Dipisah Lampiran Bab 7

D.34 Pompa Air Proses (PU-18)

Fungsi : Memompa air dari Tangki Utilitas 1 (TU-01) ke unit proses

Jenis : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 300C

- Densitas air () = 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3

- Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,000538 lbm/ftjam

Laju alir massa (F) = 62692,01 kg/jam = 38,39 lbm/detik

Debit air/laju alir volumetrik, Q= F

ρ=

38,39 lbm /s

62,16 lbm /ft3

= 0,617 ft3/s

Desain pompa

Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Walas, 1990)

= 3,9 × (0,617 ft3/s)0,45 × (62,16 lbm/ft3)0,13

= 5,675 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis (2003), dipilih pipa dengan spesifikasi:

Ukuran nominal : 6 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 6,605 in = 0,5504 ft = 0,168 m

Diameter Luar (OD) : 6,625 in = 0,5521 ft

Inside sectional area : 0,2006 ft2

Kecepatan linier: v =

QA =

0,617 ft3 /s0,2006 ft2

= 3,079 ft/s

Bilangan Reynold : NRe =

ρ×v×Dμ

=

(62 ,16 lbm /ft3 )(3 ,079 ft /s )(0 , 5504 ft )0,000538 lbm/ft . s

= 195779,75

Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6 x 10-5 (Geankoplis, 2003)

Pada NRe = 195779,75 dan /D = 0,000046 m /0,168 m = 0,00008

maka harga f = 0,003 (Geankoplis, 2003)

Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,55(1−

A2

A1) v2

2 α = 0,5 5(1−0) 3 ,0792

2(1 )(32 ,174 )

= 0,0737 ft.lbf/lbm

1 elbow 90°: hf = n.Kf.

v2

2. gc = 1(0,75)

3 , 0792

2(32, 174 ) = 0,1105 ft.lbf/lbm

1 check valve: hf = n.Kf.

v2

2. gc = 1(2)

3 , 0792

2(32 , 174 ) = 0,2947 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 30 ft: Ff = 4f

ΔL. v2

D . 2. gc = 4(0,003)

(10 ) . (3,079 )2

(0 ,550 ) . 2. (32 ,174 )

= 0,0428 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = (1−

A1

A2)2

v2

2.α . gc = (1−0 )2 3 , 0792

2 (1 ) (32,174 )

= 0,1473 ft.lbf/lbm

Total friction loss: F = 0,6990 ft.lbf/lbm

Dari persamaan Bernoulli:

12α (v22−v

12)+g (z2−z1 )+P2−P1

ρ+∑ F+W s=0

(Geankoplis, 2003)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

Z = 10 ft

maka: 0+9 ,806 (10 ft )+0+0 , 8893 ft . lbf/lbm+W s=0

Ws = - 98,729 ft.lbf/lbm

Efisiensi pompa, = 80 %

Ws = - × Wp

- 98,729 = - 0,8 × Wp

Wp = 123,411 ft.lbf/lbm

Daya pompa : P = m × Wp

= 38,39 lbm/s×123 ,411 ft . lbf/lbm ×

1 hp550ft . lbf/s

= 8,61 hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor 9 hp.

Unit Pengolahan Limbah

D.35 Bak Penampungan (BP)

Fungsi : Tempat menampung air buangan sementara

Bahan konstruksi : Beton kedap air

Jumlah : 1 unit

Laju volumetrik air buangan = 36,46 m3/jam

Waktu penampungan air buangan = 10 hari

Volume air buangan = (36,36 × 10 × 24)/2 = 4375,2 m3

Bak terisi 90 % maka volume bak =

4375,20,9 = 4861,3 m3

Direncanakan ukuran bak sebagai berikut:

- panjang bak (p) = 3 × lebar bak (l)

- tinggi bak (t) = lebar bak (l)

Maka:

Volume bak = p × l × t

4861,3 m3 = 3 l × l × l

lebar = 11,74 m

Jadi, panjang bak = 35,23 m

lebar bak = 11,74 m

tinggi bak = 11,74 m

Luas bak = 413,68 m2

D.36 Pompa Bak Penampung (PL-01)

Fungsi : Memompa cairan limbah dari bak penampungan ke bak

pengendapan awal


Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 300C



Laju alir massa (m) = 36231,7 kg/jam = 22,1881 lbm/detik


ρ=

22,1881 lbm /s

62,1419 lbm /ft3

= 0,357 ft3/s

Desain pompa

Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Walas, 1990)

= 3,9 × (0,357 ft3/s)0,45 × (62,1419 lbm/ft3)0,13

= 4,43 in








QA =

0,357 ft3 /s0,139 ft2

= 2,568 ft/s


ρ×v×Dμ

=

(62 ,1419 lbm/ ft3 )(2,568 ft / s )(0 , 420 ft )0,000538 lbm/ft . s

= 124773,08


Pada NRe = 124773,08 dan /D = 0,000046 m /0,128 m = 0,00035


Friction loss:


A2

A1) v2

2 α = 0,5 (1−0 )2,5682

2(1)(32 ,174 )

= 0,0512 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 2(0,75)

2,5682

2(32, 174 ) = 0,0769 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 1(2)

2,5682

2(32 , 174 ) = 0,2050 ft.lbf/lbm


ΔL. v2

D . 2. gc = 4(0,004)

(20 ) . (2,568 )2

(0 , 426 ) .2 . (32,174 ) = 0,0780 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = n(1−

A1

A2)2

v2

2. α . gc = 1(1−0 )2 2 , 5682

2 (1 ) (32,174 )

= 0,1025 ft.lbf/lbm



12α (v22−v

12)+g (z2−z1 )+P2−P1

ρ+∑ F+W s=0

(Geankoplis, 2003)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

Z = 8 ft

maka: 0+9 ,806 (8 ft )+0+0 ,5136 ft . lbf/lbm+W s=0

Ws = 78,96 ft.lbf/lbm


Ws = - × Wp

78,96 = - 0,8 × Wp



= 22,1882 lbm/s×98,7019 ft . lbf/lbm ×

1 hp550ft . lbf/s

= 3,98 hp


D.37 Bak Sedimentasi Awal (BSA)

Fungsi : Menghilangkan padatan dengan cara pengendapan.


Jumlah : 1 unitLaju volumetrik air buangan = 36,46 m3/jam

Waktu tinggal air = 5 jam (Perry, 1997)

Volume bak (V) = 36,36 m3/jam × 5 jam = 182,3 m3

Bak terisi 90 maka volume bak =

182,3 0,9 = 202,5 m3




Maka: Volume bak = p × l × t

202,5 m3 = 2l × l × l

l = 4,66 m


lebar bak = 4,66 m

tinggi bak = 4,66 m

Luas bak = 43,44 m2

D.38 Pompa Bak Pengendapan Awal (PL-02)

Fungsi : Memompa limbah dari bak pengendapan awal ke bak

netralisasi



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 300C





ρ=

22,1881 lbm /s

62,1419 lbm /ft3

= 0,357 ft3/s

Desain pompa

Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Walas, 1990)

= 3,9 × (0,357 ft3/s)0,45 × (62,1419 lbm/ft3)0,13

= 4,43 in








QA =

0,357 ft3 /s0,139 ft2

= 2,568 ft/s


ρ×v×Dμ

=


= 124773,08


Pada NRe = 124773,08 dan /D = 0,000046 m /0,128 m = 0,00035


Friction loss:


A2

A1) v2

2 α = 0,5 (1−0 )2,5682

2(1)(32 ,174 )

= 0,0512 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 2(0,75)

2,5682

2(32, 174 ) = 0,0769 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 1(2)

2,5682

2(32 , 174 ) = 0,2050 ft.lbf/lbm


ΔL. v2

D . 2. gc = 4(0,004)

(20 ) . (2,568 )2

(0 , 426 ) .2 . (32,174 ) = 0,0780 ft.lbf/lbm


A1

A2)2

v2

2. α . gc = 1(1−0 )2 2 , 5682

2 (1 ) (32,174 )

= 0,1025 ft.lbf/lbm



12α (v22−v

12)+g (z2−z1 )+P2−P1

ρ+∑ F+W s=0

(Geankoplis, 2003)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

Z = 10 ft




Ws = - × Wp

98,57 = - 0,8 × Wp



= 22,1882 lbm/s×123,216 ft . lbf/lbm ×

1 hp550ft . lbf/s

= 4,97 hp


D.39 Bak Netralisasi

Fungsi : Tempat menetralkan pH limbah.


Jumlah : 1 unit

Kebutuhan Na2CO3 untuk menetralkan pH air limbah adalah 0,15 mg Na2CO3/ 30 ml

air limbah (Lab. Analisa FMIPA USU, 1999).

Jumlah air buangan = 36,46 m3/jam = 36463 liter/jam

Kebutuhan Na2CO3:

= (36463 liter/jam) × (0,15 mg/0,03 liter) × (1 kg/106 mg)

= 0,182 kg/jam

Laju volumetrik air buangan = 36,46 m3/jam

Direncanakan waktu penampungan air buangan selama 1 hari.

Volume air buangan = 36,46 m3/ jam × 1 hari × 24 jam/1 hari = 875,04 m3

Direncanakan menggunakan 1 buah bak penetralan.

Bak yang digunakan direncanakan terisi 90% bagian.

Volume bak =

875,04 0,9 = 972,27 m3




Maka: Volume bak = p × l × t

972,27 m3 = 2l × l × l

l = 7,86 m


lebar bak = 7,86 m

tinggi bak = 7,86 m

Luas bak = 123,60 m2

D.40 Pompa Bak Netralisasi (PL-03)

Fungsi : Memompa limbah dari bak netralisasi ke tangki aerasi



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 300C





ρ=

22,1881 lbm /s

62,1419 lbm /ft3

= 0,357 ft3/s

Desain pompa

Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Walas, 1990)

= 3,9 × (0,357 ft3/s)0,45 × (62,1419 lbm/ft3)0,13

= 4,43 in








QA =

0,357 ft3 /s0,139 ft2

= 2,568 ft/s


ρ×v×Dμ

=


= 124773,08


Pada NRe = 124773,08 dan /D = 0,000046 m /0,128 m = 0,00035


Friction loss:


A2

A1) v2

2 α = 0,5 (1−0 )2,5682

2(1)(32 ,174 )

= 0,0512 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 2(0,75)

2,5682

2(32, 174 ) = 0,0769 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 1(2)

2,5682

2(32 , 174 ) = 0,2050 ft.lbf/lbm


ΔL. v2

D . 2. gc = 4(0,004)

(20 ) . (2,568 )2

(0 , 426 ) .2 . (32,174 ) = 0,0780 ft.lbf/lbm


A1

A2)2

v2

2. α . gc = 1(1−0 )2 2 , 5682

2 (1 ) (32,174 )

= 0,1025 ft.lbf/lbm



12α (v22−v

12)+g (z2−z1 )+P2−P1

ρ+∑ F+W s=0

(Geankoplis, 2003)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

Z = 12 ft




Ws = - × Wp

118,185 = - 0,8 × Wp



= 22,1882 lbm/s×147,73 ft . lbf/lbm ×

1 hp550ft . lbf/s

= 5,95 hp


D.41 Pengolahan Limbah dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur Aktif)

Proses lumpur aktif merupakan proses aerobis di mana flok biologis (lumpur

yang mengandung biologis) tersuspensi di dalam campuran lumpur yang

mengandung O2. Biasanya mikroorganisme yang digunakan merupakan kultur

campuran. Flok biologis ini sendiri merupakan makanan bagi mikroorganisme ini

sehingga akan diresirkulasi kembali ke tangki aerasi.

Data:

Laju volumetrik (Q) = 36,46 m3/jam = 875,04 m3/hari

Dari Petrochemical Manufacturing (2004) diperoleh data sebagai berikut:

- BOD5 (So) = 100 mg/liter

- Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (X) = 200 mg/liter

Dari Metcalf & Eddy (1991) diperoleh data untuk unit activated sludge:

- Koefisien cell yield (Y) = 0,4 mg VSS/mg BOD5

- Koefisien endogenous decay (Kd) = 0,12 hari-1

Direncanakan:

Waktu tinggal sel (qc) = 10 hari

1. Penentuan Efisiensi

Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 3 Tahun 1998

Tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kawasan Industri (MenLH, 1998), diperoleh

kadar maksimum BOD5 yang diizinkan adalah 50 mg/liter. Pabrik bioetanol ini

mengolah limbah hingga BOD5 45 mg/liter maka efisiensi pengolahan adalah:

E=So−S

So×100%

(Metcalf & Eddy, 1991)

E=1 00−45100

×100%

E = 55%

2. Penentuan Volume Aerator (Vr)

Vr=θc .Q .Y ( So−S )

X (1+kd .θc) (Metcalf & Eddy, 1991)

=

(10 hari )(875,04 m3 /hari )(0,4 )(100−45 ) mg/l(200 mg/l)(1+0,12×10)

= 437,52 m3

3. Penentuan Ukuran Kolam Aerasi

Direncanakan :

Tinggi cairan dalam aerator = 3,5 m

Direncanakan perbandingan lebar dan tinggi cairan = 4 : 1

Jadi, lebar = 4 × 3,5 m = 14 m

V = p × l × t

437,52 m3 = p × 14 m × 3,5 m

p = 8,92 m

Faktor kelonggaran = 0,5 m di atas permukaan air (Metcalf & Eddy, 1991)

Tinggi = (3,5 + 0,5 ) m = 4 m

4. Penentuan Jumlah Flok yang Diresirkulasi (Qr)

Asumsi:Qe = Q = 36,46 m3/jam = 231162,49 gal/hari

Xe = 0,001 X = 0,001 × 200 mg/l = 0,2 mg/liter

Xr = 0,999 X = 0,999 × 200 mg/l = 199,8 mg/liter

Px = Qw × Xr (Metcalf & Eddy, 1991)

Px = Yobs .Q.(So – S) (Metcalf & Eddy, 1991)

Y obs=Y

1+k d θc (Metcalf & Eddy, 1991)

Y obs=0,41+(0,12). (10 ) = 0,1818

Px = (0,1818) (231162,49 gal/hari) (100 – 45) mg/l

= 2311393,74 gal.mg/l.hari

Neraca massa pada tangki sedimentasi:

Akumulasi = jumlah massa masuk – jumlah massa keluar

0 = (Q + Qr)X – Qe Xe – Qw Xr

0 = QX + QrX – Q(0,001X) - Px

Qr=QX (1 -0,001)+Px

X

¿(231162,49 )(200 )(1 -0,001 )+2311393,74 200

= 242488,29 gal/hari

5. Penentuan Waktu Tinggal di Aerator (q)

θ=VrQ

=437,52 m3

36,46 m3

hari

= 12 hari

6. Penentuan Daya yang Dibutuhkan

Type aerator yang digunakan adalah surface aerator. Kedalaman air = 4 m, dari

Tabel 10-11, Metcalf & Eddy (1991) diperoleh daya aeratornya 20 hp.

D.42 Pompa Tangki Aerasi (PL-04)

Fungsi : Memompa limbah dari tangki aerasi ke tangki sedimentasi



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 300C





ρ=

22,1881 lbm /s

62,1419 lbm /ft3

= 0,357 ft3/s

Desain pompa

Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Walas, 1990)

= 3,9 × (0,357 ft3/s)0,45 × (62,1419 lbm/ft3)0,13

= 4,43 in








QA =

0,357 ft3 /s0,139 ft2

= 2,568 ft/s


ρ×v×Dμ

=

(62 ,1419 lbm/ft3 )(2,568 ft / s )(0 , 420 ft )0,000538 lbm/ft . s

= 124773,08


Pada NRe = 124773,08 dan /D = 0,000046 m /0,128 m = 0,00035


Friction loss:


A2

A1) v2

2 α = 0,5 (1−0 )2,5682

2(1)(32 ,174 )

= 0,0512 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 2(0,75)

2,5682

2(32 , 174 ) = 0,0769 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 1(2)

2,5682

2(32 , 174 ) = 0,2050 ft.lbf/lbm


ΔL. v2

D . 2. gc = 4(0,004)

(20 ) . (2,568 )2

(0 , 426 ) .2 . (32,174 ) = 0,0780 ft.lbf/lbm


A1

A2)2

v2

2. α . gc = 1(1−0 )2 2 , 5682

2 (1 ) (32,174 )

= 0,1025 ft.lbf/lbm



12α (v22−v

12)+g (z2−z1 )+P2−P1

ρ+∑ F+W s=0

(Geankoplis, 2003)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

Z = 9 ft

maka: 0+9 ,806 ( 9 ft )+0+0 ,5136 ft . lbf/lbm+W s=0



Ws = - × Wp

88,76 = - 0,8 × Wp



= 22,1882 lbm/s×110,9594 ft . lbf/lbm ×

1 hp550ft . lbf/s

= 4,47 hp


D.43 Tangki Sedimentasi

Fungsi : mengendapkan flok biologis dari tangki aerasi dan sebagian diresirkulasi

kembali ke tangki aerasi.

Laju volumetrik air buangan = (231162,49 + 242488,29) gal/hari

= 473650,78 gal/hari = 1799, 87 m3/hari

Diperkirakan kecepatan overflow maksimum = 33 m3/m2 hari (Perry, 1997)

Waktu tinggal air = 2 jam = 0,083 hari (Perry, 1997)

Volume bak (V) = 1799, 87 m3/hari × 0,083 hari = 149,39 m3

Luas tangki (A) = (1799,87 m3/hari) / (33 m3/m2 hari) = 54,54 m3

A = ¼ D2

D = (4A/)1/2 = (4 × 54,54 / 3,14 )1/2 = 8,335 m

Kedalaman tangki, H = V/A = 149,39 / 54,54 = 2,74 m

D.44 Pompa Tangki Sedimentasi (PL-05)

Fungsi : Memompa air resirkulasi dari tangki sedimentasi ke tangki

aerasi



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 300C





ρ=

22,1881 lbm /s

62,1419 lbm /ft3

= 0,357 ft3/s

Desain pompa

Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Walas, 1990)

= 3,9 × (0,357 ft3/s)0,45 × (62,1419 lbm/ft3)0,13

= 4,43 in








QA =

0,357 ft3 /s0,139 ft2

= 2,568 ft/s


ρ×v×Dμ

=


= 124773,08


Pada NRe = 124773,08 dan /D = 0,000046 m /0,128 m = 0,00035


Friction loss:


A2

A1) v2

2 α = 0,5 (1−0 )2,5682

2(1)(32 ,174 )

= 0,0512 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 2(0,75)

2,5682

2(32, 174 ) = 0,0769 ft.lbf/lbm


v2

2. gc = 1(2)

2,5682

2(32 , 174 ) = 0,2050 ft.lbf/lbm


ΔL. v2

D . 2. gc = 4(0,004)

(20 ) . (2,568 )2

(0 , 426 ) .2 . (32,174 ) = 0,0780 ft.lbf/lbm


A1

A2)2

v2

2. α . gc = 1(1−0 )2 2 , 5682

2 (1 ) (32,174 )

= 0,1025 ft.lbf/lbm



12α (v22−v

12)+g (z2−z1 )+P2−P1

ρ+∑ F+W s=0

(Geankoplis, 2003)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

Z = 14 ft




Ws = - × Wp

137,797 = - 0,8 × Wp



= 22,1882 lbm/s×172,246 ft . lbf/lbm ×

1 hp550ft . lbf/s

= 6,94 hp


Documents

Dipisah Lampiran Bab 7