injeksi steam [Wilmar Group, 2007] Kemudian air yang telah mengalami proses deaerasi siap digunakan untuk air umpan boiler. Jenis deaerator yang digunakan adalah cascade type.

15

2.2

Unit Pembangkit Steam

Di dalam operasi pabrik, steam berfungsi sebagai media transfer energi. Steam dihasilkan oleh unit peralatan pembangkit steam yang disebut boiler. Prinsip kerja unit boiler adalah memindahkan panas (heat transfer) dari panas hasil pembakaran bahan bakar (fuel) di dalam ruang pembakaran ke air yang berada dalam tube-tube melalui permukaan tube. Karena panas pembakaran yang sangat tinggi, maka perpindahan panas berlangsung secara radiasi. Unit ini bertujuan untuk memenuhi kebutuhan steam yang diperuntukkan pada heater, koil, reboiler maupun sistem pemanas pada reaktor. Kebutuhan steam pada perancangan pabrik 1,3 butadiena ini adalah 1261,591 kg/jam. Untuk kebutuhan steam dihasilkan dari boiler. Pada prinsipnya, boiler dapat digolongkan ke dalam dua tipe yaitu boiler tipe pipa api (fire tube type boiler) dan boiler pipa air (water tube type boiler). Pada boiler pipa api, steam yang dihasilkan digunakan untuk pemanasan, proses dan penggerak pompa. Fuel gas hasil pembakaran dilewatkan di dalam pipa dan memberikan panasnya ke air yang berada dibagian shell side. Sedangkan pada boiler pipa air, air diubah menjadi steam dibagian dalam pipa, sedangkan gas panas dilewatkan pada bagian luar. Boiler pipa api umumnya digunakan untuk memproduksi steam dengan kapasitas rendah hingga 20.000 lb (9000 kg) steam per jam dan tekanan 100 hingga 150 psig (8-11 atm), sedangkan boiler pipa air umumnya digunakan untuk memproduksi steam dengan kapasitas hingga 200.000 lb (90000 kg) steam per jam dan tekanan hingga 235 psig (17 atm) (Kern, 1965). Maka pada perancangan ini digunakan boiler jenis pipa api. 2.3 Unit Pembangkit Listrik

Pada pengoperasian suatu industri khususnya industri pengolahan, energi listrik merupakan suatu kebutuhan yang sangat vital, mengingat hampir seluruh peralatan dalam proses industri membutuhkan energi listrik sebagai sumber energi utama. Diperlukan penanganan yang serius untuk menjaga kelangsungan suplai, kualitas dan keamanan operasinya. Menurunnya kualitas listrik akan

16

mengakibatkan sistem penggerak pada unit proses tidak bekerja optimal. Selain itu, unit pembangkit listrik ini berfungsi untuk menghasilkan listrik guna memenuhi kebutuhan penerangan seluruh area pabrik, tenaga penggerak pompa dan peralatan proses lainnya, instrumentasi serta laboratorium. Energi listrik merupakan salah satu pendukung terselenggaranya kegiatan proses pada suatu industri. Untuk itu perlu disediakan unit pembangkit listrik untuk menjaga kontinuitas pabrik. Listrik yang dibutuhkan di pabrik 1,3 butadiena ini sebesar 322,778 kwatt. Untuk menghasilkan listrik digunakan generator dengan bahan bakar jenis fuel oil 20API (C11H28).

BAB III PENGOLAHAN LIMBAH

Tujuan didirikan suatu pabrik adalah untuk mengolah bahan baku menjadi suatu produk yang diinginkan. Pada pabrik butadiena ini tidak dihasilkan limbah gas yang berbahaya karena COD dan BOD yang sangat rendah berdasarkan hasil samping yang dihasilkan pada proses yaitu H2 dan C3H8 yang ditampung di tangki penyimpanan. Gas H2 tersebut akan dijual, sedangkan C3H8 akan digunakan sebagai bahan bakar pada unit furnace.

17

Selain limbah gas, limbah pabrik butadiena ini adalah limbah cair domestik berupa buangan limbah dari perumahan karyawan, kantin, kantor dan sebagainya. Sebenarnya limbah ini tidak terlalu berbahaya, tetapi jika tidak dilakukan pengolahan atau treatment yang benar dan tepat maka akan berdampak signifikan apabila dalam jumlah yang besar terhadap lingkungan pabrik dan lingkungan pemukiman sekitar pabrik. Dari tabel 3-2 hal. 157 Metcalf & Eddy, 1991, diperoleh : Limbah domestik untuk kantor per orang = 75 liter/hari Limbah domestik untuk perumahan karyawan per rumah 450 liter/hari Limbah domestik untuk kantin per orang = 35 liter/hari Jadi, total limbah domestik yang dihasilkan pada pabrik butadiena ini adalah 6041,67 Liter/jam. Sehingga total air buangan (limbah cair) dari pabrik butadiena ini adalah 6,10667 m3/Jam Karena COD dan BOD sangat rendah, maka limbah cair diolah di kolam netralisasi. Proses netralisasi diproses dari limbah cair domestik yang mengandung bahan organik mempunyai pH = 5 (Hammer, 1998). Limbah pabrik yang terdiri dari bahan-bahan organik harus dinetralkan sampai pH = 7 (Kep. 42/MENLH/10/1998). Untuk menetralkan limbah digunakan soda abu (Na2CO3). Kebutuhan Na2CO3 untuk menetralkan pH air limbah adalah 0,15 gram Na2CO3/30 ml air limbah (Lab. Analisa FMIPA USU, 1999). Jumlah air buangan = 146,56 m3/hari = 146560 L/hari Kebutuhan Na2CO3 : = (146560 L/hari)x(0,15 gr/30ml)x(1000 ml/1 L)x(1 kg/1000 gr)x (1 hari/24 jam) = 30,5333 Kg/Jam