LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Hasil perhitungan neraca massa pada proses pembuatan Natrium Nitrat dari Asam Nitrat dan Natrium Klorida diuraikan sebagai berikut : Kapasitas produksi

= 2.000 ton/tahun = 2000.000 kg/tahun

Waktu operasi

= 330 hari/tahun

Basis perhitungan

= 1 jam operasi

Berat molekul

= - HNO3 - NaCl

= 63,02 gr/mol = 58,45 gr/mol

- NaNO3 = 85,01 gr/mol - NOCl

= 65,47 gr/mol

- Cl2

= 70,91 gr/mol

- H2O

= 18,00 gr/mol (Anonim, 2010)

Bahan baku

= - Asam Nitrat (HNO3) - Natrium Klorida (NaCl)

Komposisi Reaktan

= - Asam Nitrat (60 %) - NaCl (99 %)

Produk Utama

= - Natrium Nitrat (NaNO3)

Produk Samping

- Nitrosil Klorida (NOCl) - Klorin (Cl2)

Produksi Natrium Nitrat =

2000000 kg / tahun = 252 kg/jam 330 hari / tahun x 24 hari / jam

Kemurnian produk

= 98 %

Misal

:

(Othmer, 1968)

- F =

laju alir massa, kg/jam

- W=

fraksi massa

- N=

laju alir mol, kmol/jam

- X=

fraksi mol

Adapun pada Pra-Rancangan Pabrik Natrium Nitrat ini, penulis menggunakan alur mundur pada pengerjaannya.

A.1 Reaktor (R-130) Fungsi : tempat terjadinya reaksi antara Natrium Klorida (NaCl) dan Asam Nitrat (HNO3) hingga membentuk Natrium Nitrat (NaNO3), Nitrosil Klorida (NOCl), gas Klorin (Cl2) dan air (H2O). 3 NaCl

(s)

+ 4 HNO

3 NaNO

3( l )

3( s )

+ NOCl

(g)

+ Cl

2( g )

+2H O 2

(l)

Bahan baku yang digunakan adalah HNO3 60% dan NaCl 99%. Perbandingan laju alir molar HNO3 denganNaCl = 1,3. Konversi reaktan adalah 98% dengan HNO3 sebagai reaktan pembatas. F10= alur recycle NaCl dari evaporator

1

F = NaCl 99%

Reaktor 3

F = HNO3 60%

F5 = produk gas ( NOCl dan Cl2)

F4 = produk (NaNO3), sisa reaktan (NaCl dan HNO3) dan air Pada reakton, berlaku rumus : =

(Reklaitis, 1983)

Alur 3 : Zat yang masuk pada alur 2 yaitu HNO3 dan air. Dari alur 12 diperoleh : 2,822009057 kmol/jam, sehingga : =

= 0,940669686 kmol/jam (Reklaitis, 1983)

=

= 3,839468104 kmol/jam

=

= 241,9632799 kg/jam

=

=

=

= 403,2721332

403,2721332 – 241,9632799 = 161,3088533 kg/jam 8,96160296 kmol/jam (3,839468104 + 8,96160296) kmol/jam =12,80107106 kmol/jam Alur 1 Zat yang masuk pada alur 1 yaitu NaCl dan air. =

= 2,953437003 kmol/jam

=

2,953437003 kmol/jam . 58,45 = 172,6283928 kg/jam

kg/ja

- 172,6283928 kg/jam = 1,74372114 kg/jam 0,096873397 kmol/jam

=

2,953437003 kmol/jam + 0,096873397 kmol/jam 3,0503104 kmol/jam Alur 10 Zat yang masuk pada alur 10 yaitu NaCl dan air. Alur ini merupakan alur recycle dengan rasio

) dengan ( kg/jam = 34,744228 kg/jam 34,8744228 kg/jam = 17,4372114 kg/jam 0,29832697 kmol/jam 34,8744228–17,4372114)kg/jam=17,4372114 kg/jam kmol/jam 0,29832697 kmol/jam +

kmol/jam

1,267060937 kmol/jam Alur 5 Zat yang keluar pada alur 3 yaitu NOCl dan Cl2 Dari alur 2 diperoleh nilai laju reaksi r = 0,940669686 kmol/jam 0,940669686 kmol/jam = 0,940669686 kmol/jam 0,940669686 kmol/jam . 65,47 = 61,58564431 kg/jam 0,940669686 kmol/jam = 0,940669686 kmol/jam 0,940669686 kmol/jam . 70,91 = 66,7028874 kg/jam

= 0,940669686 + 0,940669686

1,881339371 kmol/jam

Alur 4 Zat yang keluar pada alur 4 yaitu HNO3, NaCl, NaNO3 dan air 3,839468104 – 4(0,940669686 kmol/jam) = 0,076789362 kmol/jam 0,076789362 kmol/jam . 63,02= 4,839265599 kg/jam 2,953437003+ 0.29832697–3(0,940669686) = 0,429754917 kmol/jam 0,076789362 kmol/jam . 58,45 = 25,11917488 kg/jam 2,822009057 kmol/jam 2,822009057 kmol/jam . 85,01 = 239,8989899 kg/jam +

+2.r

(0,096873397 + 8,96160296 +

) + (2 .

)

11,90854969 kmol/jam 11,90854969 kmol/jam . 18 = 214,3538945 kg/jam

484,2113249 kg/jam

15,23710303 kmol/jam Tabel A.1 Neraca Massa Reaktor Komp onen

BM (gr/ mol)

HNO3 NaCl NaNO3 NOCl Cl2 H2O

63,02 58,45 85,01 65,47 70,91 18

Total F Total

Alur 1

N kmol /jam

F kg/jam

2,953 0 0 0 0,096 3,059

172,6284 0 0 0 1,7437 174,3721

Masuk Alur 3

N kmol/ jam

3,8395 0 0 0 0 8,9616 12,8011

F kg/ jam

241,963 0 0 0 0 161,308 403,271

Alur 10

N kmol/ jam

0 0,2983 0 0 0 0,9687 1,2671

Alur 5

F kg/jam 0 17,437 0 0 0 17,437 34,874

612,4998566

N kmol/ jam

0

0,9407 0,9407 0 1,8813

Keluar

F kg/ jam

61,585 66,70 0 128,28

Alur 4

N kmol/ jam

0,0768 0,4298 2,8220 0 0 11,9085 15,2371

F kg/ jam

4,8393 25,119 239,89 0 0 214,35 484,21

612,4998566

A.2 Flash Drum ( V-210) Fungsi

: memisahkan gas Nitrosil Klorida (NOCl) dari gas Klorin (Cl2) maupun sebaliknya.

Pada flash drum, fraksi umpan diperoleh dari perhitungan neraca massa pada Reaktor (R-01) yaitu 50% nitrosil klorida dan 50% klorin. Pada flash drum, suhu operasi sebesar 65oC, dan tekanan sebesar 10 atm. Pada kondisi demikian, nitrosil klorida akan berubah fasa menjadi cair dan akan menjadi produk bawah, sedangkan gas klorin akan tetap berupa gas dan akan menjadi produk atas. 15

NOCl 100%

NOCl 50% Cl2 50% 14

17 Cl2 100%

Dari persamaan Antoine juga dapat dibuktikan fasa masing-masing zat pada 10 atm dengan menggunakan rumus: Tsat =

B______ _ C A – ln P

(Smith dan Van Ness, 1975)

Zat Klorin Nitrosil Klorida Sumber : Reklaitis, 1983

A

B

C

14.1372 6.48644

2055.15 1397.3

-23.3117 -12.15

Maka didapat: Tsat Cl2 = 34,95oC = 308,1 K Tsat NOCl = 172,50oC = 445,65 K sehingga dapat dibuktikan pada suhu 65oC (238 K), NOCl akan berupa gas sedangkan Cl2 akan berubah fasa menjadi cairan. Dari unit reaktor, diperoleh : = 128,2885317 kg/jam = 1,881339371 kmol/jam = 61,58564431 kg/jam = 0,940669686 kmol/jam = 66,7028874 kg/jam = 0,940669686 kmol/jam Untuk alur 15, gas Cl2 akan sepenuhnya terpisah dari NOCl, maka: =

= 0,940669686 kmol/jam

=

= 66,7028874 kg/jam

Maka, laju alir molar NOCl pada alur 17 adalah : =

= 0,940669686 kmol/jam

=

= 61,58564431 kg/jam

Tabel A.2 Neraca massa Flash Drum Masuk Keluar BM Alur 3 Alur 15 Alur 17 Komponen (gr/mol) N F N F N F (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) 63,02 0 0 0 0 0 0 HNO3 58,45 0 0 0 0 0 0 NaCl 85,01 0 0 0 0 0 0 NaNO3 65,47 0,9407 61,5856 0 0 0,9407 61,5856 NOCl 70,91 0,9407 66,7029 0,9407 66,7029 0 0 Cl2 18 0 0 0 0 0 0 H2 O Total 1,8813 128,2885 0,9407 66,7029 0,9407 61,5856 F Total 128,2885 128,2885

A.3 Evaporator-I (V-310) Fungsi : Menguapkan asam nitrat sisa reaksi dari campuran Diketahui seluruh asam nitrat yang ada di alur 4 ( kadar HNO3 di alur 5 yaitu 53% (

masuk ke alur 5 dengan

, sedangkan sisanya adalah air.

F19 = HNO3 yang diuapkan hingga titik didihnya F4 = keluaran reaktor

Evaporator-I F6 = keluaran reaktor tanpa kandungan HNO3

Alur 4: Zat yang masuk pada alur 4 yaitu HNO3, NaCl, NaNO3 dan air Dari unit reaktor diperoleh : =

kg/jam

=

kg/jam

=

kmol/jam

=

kmol/jam

=

kg/jam

=

=

kmol/jam

= 15,23710303 kmol/jam

=

kg/jam

=

kmol/jam

kg/jam

Alur 19 Zat yang keluar pada alur 19 yaitu HNO3 dan air = =

kg/jam =

= 0,076789362 kmol/jam

= 0,53 x 9,130689808 kg/jam = (1 – 0,53) =

=

kg/jam

4,29142421 kg/jam

= 0,238412456 kmol/jam

(0,076789362 + 0,238412456) = 0,315201818 kmol/jam

Alur 6 Zat yang keluar pada alur 6 yaitu NaCl, NaNO3 dan air = =

kg/jam = 0

=

=

=

=

=

kmol/jam

=

kg/jam

=

=

kmol/jam

=

4,2914242) = 210,0624703 kg/jam

=

=

11,67013724 kmol/jam

= = (0 +

210,0624703) kg/jam

= 475,0806351 kg/jam = =

(0

+

11,67013724)

kmol/jam =

14,92190121 kmol/jam Tabel A.3 Neraca Massa Evaporator-I Masuk Alur 4 BM Komponen N F (gr/mol) (kmol/jam) (kg/jam) HNO3 NaCl NaNO3 NOCl Cl2 H2 O

Total

63,02 58,45 85,01 65,47 70,91 18

0,0768 0,4298 2,8220 0 0 11,9085 15,2371

4,8393 25,1192 239,8990 0 0 214,3539 484,2113

Keluar

Alur 19 N F (kmol/jam) (kg/jam) 0,0768 0 0 0 0 0,2384 0,3152

4,8393 0 0 0 0 4,2914 9,1307

Alur 6 N F (kmol/ja (kg/jam) m) 0 0 0,4298 25,1192 2,8220 239,8990 0 0 0 0 11,6701 210,0625 14,9219 475,0806

F Total

484,2113

484,2113

A.4 Centrifuge (H-330) Fungsi

: memisahkan air dan sedikit NaCl dari campuran dengan memanfaatkan perbedaan massa jenis masing-masing zat di dalam campuran.

=

Pada unit Centrifuge, diketahui

, karena NaCl larut di dalam air.

F9 = air dan sedikit NaCl F7 = keluaran crystallizer

Centrifuge F8 = NaNO3, NaCl dan air

Alur 7 Zat yang masuk pada alur 7 yaitu NaCl, NaNO3 dan air Dari unit Crystallizer, diketahui laju alir pada alur 7 : kg/jam kg/jam kg/jam

11,67013724 kmol/jam

475,0806351 kg/jam

14,92190121 kmol/jam

Alur 9 Dari Unit Evaporator, diketahui laju alir pada alur 9 : 17,4372114 kg/jam =

= 0,29832697 kmol/jam

Dari informasi pada alur 7 diketahui : =

=

, sehingga , sehingga

= =

= 0,119579546

= 0,119579546 . 145,82102 kg/jam

=

= 8,101167775 kmol/jam

17,4372114 + 145,82102 = 163,2582313 kg/jam 0,29832697 + 8,101167775 = 8,399494745 kmol/jam Alur 8 Zat yang keluar pada alur 8 yaitu NaCl, NaNO3 dan air. = 17,4372114) 7,681963481kg/jam =

=

0,131427947 kmol/jam

=

=

2,822009057 kmol/jam 145,82102) = 64,24145034 kg/jam

=

= 3,568969463 kmol/jam

64,24145034) = 311,8224037 kg/jam 0,131427947 + 2,822009057 + 3,568969463) =6,522406467kmol/jam Tabel A.4 Neraca Massa Centrifuge Masuk Keluar BM Alur 7 Alur 8 Alur 9 Komponen (gr/mol) N F N F N F (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) 63,02 0 0 0 0 0 0 HNO3 58,45 0,4298 25,1192 0,1314 7,6820 0,2983 17,4372 NaCl 85,01 2,8220 239,8990 2,8220 239,8990 0 0 NaNO3 65,47 0 0 0 0 0 0 NOCl 70,91 0 0 0 0 0 0 Cl2 18 11,6701 210,0625 3,5690 64,2415 8,1012 145,8210 H2 O Total 14,9219 475,0806 6,5224 311,8224 8,3995 163,2582 F Total 475,0806 475,0806 A.5 Dryer (B-350) Fungsi

: mengurangi kadar air yang terkandung pada padatan natrium nitrat.

Dari kapasitas produksi diketahui laju alir pada alur 12 (F12 = 252,5252525 kg/jam). Dengan kemurnian produk NaNO3 pada alur 12 sebesar 98%.

F11 = air F8 = keluaran centrifuge DRYER

F12 = 252,5252525 kg/jam

Alur 7 Zat yang masuk pada alur 8 yaitu NaCl, NaNO3 dan air. Dari unit Centrifuge diketahui laju alir pada alur 8 : 7,681963481 kg/jam =

0,131427947 kmol/jam

kg/jam

2,822009057 kmol/jam

64,24145034 kg/jam

3,568969463 kmol/jam

311,8224037 kg/jam

6,522406467 kmol/jam

Alur 12 Zat yang keluar pada alur 12 yaitu NaCl, NaNO3 dan air Dari informasi pada unit Dryer diketahui : 252,5252525 kg/jam =

7,681963481 kg/jam

=

=

= 0,131427947 kmol/jam

=

kg/jam

=

=

2,822009057 kmol/jam 7,681963481+

4,944299145 kg/jam =

Alur 11

=

= 0,274683286 kmol/jam

0,131427947 + 2,822009057 + 0,274683286 = 3,228120289 kmol/jam

Zat yang keluar pada alur 11 hanya 1 (satu) zat, yaitu air. 59,29715119 kg/jam 59,29715119 kg/jam =

=

=

kmol/jam

kmol/jam Tabel A.5 Neraca Massa Dryer Masuk Keluar BM Alur 8 Alur 11 Alur 12 Komponen (gr/mol) N F N F N F (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) 63,02 0 0 0 0 0 0 HNO3 58,45 0,1314 7,6820 0 0 0,1314 7,6820 NaCl 85,01 2,8220 239,8990 0 0 2,8220 239,8990 NaNO3 65,47 0 0 0 0 0 0 NOCl 70,91 0 0 0 0 0 0 Cl2 18 3,5690 64,2415 3,2943 59,2972 0,2747 4,9443 H2 O Total 6,5224 311,8224 3,2943 59,2972 3,2281 252,5253 F Total 311,8224 311,8224 A.6 Evaporator-II(V-340) Fungsi

: menaikkan temperature campuran dan menguapkan sebagian besar air dari campuran NaCl. F13 = air

F9 = lapisan atas centrifuge

Evaporator-II F10 = NaCl yang akan di-recycle ke reaktor

Alur 9 Zat yang masuk pada alur 9 yaitu NaCl dan air Dari unit Centrifuge, diperoleh laju alir pada alur 9 : 17,4372114 kg/jam 145,82102 kg/jam 163,2582313 kg/jam Alur 10 Zat yang keluar pada alur 10 yaitu NaCl dan air

= 0,29832697 kmol/jam 8,101167775 kmol/jam 8,399494745 kmol/jam

Dari unit reaktor diperoleh laju alir pada alur 10 : 17,4372114 kg/jam

0,29832697 kmol/jam

17,4372114 kg/jam

kmol/jam

34,8744228 kg/jam

1,267060937 kmol/jam

Alur 13 Zat yang keluar pada alur 9 hanya 1 (satu) zat, yaitu air. 128,3838086 kg/jam =

=

7,132433808 kmol/jam

128,3838086 kg/jam 7,132433808 kmol/jam Tabel A.6 Neraca Massa Evaporator Masuk Keluar BM Alur 9 Alur 13 Alur 10 Komponen (gr/mol) N F N F N F (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) 63,02 0 0 0 0 0 0 HNO3 58,45 0,2983 17,4372 0 0 0,2983 17,4372 NaCl 85,01 0 0 0 0 0 0 NaNO3 65,47 0 0 0 0 0 0 NOCl 70,91 0 0 0 0 0 0 Cl2 18 8,1012 145,8210 7,1324 128,3838 0,9687 17,4372 H2 O Total 8,3995 163,2582 7,1324 128,3838 1,2671 34,8744 F Total 163,2582 163,2582

LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Basis Perhitungan

: 1 jam operasi

Satuan Operasi

: kJ/jam

Temperatur Referensi : 25 0 C = 298,15 K Kapasitas

: 2.000 Ton/tahun

Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut: 1. Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar Q = ΔH =

T



Tref

n . Cp . dT ………… (Smith dan Van Ness, 1975)

2. Perhitungan kapasitas panas untuk masing-masing zat. a. Asam Nitrat (HNO3)  Kapasitas Panas Gas: Perhitungan kapasitas panas gas (Cpv) Asam Nitrat menggunakan rumus:

Cpv  a  bT  cT 2  dT 3  eT 4 Tabel LB.1 Komponen

Kapasitas Panas Gas Asam Nitrat (J/mol.K) a b c d

e

Asam Nitrat 19,6323 153,9599 -115,8378 32,87955 -0,249114 (Sumber: Chase, 1998)  Panas Penguapan : Perhitungan panas penguapan menggunakan metode Riedel :

Maka untuk : Tc = 520 K

Tb=86oC =273,15+86 = 359,15 K

Pc = 68,9 bar

Tbr =

. 520 = 4725,34 .

= 42150,6 kJ/kmol

 Kapasitas Panas Cairan: Perhitungan kapasitas panas cairan (CpL) menggunakan metode Chueh dan Swanson dimana konstribusi gugusnya adalah: Tabel LB.2 Nilai Gugus dengan metode Chueh dan Swanson untuk Asam Nitrat Gugus

CpL (J/mol K) 31

N ─O ─ OH

35 44,8 Gambar LB.1 Rumus Struktur Asam Nitrat (Sumber:Reid, 1987)

n

C pL   N i  cpl i 1

Maka, CpL = 1 (31) + 2(35) + 1 (44,8) = 145,8 J/mol.K b. Natrium Klorida (padat): CpS = (10,79 + 0,00420 T )cal/mol.K………………………………(Perry, 2008) c. Natrium Nitrat (padat) CpS = (4,56 + 0,0580 T )cal/mol.K………………………………(Perry, 2008) d. Nitrosil Klorida :  Kapasitas Panas Gas: Perhitungan kapasitas panas gas (Cpv) Nitrosil Klorida menggunakan rumus:


Kapasitas Panas Gas Nitrosil Klorida(J/mol.K) a b c d

Nitrosil Klorida

34,1

(Sumber: Reid, 1987)

4,472 E-02

-3,340 E-5

1,015 E-08

e

 Panas Penguapan (ΔHv): 25706,952 kJ/kmol……………………….(Reid, 1987)  Kapasitas Panas Cairan: Perhitungan kapasitas panas cairan (CpL) menggunakan metode Chueh dan Swanson dimana konstribusi gugusnya adalah:

Tabel LB.4 Nilai Gugus dengan metode Chueh dan Swanson untuk Nitrosil Klorida Gugus

CpL (J/mol K)

N

19

─O─

35

─ Cl

36

Gambar

LB.2

Rumus

Struktur

Nitrosil

Klorida (Sumber:Reid,1987) n

C pL   N i  cpl i 1

Maka, CpL = 1 (19) + 1(35) + 1 (36) = 90 J/mol.K e. Klorin dan Air :  Kapasitas Panas Gas: Perhitungan kapasitas panas gas (Cpv) Klorin dan Air menggunakan rumus:


Kapasitas Panas Gas untuk Klorin dan Air(J/mol.K) a b c d

e

28,5463 2,38795 E-02 -2,13613 E-05 6,47263 E-09 4,30228 E34,0471 -9,65064 E-03 3,29983 E-05 -2,04467 E-08 12 Sumber : Reklaitis, 1983

Klorin Air

 Panas Penguapan (ΔHv):

Klorin = 20410 kJ/kmol…………………………………………….(Reklaitis, 1983) Air = 40656,2 kJ/kmol…………………………………………….(Reklaitis, 1983)  Kapasitas Panas Cairan: Perhitungan kapasitas panas cairan (CpL) Klorin dan Air menggunakan rumus:

CpL  a  bT  cT 2  dT 3 Tabel LB.6

Kapasitas Panas Cairan

Komponen Klorin Air

a

b

c

d

15,4120 18,2964

0,723104 0,472118

-3,19726 E-03 -1,33878 E-03

5,26236 E-06 1,31424 E-06

Sumber : Reklaitis, 1983

3. Perhitungan Panas Reaksi 0 Hr(T 0C )  H 298  ,150 K

S

 S 1

S

.Cp S dT

Tabel LB.7 ΔH komponen pada keadaan standar Komponen Asam Nitrat Natrium Klorida Air Natrium Nitrat Nitrosil Klorida Klorin (Sumber: Perry, 2008) B.1

ΔH pada keadaan standar, 25oC (kcal/mol) -41,35 -98,321 - 68.3174 -111,71 12,8 0

ΔH pada keadaan standar, 25oC (kJ/kmol) -173124,18 -411650,3628 -286031,2903 -467707,428 53591,04 0

Heater (E-112) Pada Heater (E-112) campuran dari asam nitrat yang berasal dari tangki

penyimpanan (F-110) dipanaskan terlebih dahulu sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-130) sebagai reaktan dari 30 0C hingga menjadi 60 0C.

Neraca panas masuk (T = 300C)  Asam Nitrat (HNO3)



30



30

25

25

Cp dT = Cp dT =



303,15

298.15

Cpl dT

303,15

 145,8dT

298.15

= 145,8(303,15  298,15) = 729 kJ/kmol Qin

= n.Cp.dT = 3,8395 kmol/jam . 729 kJ/kmol = 2798,9955 kJ/jam

 Air (H2O)



30



30

25

25

Cp dT = Cp dT =



303,15

298.15

Cpl dT

303,15

 18,2964  4,72.10

-1

298.15

= 374,7055 kJ/kmol Qin

= n.Cp.dT = 8,9616 kmol/jam . 374,705 kJ/kmol = 3357,96065 kJ/jam

Qin tot

=Qin as.nitrat + Qin air = (2798,9955 + 3357,96065) kJ/jam = 6156,9561 kJ/jam



T  1,34.10-3 T 2  1,31.106 T 3 dT

Neraca panas keluar (T = 600C)  Asam Nitrat (HNO3)



60



60

25

25

Cp dT = Cp dT =



333,15

298.15

Cpl dT

333.15

 145,8dT

298.15

= [145,8(333,15-298,15)] = 5103 kJ/kmol Qout


 Air (H2O)



60

25

Cp dT =

333,15

 Cpl dT

298,15

333,15

 Cpl dT

298,15

Qout

=

333,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

298,15

= 2633,89 kJ/kmol = n.Cp.dT = 8,9616 kmol/jam . 2633,89 kJ/kmol = 23603,90615 kJ /jam

Qout tot

= Qout as.nitrat + Qout air = (19592,9685 + 23603,90615) kJ/jam = 43196,8746 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan (Qs): Qs

= Qout - Qin = (43196,8746 – 6156,9561) kJ/jam = 37039,9185 kJ/jam

Saturated steam pada 15,33 atm, 2000C, HV(2000C) = 2790,9 kJ/Kg (Smith, 2001) Massa steam yang diperlukan:

m

37039,9185 kJ/jam Q  Hv 2790,9 kJ/kg = 13,2716 kg/jam

Tabel LB.8 Neraca Panas Heater (E-112) Komponen Umpan Produk Panas yang dibutuhkan (steam) Total B.2 Reaktor (R-130)

Masuk (kJ/jam) 6156,9561 37039,9185 43196,8746

Keluar (kJ/jam) 43196,8746 43196,8746

Pada reaktor (R-130) terjadi reaksi netralisasi yang bersifat eksotermis. Reaksi berlangsung pada temperatur 60 0C : 3 NaCl(aq) + 4 HNO3(aq)

3 NaNO3(s) + NOCl(g) + Cl2(g) + 2H2O(l)

Neraca Panas masuk Reaktor Panas masuk Reaktor = Panas keluar heater-I (E-112) + Panas masuk dari silotank + Panas keluar Evaporator alur 10

 Panas keluar heater-I (E-112) Qout Heater-I = 43196,8746 kJ/jam  Panas masuk dari silotank 1.

N atrium Klorida (NaCl)



30



30

25

25

Cp dT = Cp dT =



303,15

298.15

Cps dT

303,15

 10,79  0,0042T dT  4,1868 J / cal

298.15

=

0,0042  2 2  10,79(303,15  298,15)  2 (303,15  298,15 )  4,1868 J / cal = 252,311 J/mol = 252,311 kJ/kmol Qin


2.

A ir (H2O)



30



30

25

25

Cp dT = Cp dT =



303,15

298.15

Cpl dT

303,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10-3 T 2  1,31.106 T 3 dT

298.15



Qin tot

=Qin NaCl + Qin air = (745,07689 + 35,971) kJ/jam = 781,0486 kJ/jam Panas keluar Evaporator (V-330) alur 10 (T=1000C)

 1.

A ir (H2O) 100



25



Cp dT =

373,15

298.15



373,15

298.15

Cpl dT =

Cpl dT

373,15

 18,2964  4,72.10

298,15

= 5671,8679 kJ/kmol

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

Qout = n.Cp.dT = 0,9687 kmol/jam . 5671,8679 kJ/kmol = 5494,3384 kJ /jam 2.

N atrium Klorida (NaCl)

100



25



Cp dT =



298.15

373,15

298.15

373,15

Cps dT =

Cps dT

373,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,0042   (359,152  298,152 )  4,1868 J/cal = 10,79(359,15  298,15)  2   = 3830,8372 J/mol = 3830,8372 kJ/kmol Qout


Qout total

= Qout air + Qout NaCl = 5494,3384 + 1142,7387 kJ /jam = 6637,0772 kJ/jam

Panas masuk Reaktor = Panas keluar heater-I (E-112) + Panas masuk dari silotank + Panas keluar Evaporator alur 10 = Qout Heater-I + Qin tot + Qout evaporator = 43196,8746 + 781,0486 + 6637,0772 = 50615 kJ/jam Neraca panas keluar Reaktor (T = 600C)  Asam Nitrat (HNO3)



60



60

25

25

Cp dT = Cp dT =



333,15

298.15

333.15

Cpl dT

 145,8dT

298.15

= [145,8(333,15-298,15)] = 5103 kJ/kmol Qout

= n.Cp.dT = 0,0768 kmol/jam . 5103 kJ/kmol

= 391,9104 kJ/jam  Natrium Klorida (NaCl)



60



60

25

25

Cp dT = Cp dT =



333,15

298.15

Cps dT

333,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15



 Air (H2O)



60

25

Cp dT =

333,15

 Cpl dT

298,15

333,15

333,15

298,15

298,15

 Cpl dT =

 18,2964  4,72.10

-1

= 2633,89 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 11,9085 kmol/jam . 5965,283982 kJ/kmol = 31365,72893 kJ /jam  Natrium Nitrat (NaNO3)



60



60

25

25

Cp dT = Cp dT =



333,15

298.15

333,15

Cps dT

 4,56  0,058TdT  4,1868 J / cal

298.15



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

0,058   (333,15 2  298,15 2 )  4,1868 J / cal = 4,56(333,15  298,15)  2   = 3350,987 J/mol = 3350,987 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 2,822 kmol/jam . 3350,987 kJ/kmol = 9456,4854 kJ /jam

 Nitrosil Klorida (NOCl)



60

25

Cp dT =

333,15

 Cpg dT

298,15

333,15

333,15

298,15

298,15

 Cpl dT =

 34,1  4,47.10

-2



T  3,34.10 -5 T 2  1,02.10 8 T 3 dT

= 1582, 1697 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,9497 kmol/jam . 1582, 1697 kJ/kmol = 1488,3470 kJ /jam  Klorin (Cl2)



60

25

Cp dT =

333,15

 Cpg dT

298,15

333,15

 Cpl dT

298,15

=

333,15

 29  2,39.10

-2



T  2,14.10 -5 T 2  6,47.10 8 T 3 dT

298,15

= 1195, 5139 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,9407 kmol/jam . 1195, 5139 kJ/kmol = 1124,6199 kJ /jam Qout total

=Qout As.Nitrat + Qout NaCl + Qout Air + Qout NaNO3 +Qout NOCl + Qout Klorin = (391,9104 + 763,0733+ 31365,72893+ 9456,4854

+1488,3470+ 1124,6199) kJ/jam = 44590,165 kJ/jam

Reaksi:

3 NaCl(aq) + 4 HNO3(aq)


Panas reaksi pada keadaan standar: Hr 0  ( H 0f produk  H 0f Re ak tan ) Hr 0  ( H 0f NaNO

3 (s)

 H 0f NOCl ( g )  H 0f Cl

)  ( H 0f NaCl ( aq )  H 0f HNO3 ( aq )  H 0f H Ol ( l ) )

2 (g)

2

= (-467707,428 –53591,04+0 )–(–411650,3628-173124,18286031,2903)kJ/kmol = -115373 kJ/kmol Panas reaksi pada 600C (333,15oK) 0 Hr( 600 C )  H 298  ,150 K

S



S

S 1

.CpS dT

333 ,15

0 Hr( 60 0 C )  H 298   4  ,15 0 K

333 ,15

333 ,15

298 ,15

298 ,15

 Cp aq HNO dT   3 3

298 ,15

 Cp S NaCl dT  3

333 ,15

333 ,15

333 ,15

298 ,15

298 ,15

298 ,15

 1

 Cp G NOCl dT  1

 Cp G Cl2 dT  2

 Cp

L H 2O

 Cp

S NaNO3

dT

dT

= -115373 + (-4) . 5103 + (-3) . 1775,415 + (3) . 3350,987 + (1) . 1582, 1697 + (1) . 1195, 5139 + (2) . 2633,89 = -123013 kJ/kmol = Hr473,150 K  r

Qr

= -123013 kJ/kmol  0,940669686 kmol/jam = -115714,550 kJ/jam Panas yang dilepas : = Qout - Qin + Qreaksi = (44590,165 – 50615) kJ/jam -115714,550 kJ/jam= -121739,3857 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280C dan diperkirakan akan keluar dengan suhu 500C. λ

= Cp air . (T2-T1)

= 4,181 kJ/kg.K . ( 323,15 – 301,15) K = 91,982 kJ/kg Massa Air pendingin yang diperlukan:

m

Q





- 121739,385 7 kJ/jam = 1323,513 kg/Jam 91,982 kJ/kg

Tabel LB.9 Neraca Panas Reaktor (R-130) Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Umpan

50615

-

Produk

-

44590,165

Kalor Reaksi

-

-115714,5502

-121739,3857

-

-71124.3853

-71124.3853

Panas yang dilepas Total B.3 Kompressor (G-132)

Pada kompressor G-132, produk keluaran reaktor yang berupa gas ditekan dari tekanan 1 atm menjadi 10 atm. Diinginkan temperatur keluar dari kompressor sebesar 65oC agar sesuai dengan bubble point umpan destilasi.

Neraca Panas masuk Kompressor (T = 600C) Panas masuk Kompressor = Panas keluar produk gas dari Reaktor Qin Kompressor = Qout NOCl + Qout Klorin = 1488,3470+ 1124,6199 = 2612,967 kJ/jam Telebih dahulu dicari estimasi suhu keluaran gas dari kompressor dengan menggunakan rumus: T2 1991)

= T1 .

(Timmerhaus,

Dimana; T2 = Temperatur suhu keluar kompressor T1 = Temperatur suhu masuk kompressor = 60OC = 333,15 K

P2

= Tekanan keluar kompressor = 10 atm

P1

= Tekanan masuk kompressor = 1 atm

k

= 1,4

Ns = jumlah stage = 4 Dari perhitungan estimasi suhu keluar kompressor, didapat T2 = 392,7 K = 119, 55 O

C

Neraca Panas Kompressor (T=119,55oC)  Nitrosil Klorida (NOCl) 119,55



25

392,7

 Cpl dT

Cp dT =

298,15

119,55



25

Cpl dT =

392,7

 90 dT

= 90 (392,7-298,15) =8510,11 kJ/kmol

298,15

Qcomp

= n.Cp.dT

= 0,9407 kmol/jam . 8510,11 kJ/kmol = 8005,46 kJ

/jam  Klorin (Cl2) 119,55



25

Cp dT =

392,7

 Cpl dT

298,15

119,55



25

Cpl dT

392,7

=

 15,412  7,231.10

-1

298,15

= 23959,64 kJ/kmol

Qcomp

= n.Cp.dT = 0,9407 kmol/jam . 23959,64 kJ/kmol = 22538,83 kJ /jam

Q comp total = 8005,46 + 22538,83 = 30544,29 kJ/kmol Neraca Panas Keluar Kompressor (T=65oC)  Nitrosil Klorida (NOCl)



65



65

25

25

Cp dT =

338,15

 Cpl dT

298,15

Cpl dT =

338,15

 90 dT

298,15



T  3,2.10 -3 T 2  5,26.10 6 T 3 dT

= 90 (338,15-298,15) = 3600 kJ/kmol Qout

= n.Cp.dT = 0,9407 kmol/jam . 3600 kJ/kmol = 3386,52 /jam

 Klorin (Cl2)



65



65

25

25

Cp dT =

338,15

 Cpv dT

298,15

Cpv dT =

338,15

 29  2,39.10

-2



T  2,14.10 -5 T 2  6,47.10 9 T 3 dT

298,15

= 1367,512 kJ/kmol Qout


Qout

total

= Qout NOCl + Qout klorin = 3386,52 + 1286,4184 = 4672,9384 kJ/jam

Panas yang dilepaskan : = Qout - (Qin + Qcomp) = 4672,9384 – (2612,967 + 30544,29) kJ/jam = -28484,322 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280C dan diperkirakan akan keluar dengan suhu 500C. λ

= Cp air . (T2-T1) = 4,181 kJ/kg.K . ( 323,15 – 301,15) K = 91,982 kJ/kg

Massa Air pendingin yang diperlukan:

m

Q





28484,322 kJ/jam = 309,67 kg/Jam 91,982

Tabel LB.10 Neraca Panas Kompressor (G-132) Komponen

Umpan Panas dari Kompressor Produk Panas yang dilepas Total

Masuk (kJ/jam) 2612,967 30544,29 -28484,322 4672,9384

Keluar (kJ/jam) 4672,9384 4672,9384

B.4

Kondensor-I (E-211) Pada Kondensor-I (E-211), klorin yang menguap setelah masuk flash drum

pada suhu 650C akan terkondensasi pada temperatur 300C sebelum disimpan kedalam tanki penyimpanan.

Neraca panas masuk Kondensor-I (T = 650C)  Klorin (Cl2)



65



65

25

25

Cp dT =

338,15

 Cpv dT

298,15

Cpv dT =

338,15

 29  2,39.10

-2



T  2,14.10 -5 T 2  6,47.10 9 T 3 dT

298,15



Neraca panas keluar Kondensor (T = 300C)  Klorin (Cl2) 30

 Cp dT

=

303,15

 Cpl dT

25

298,15

303,15

303,11

 Cpl dT

298,15

=

 15,412  0,723.T  3,2  10

298,15

= 434,12 kJ/kmol Qout

= n.Cp.dT

3



T 2  5,26  10 6 T 3 dT

= 0,9407 kmol/jam . 434,12 kJ/kmol = 408,376 kJ /jam Panas yang dilepas: = Qout – Qin = 408,376 – 1286,4184 kJ/jam = -878,041 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280C dan diperkirakan akan keluar dengan suhu 500C. λ



m

Q





878,041 kJ/jam = 9,545 kg/Jam 91,982

Tabel LB.11 Neraca Panas Kondensor-I (E-211) Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Umpan

1286,4184

-

Produk

-

408,376

Panas yang dilepas

-878,041

Total

408,376

B.5

408,376

Cooler (E-214) Nitrosil klorida dari unit flash drum, selanjutnya akan dialirkan sebagai

produk samping menuju tangki penyimpanan dengan terlebih dahulu melalui proses pendinginan pada Cooler (E-214) dari temperatur 65 0C hingga menjadi suhu kamar pada 30 0C.

Neraca panas masuk cooler (T = 650C)  Nitrosil Klorida (NOCl)



65



65

25

25

Cp dT =

338,15

 Cpl dT

298,15

Cpl dT =

338,15

 90 dT

298,15

= 90 (338,15-298,15) = 3600 kJ/kmol Qin


Neraca panas keluar cooler (T = 300C)  Nitrosil Klorida (NOCl)



30



30

25

25

Cp dT =

303,15

 Cpl dT

298,15

Cpl dT =

303,15

 90 dT

298,15

= 90 (303,15-298,15) = 450 kJ/kmol Qout


Panas yang dilepas: = Qout – Qin = 423,315 – 3386,52 kJ/jam = -2963,205 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280C dan diperkirakan akan keluar dengan suhu 500C. λ



m

Q





2963,205 kJ/jam = 32,215 kg/Jam 91,982

Tabel LB.12 Neraca Panas Cooler (E-214) Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Umpan

3386,52

-

Produk

-

423,315

-2963,205

-

Panas yang dilepas

Total

423,315

423,315

B.6 Evaporator-I (V-310) Pada unit Evaporator-I (V-310), campuran NaNO3, NaCl, air, dan HNO3 yang keluar dari reaktor pada alur 4 ingin dikurangi kadar HNO3-nya. Adapun temperatur proses pada unit ini yaitu pada titik didih HNO3, yaitu 860C. Asam Nitrat Air

Saturated Steam (2000C)

Natrium Nitrat Natrium Klorida Air Asam Nitrat

Natrium Nitrat Natrium Klorida Air

Steam bekas (2000C)

Neraca Masuk Evaporator-I (T=600C) Panas Masuk Evaporator-I

= panas keluar produk campuran dari reaktor = Qout As.Nitrat + Qout NaCl + Qout Air + Qout NaNO3 = 41977,198 kJ/jam

Neraca Keluar Evaporator-I (T=860C) alur 19  Asam Nitrat (HNO3) 86

 Cp dT

=

359,15

 Cpl dT

25

298,15

359,15

359.15

298,15

298.15

 Cpl dT =

+ ∆HVL

 145,8dT

= [145,8(359,15-298,15)] = 8893,8 kJ/kmol ∆HVL

= 42150,6 kJ/kmol

Q19 = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL) = 0,0768 kmol/jam (8893,8 + 42150,6) kJ/kmol = 3920,21 kJ /jam

 Air (H2O)



86

25

Cp dT =

359 ,15

 Cpl dT

=

298,15



359,15

298.15

Cpl dT

359,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

298,15

= 4605,1638 kJ/kmol

Q

= n.Cp.dT = 0,2384 kmol/jam . 4605,1638 kJ/kmol = 1097,871 kJ /jam Q19 = QAs.Nitrat + Qair = 3920,21 + 1097,871 = 5018,081 kJ/jam

Neraca Keluar Evaporator-I (T=860C) pada alur 6  Natrium Klorida (NaCl)



86



86

25

25

Cp dT = Cp dT =



359,15

298.15

Cps dT

359,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,0042   (359,152  298,152 )  4,1868 J/cal = 10,79(359,15  298,15)  2   = 3108,239 J/mol = 3108,239 kJ/kmol Q

= n.Cp.dT = 0,4298 kmol/jam . 3108,239 kJ/kmol = 1335.921 kJ/jam

 Air (H2O)



86

25

Cp dT =



359,15

298.15

359 ,15

359,15

298,15

298,15

 Cpl dT =

Cpl dT

 18,2964  4,72.10

= 4605,1638 kJ/kmol Q

= n.Cp.dT

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

= 11,6071 kmol/jam . 4605,1638 kJ/kmol = 5374,722 kJ /jam  Natrium Nitrat (NaNO3)



86



86

25

25

Cp dT = Cp dT =



359,15

298.15

Cps dT

359,15

 4,56  0,058TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,058   (359,152  298,152 )  4,1868 J/cal = 4,56(359,15  298,15)  2   = 6032,859 J/mol = 6032,859 kJ/kmol Q


Q6

= Q NaCl + Q air + Q Natrium Nitrat = 1335,921 + 5374,722+ 17024,729 = 72103,372 kJ/jam

Qout

= Q19 +Q6 = 5018,081 + 72103,372= 77121,453 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan (Qs): Qs

= Qout - Qin = (77121,453– 41977,198) kJ/jam = 35144,255 kJ/jam


m

Q 35144,255 kJ/jam  Hv 2790,9 kJ/kg = 12,5924 kg/jam

Tabel LB.13 Neraca Panas Evaporator-I (V-310) Komponen Masuk (kJ/jam) Umpan

Keluar (kJ/jam)

41977,198

-

Produk Alur 19

-

5018,081

Produk Alur 6

-

72103,372

Panas yang dbutuhkan (steam)

35144,255

-

Total

77121,453

77121,453

B.7 Kondensor-II (E-311) Larutan asam nitrat 53 % dari alur 5 dengan suhu 860C selanjutnya didinginkan hingga suhu kamar 300C pada unit Kondensor (E-311). Neraca Masuk Kondensor (E-311) pada T =860C Panas Masuk Kondensor (E-311)

= Panas Keluar Evaporator-I alur 19 = 5018,081 kJ/jam

Neraca Keluar Kondensor (E-311) pada T =300C  Asam Nitrat (HNO3)



30



30

25

25

Cp dT =

Cpl dT =



303,15

298.15

Cpl dT

303.15

 145,8dT

298.15

= [145,8(303,15-298,15)] = 729 kJ/kmol Qout

= n.Cpl.dT = 0,0768 kmol/jam . 729 kJ/kmol = 55,9872 kJ/jam

 Air (H2O)



30

25

Cp dT

= 

303,15

298.15

303,15

303,15

298,15

298,15

 Cpl dT =

Cpl dT

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

= 374,7054 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,2384 kmol/jam . 374,7054 kJ/kmol = 89,3297 kJ /jam Qout total = Qout As.Nitrat + Qout air = (55,9872 + 89,3297)kJ/jam = 145,3169 kJ/jam Panas yang dilepas: = Qout – Qin = (145,3169 – 5018,081) kJ/jam

= -4872,7639 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280C dan diperkirakan akan keluar dengan suhu 500C. λ


Massa Air pendingin yang diperlukan: m

Q





4872,7639 kJ/jam = 52,9752 kg/jam 91,982

Tabel LB.14 Neraca Panas Kondensor (E-311) Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Umpan

5018,081

-

Produk

-

145,3169

-4872,7639

-

145,3169

145,3169

Panas yang dilepas Total B.8 Crystallizer (K-320)

Pada unit crystallizer, air yang berasal dari campuran produk dari evaporator-I, yang berperan sebagai zat pelarut akan diuapkan dengan menaikkan temperatur operasi hingga mencapai titik didih air (1000C) untuk membantu proses kristalisasi. Selanjutnya, campuran kembali didinginkan hingga suhu 400C. Air Pendingin (280C) Air Pendingin Bekas (500C)

Saturated Steam (2000C) Natrium Klorida Air Natrium Nitrat

Steam Bekas (2000C)

Natrium Klorida Air Natrium Nitrat

Neraca Panas Masuk Crystallizer (860C) Neraca Panas Masuk Crystallizer

= Neraca Panas Keluar Evaporator-I alur 6 = 72103,372 kJ/jam

Neraca Panas Keluar Crystallizer alur transisi (1000C)

 Natrium Klorida (NaCl) 100

 Cp dT

=

25

100

 Cp dT

=

25



373,15

298.15

Cps dT

373,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15



 Air (H2O) 100

 Cp dT

=

373,11

 Cpl dT + ∆HVL

25

298,15

373,11

373,15

 Cpl dT

=

298,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT =

298,15

5671,8679 kJ/kmol Qout = n (Cp.dT + ∆HVL) = 11,6701 kmol/jam .(5671,8679+ 40656,2) kJ/kmol = 540653,186 kJ /jam  Natrium Nitrat (NaNO3) 100



25 100



25

Cp dT = Cp dT =



373,15

298.15

Cps dT

373,15

 4,56  0,058TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,058   (373,15 2  298,15 2 )  4,1868 J/cal = 4,56(373,15  298,15)  2   = 7544,938 J/mol = 7544,938 kJ/kmol Qout


Qtransisi = Qout NaCl + Qout air + Qout Natrium Nitrat = 1646,493 + 540653,186 + 21291,815 = 563591,495 kJ /jam Panas yang dibutuhkan (Qs): Qs

= Qtransisi - Qin = (563591,495 – 72103,372) kJ/jam = 491488,1226 kJ/jam


m

Q 491488,122 6 kJ/jam  = 176,1 kg/jam Hv 2790,9 kJ/kg

Neraca Panas Keluar Crystallizer alur 7 (400C)  Natrium Klorida (NaCl)



40



40

25

25

Cp dT = Cp dT =



313,15

298.15

Cps dT

313,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15



 Air (H2O)



40



313,15

25

Cp dT =

298.15



313,15

298.15

Cpl dT =

Cpl dT

313,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

298,15

= 1125,790 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 11,6701 kmol/jam . 1125,790 kJ/kmol

= 13138,089 kJ /jam  Natrium Nitrat (NaNO3)



40



40

25

25

Cp dT = Cp dT =



313,15

298.15

Cps dT

313,15

 4,56  0,058TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,058   (313,15 2  298,15 2 )  4,1868 J/cal = 4,56(313,15  298,15)  2   = 1339,7121 J/mol = 1339,7121 kJ/kmol Qout


Qout

= Qout NaCl + Qout air + Qout Natrium Nitrat = 325,8977 + 13138,089 + 3949,9876= 17413,9743 kJ/jam

Panas Kristalisasi (ΔHLC) NaNO3 = -10500 kJ/kmol…………….(Mersmann, 2001) Panas yang dilepas: = Qout – (Qtransisi+ n. ΔHLC) = 17413,9743 – (563591,495 + 2,822 . -10500) kJ/jam = -516546,52 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280C dan diperkirakan akan keluar dengan suhu 500C. λ



m

Q





516546,52 kJ/jam = 185,0824 kg/Jam 91,982

Tabel LB.15 Neraca Panas Crystallizer (K-320) Komponen Masuk (kJ/jam) Umpan

41977,198

Produk alur 7 Panas Kristalisasi

Keluar (kJ/jam) 17413,9743

-29631

Panas yang dibutuhkan

491488,1226

-

Panas yang dilepas

-516546,52

-

Total

17413,9743

17413,9743

B.9 Evaporator-II (V-340) Pada unit Evaporator-II (V-340), larutan dengan NaCl dan air yang keluar dari centrifuge pada alur 9 ingin dikurangi kadar airnya. Adapun temperatur proses pada unit ini yaitu pada titik didih air, yaitu 1000C.

Neraca Masuk Evaporator-II (T=400C)  Natrium Klorida (NaCl)



40



40

25

25

Cp dT = Cp dT =



313,15

298.15

Cps dT

313,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,0042   (313,152  298,152 )  4,1868 J/cal = 10,79(313,15  298,15)  2   = 758,2544 J/mol = 758,2544 kJ/kmol Qin


 Air (H2O)



40



313,15

25

Cp dT =

298.15



313,15

298.15

Cpl dT =

Cpl dT

313,15

 18,2964  4,72.10

298,15

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

= 1125,790 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = 8,1012 kmol/jam . 1125,790 kJ/kmol = 9120,1423 kJ /jam Qin total = Qin NaCl + Qin air = (226,1872+ 9120, 1423)kJ/jam = 9346,3296 kJ/jam Neraca Keluar Evaporator-II (T=1000C) alur 13  Air (H2O) 100

 Cp dT

=

373,15

 Cp dT

25

298,15

373,11

373,15

298,15

298,15

 Cpl dT =

=

373,11

 Cpl dT

+ ∆HVL

298,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

= 5671,8679 kmol ∆HVL

= 40656,2 kJ/kmol

Qout = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL) = 7,1324 kmol/jam (5671,8679 + 40656,2) kJ/kmol = 330430,312 kJ /jam Neraca Keluar Evaporator-II (T=1000C) pada alur 10  Natrium Klorida (NaCl) 100

 Cp dT

=

25

100

 Cp dT

25

=



373,15

298.15

Cps dT

373,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15


= n.Cp.dT = 0,2983 kmol/jam . 3820,8372 kJ/kmol

= 1142,739 kJ/jam  Air (H2O) 100

 Cp dT

=

373,11

 Cpl dT

25

298,15

373,11

373,15

 Cpl dT

298,15

=

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

298,15

= 5671,8679 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,9687 kmol/jam . 5671,8679 kJ/kmol = 5494,338 kJ /jam Qout alur 10 = Qout NaCl + Qout air = (1142,739 + 5494,338)kJ/jam = 6637,077 kJ/jam Qout total

= Qout alur 13 + Qout alur 10 = 330430,312 + 6637,077 = 337067,3891 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan = Qout total - Qin = 337067,3891 - 9346,3296 = 327721,0595 kJ/jam Saturated steam pada 15,33 atm, 2000C, HV(2000C) = 2790,9 kJ/Kg (Smith, 2001) Massa steam yang diperlukan:

m

Q 327721,059 5 kJ/jam  Hv 2790,9 kJ/kg = 117,4248 kg/jam

Tabel LB.16 Neraca Panas Evaporator-II (V-340) Komponen Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Umpan

9346,3296

-

Produk

-

337067,3891


327721,0595

-

Total

337067,3891

337067,3891

B.10 Dryer (B-350) Pada unit Dryer (B-350), sejumlah natrium nitrat yang masih mengandung air dan sedikit natrium klorida yang keluar dari centrifuge pada alur 8 ingin dikurangi kadar airnya. Adapun temperatur proses pada unit ini yaitu pada titik didih air, yaitu 1000C.

Neraca Masuk Dryer (T=400C)  Natrium Klorida (NaCl) Kapasitas panas NaCl masuk Dryer= Kapasitas panas NaCl keluar Crystallizer = 758,2544 kJ/kmol Qin


 Air (H2O) Kapasitas panas Air masuk Dryer = Kapasitas panas Air keluar Crystallizer = 1125,79 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = 3,569 kmol/jam . 1125,79 kJ/kmol = 4017,9466 kJ /jam  Natrium Nitrat (NaNO3) Kapasitas panas Natrium nitrat masuk Dryer

= Kapasitas panas Natrium nitrat keluar Crystallizer

= 1399,7121 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = 2,8222 kmol/jam . 1399,7121 kJ/kmol = 3949,9876 kJ /jam

Qin total = Qin NaCl + Qin air + Qin Natrium Nitrat = 99,6346 + 4017,9466+ 3949,9876= 8067,5689 kJ/jam

Neraca Keluar Dryer (T=1000C) pada alur 11  Air (H2O) 100

 Cp dT

=

373,15

 Cp dT

25

298,15

373,11

373,15

298,15

298,15

 Cpl dT =

=

373,11

 Cpl dT

+ ∆HVL

298,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

= 5671,8679 kmol ∆HVL

= 40656,2 kJ/kmol

Qout = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL) = 3,2943 kmol/jam (5671,8679 + 40656,2) kJ/kmol = 152618,5542 kJ /jam Neraca Keluar Dryer (T=1000C) pada alur 12  Natrium Klorida (NaCl) 100

 Cp dT

=

25

100

 Cp dT

25

=



373,15

298.15

Cps dT

373,15

 10,79  0,0042TdT  4,1868 J/cal

298.15


= n.Cp.dT = 0,1314 kmol/jam . 3820,8372 kJ/kmol

 Air (H2O)

= 503,372 kJ/jam

100

 Cp dT

=

373,11

 Cpl dT

25

298,15

373,11

373,15

 Cpl dT

=

298,15

 18,2964  4,72.10

-1



T  1,34.10 -3 T 2  1,31.10 6 T 3 dT

298,15

= 5671,8679 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,2747 kmol/jam . 5671,8679 kJ/kmol = 1558,0621 kJ /jam  Natrium Nitrat (NaNO3) 100

 Cp dT

=

25

100

 Cp dT

=

25



373,15

298.15

Cps dT

373,15

 4,56  0,058TdT  4,1868 J/cal

298.15

0,058   (373,15 2  298,15 2 )  4,1868 J/cal = 4,56(373,15  298,15)  2   = 7544,938 J/mol = 7544,938 kJ/kmol Q


Qout alur 12 = Qout NaCl + Qout air+ Qout Natrium Nitrat = (503,372 + 1558,0621+ 21291,815)kJ/jam = 23353,2494 kJ/jam Qout total

= Qout alur 11 + Qout alur 12 = 152618,5542 + 23353,2494= 175971,8036 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan: = Qout total - Qin = 175971,8036 - 8067,5689= 167904,2347 kJ/jam Saturated steam pada 15,33 atm, 2000C, HV(2000C) = 2790,9 kJ/Kg (Smith, 2001) Massa steam yang diperlukan:

m

Q 167904,234 7 kJ/jam  Hv 2790,9 kJ/kg = 60,1613 kg/jam

Tabel LB.18 Neraca Panas Dryer (B-350) Komponen Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Umpan

8067,5689

-

Produk

-

175971,8036


167904,2347

-

Total

175971,8036

175971,8036

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1

Tangki Penyimpanan Asam Nitrat (F-110)

Fungsi

: Menyimpan kebutuhan Asam nitrat kebutuhan 30 hari

Bahan Konstruksi : High Alloy Steel SA-240, Grade 304, 18 Cr-8 Ni Bentuk

: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah

: Satu Buah

Kondisi Operasi

:

- Tekanan

: 1 atm

- Temperatur

: 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa Asam nitrat

= 241,963 kg/jam

- Densitas Asam Nitrat

= 1502 kg/m3

- Volume Asam Nitrat

=

- Laju alir massa H2O

= 161,308 kg/jam

- Volume H2O

=

(Anonim, 2010)

= 0,16109 m3

= 0,1613 m3

Maka untuk mencari densitas campuran, dihitung dengan rumus - Densitas campuran

= =

= 1250 kg/m3

Kebutuhan Perancangan : 30 hari Faktor Kelonggaran

: 20%

(Perry, 1999)

Perhitungan: A. Volume Tangki : Volume Larutan =

= 232,13 m3

Dengan mempertimbangkan faktor kelonggaran, maka volume tangki :

Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 232,13 m3 = 278,55 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -

Tinggi shell : diameter = 5 : 3

-

Tinggi head : diameter = 1 : 4 -

Volume shell tangki ( Vs) =

5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-

Volume head tangki (Vh) =

1  D3 24

-

Volume tangki = Vs + Vh =

10 1  D3 +  D3 24 24

=

11  D3 = 278,55 m3 24

Diperoleh : D = 5,774 m Hs = 9,674 m C. Diameter dan Tinggi Head Diameter Head = Diameter Shell = 5,774 m Tinggi Head =

D = . 5,774 = 1,4436 m

D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 5,774 m = 227,337 in S = allowable stress = 18700 psia

(Peters et.al., 2004)

E = joint efficiency = 0,85


C = faktor korosi

= 0,125 in


Volume larutan = 232,13 m3 Volume tangki = 278,55 m3 232,13 m 3 Tinggi larutan dalam tangki =  9,674 m = 8,06 meter 278,55 m 3

Tekanan Hidrosatatik : Phidrostatik

=ρ.g.h = 1250 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 8,06 m = 98,828 kPa = 14,33 psia

Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 14,33 psia) = 34,831 psia

Tebal shell tangki: (Peters et.al.,2004) t=

+ 0,125

t = 0,374 in Maka tebal shell yang dibutuhkan

= 0,374 in

Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in

(Brownell,1959)

d. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in (Brownell,1959). C.2

Pompa Asam Nitrat ( L-111) Fungsi

: Memompa asam nitrat dari tangki menuju reaktor

Jenis

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P1 ≈ P2 = 1 atm

-

T = 30 0C

-

Laju alir massa (F)

: 403 ,271 kg/jam = 0,247 lbm/s

: 1250 kg/m3 = 77,314 lbm/ft3

-

Densitas () campuran

-

Viskositas Asam Nitrat 60% = 2 cP = 0,001344 lbm/ft.s

-

Laju alir volumetrik (Q)=

(Perry, 1999)

403,271 kg/jam = 0,322 m3/jam = 0,0032 ft3/s 3 1250 kg/m

Perencanaan Diameter Pipa pompa : Di,opt = 3,9  Q0,45  0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (in) Q

(Peters et.al., 2004) = densitas (lbm/ft3)



= laju volumetrik (ft3/s)

Maka, diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt

= 3,9  Q0,45  0,13 = 3,9 (0,0032 ft3/s )0,45 (77,3142 lbm/ft3)0,13 = 0,492 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,5 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,622 in

Diameter Luar (OD)

: 0,84 in

Inside sectional area

: 0,00211 ft

Kecepatan linear, v = Q/A = Bilangan Reynold : NRe

= =

= 0,0518 ft = 0,0158 m = 0,07 ft 2

0,0032 ft 3 /s = 1,49 ft/s = 0,456 m/s 0,00211 ft 2  v D

 (77,3142 lbm/ft 3 )(1,49 ft/s )(0,0518 ft ) 0,001344 lbm/ft.s

= 72213,64 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  = 0,000046 m. Pada NRe = 0,000046 m 72213,64 dan /D = = 0,0029, maka harga f = 0,007 (Perry,2008) 0,0158 m Friction Loss -

Contraction loss pada keluaran tangki hc = kc

= 0,55

= 0,057 J/kg

-

Friction pada pipa lurus Panjang pipa lurus = 5 m Ff = 4f

-

= 3.(0,75)

= 14,827 J/kg

Friction pada 1 buah check valve hf = n.kf

-

= 0,922 J/kg

Friction pada 3 buah elbow 90o hf = n.kf

-

= 4(0,007)

= 1.(2)

= 13,179 J/kg

Expansion loss pada tank entrance hex = kex

=1

= 6,59 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = (0,057+0,922+ 14,827+ 13,179+ 6,59) = 35,576 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: Ws =

(Geankoplis, 1997)

Dimana: - .............................................................................................................. diameter pipa konstan, v1 = v2 - .............................................................................................................. selisih tinggi pipa,

=4m

- .............................................................................................................. tekanan konstan, P2 = P1 Sehingga, Ws =

+ 35,576 = 74,776 J/kg

Daya pompa, P P =

=

Efisiensi pompa 80%, maka :

= 0,015 hp

P =

hp

= 0,019 hp Maka, dipilih pompa dengan daya 0,019 hp C.3

Heater (E-112) Fungsi

: menaikkan

temperatur asam nitrat dari tangki

penyimpanan sebelum masuk ke reaktor Jenis

: Double Pipe Heat Exchanger

Dipakai

: Pipa 2  1 1/4 in IPS, 12 ft

Jumlah

: 1 unit

Fluida panas Laju alir umpan masuk = 13,2716 kg/jam = 29,25883479 lbm/jam Temperatur awal (T1)

= 200 0C

= 392 0F

Temperatur akhir (T2)

= 200 0C

= 392 0F

Fluida dingin Laju alir air pendingin

= 403,271 kg/jam = 889.059312 lbm/jam

Temperatur awal (t1)

= 30 0C

= 86 0F

Temperatur akhir (t2)

= 60 0C

= 140 0F

Panas yang diserap (Q) = 37039.9185 kJ/jam = 35107.5829 Btu/jam (1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas

Fluida dingin

Selisih

T1 = 392F

Temperatur yang lebih tinggi

t2 = 140F

t2 = 252F

T2 = 392F

Temperatur yang lebih rendah

t1 = 86F

t1 = 306F

t2 – t1 = 108F

t2 – t1 = - 54F

T1 – T2 = 0F

LMTD 

Selisih

Δt 2  Δt1 - 54   278,4394480F 252  Δt     2,3 log 2  ln  306   Δt1 

(2) Tc dan tc

Tc 

T1  T2 392  392   392 0F 2 2

tc 

t 1  t 2 194  86   140 0F 2 2

Fluida panas : anulus, steam. (3)Flow area tube D2 

2,067  0,17225 ft 12

D1 

1,65  0,1375 ft 12

aa 

 (D22  D12 ) 4



(Tabel 11, Kern)

 (0,172252  0,13752 )

Equivalen diam = De

4

 0,008449593 ft 2

(D 22  D12 ) (0,172252  0,13752 )   0,078282273 ft D1 0,1375

(4)Kecepatan massa Ga 

lb m 29,25883479 W  3462,750862 = 0,008449593 aa jam  ft 2

(5)Pada Tc = 392 0F,  =0.016 cP = 0,03872 lbm/ft. jam

= (6)

0,078282273  3462,750862  7000,826636 0,03872

L/D =

=7000.826636

Dari Buku Kern h.164 diperoleh nilai ho =1500 Fluida dingin : inner pipe, air (3) D =

1,38  0,115 12

ap 

D 2 4



3,14  0,115 2  0,0104 ft 2 4

(Gbr.14, Kern)

(4) Kecepatan massa Gp 

=

w ap

(Pers. (7.2), Kern)

lb m 889,059312  85637,77944 0,0104 jam  ft 2

(5) Pada tc = 113 0F,  = 1,6 cP = 3,872 lbm/ft2jam Re  p

(Gbr. 15, Kern)

DG p μ

0,115 85637,77944  2543,477437 3,872

=

(6) Dari Gbr. 24, Kern, diperoleh JH = 80

(Gbr. 24, Kern)

(7) Pada tc = 113 0F, c = 0.731267776 Btu/(lbm)(F) k = 0,76 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)

 c.      k 

1

3

 0,731267776 3,872    0,76  

1

3

 1,550241638

0 ,14 1 k  c    3    (8) hi = J H D  k      w

hi = 80 

(Pers. (6.15a), Kern)

0,76  1,550241638  1= 819,606014 0,115

(9) hi0 = hi 

ID 1,38  819,606014  685,4886662 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,65

(10) Clean Overall coefficient, UC UC 

h io  h o 685,488666 2  1500   470,481963 7 Btu/jam  ft 2  F h io  h o 685,488666 2  1500

(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1   RD   0,002  0,00412548 Btu/jam  ft 2  F U D UC 470,481963 7

UD = 242,3960369 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan

Q = U D  A  t A=

Q

=

UD x Δt

35107,58299 = 0,520169222 ft2 242,3960369  278,439448

Panjang yang diperlukan =

0,520169222 = 1,195791316 lin ft 0,435

Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft (13) Luas sebenarnya = 12  0,435 = 5.22 ft2, maka Q 35107,58299 UD = = = 24,15458966 Btu/jam.ft2.oF 5,22  278,439448 A x Δt

RD =

UC – UD

=

470,4819637 - 24,15458966 = 0,03927452 jam.ft2.oF/Btu 470,4819637  24,15458966

UC x UD Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.

Pressure drop Fluida panas : Anulus, steam. (1)

De’ = (D2 – D1) = (0,17225 – 0,1375) ft = 0,03475 ft Rea’ =

De' G a





0,03475  3462,75086 2 = 3107,711582 0,03872

0,264 (Pers. (3.47b), Kern) Rea’0,42 0,264 = 0,0035 + = 0,012511121 3107,711582 0,42

f = 0,0035 +

(2)

(3)

s = 1, ρ = 1  62,5 = 62,5 4.f.Ga2.L 4 x 0,012511121x 3462,750862 2 x 12 ΔFa = = = 0,000006ft 2 x 4,18.108 x 62,52 x 0,03475 2.g.ρ2.De’ Ga 3462,75086 2 3600 x 62,5 V = 3600ρ = = 0.015390004fps Fl = 8 x

V2

=

2g’ (ΔFa + Fl) x s 144

8 x0,015390004 2 = 0,0476 2 x 32,2 (1,1309 + 0,0476) x 1 144

ΔPa =

=

= 0.000212292 psi

Pa yang diperbolehkan ≤ 10 psi Fluida dingin: inner pipe, air. (1)

Untuk Rep = 2543,477437 0,264 f = 0,0035 + 2543,4774370,42 = 0.013302215 s = 1,38, ρ = 1,38  62,5 = 86,25

(2)

ΔFp =

0.000725941 ft (3)

4.f.Gp2.L 2

2.g.ρ .D’

ΔPp =

=

4 x 0.013302215x 85637,779442 x 120 8

2

2 x 4,18.10 x 86,25 x 0,115

0.000725941x 1,38

=

= 0,000005 psi

144 Pp yang diperbolehkan ≤ 10 psi C.4

Silotank Natrium Klorida (F-120)

Fungsi

: Menyimpan kebutuhan Natrium klorida kebutuhan 7 hari

Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA – 285 Grade C Bentuk

: Silinder vertikal dengan conical bottom head.


: Satu Buah

Kondisi Operasi

:

- Tekanan

: 1 atm

- Temperatur

: 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa Natrium Klorida: 172,6284 kg/jam - Densitas Natrium Klorida

: 2163 kg/m3

(Anonim, 2010)

Kebutuhan Perancangan : 7 hari Faktor Kelonggaran Perhitungan: A. Volume Silotank :

: 20%

(Perry, 1999)

= 13,408 m3

Volume Padatan = Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 52,067 m3 = 16,089 m3 B. Diameter Bukaan Bawah m

 D  Do n

(6,288 tan  m  23,16)( D p  1,889)  44,9

(McCabe, 1993)

dimana, m

= laju alir zat padat = 172,6284 kg/jam = 6,329 lbm/menit

Do

= diameter bukaan (inch)

αm

= sudut friksi = 30o

Dp

= diameter partikel = 0,05 cm = 0,019685 in



= 2163 kg/m3 = 142,758 lb /cuft

D

n

= 3,1

142,758 x Don 6,329 = (6,288 tan 30  23,16)(0,019685 1,889)  44,9 Do3,1

= 0,2762

Do

= 0,66 in = 0,01665 m C . Diameter dan Tebal Dinding

D

Direncanakan : H

h1

-

Tinggi (H) : Diameter (D) = 3 : 1

-

h1 : h2 = 2 : 1

-

H = h1 + h2 = h1 + h1 = h1

αm h2

= ; H = 3D

-

h1 =

H = . 3D = 2D

-

h2 =

h1 = 2D = D

Do

- Volume shell tangki ( Vs) =

1 1  D2 h1 =  D3 = 1,57 D3 2 4

- Volume cone tangki (Vc) =

= =

  Do  3 2

2



D   h2 2

  0,01665 D   3

 12

2



(McCabe, 1993)

2

 D 2

0,01665  D 2  D

= 0,262D0,01665  D

2

- Volume tangki = Vs + Vc =1,57 D3 + 0,262D0,01665  D = 16,089 m3 2

Diperoleh : D = h2 = 2,063 m h1 = 4,126 m H = h1 + h2 = 4,126+ 2,063 = 6,189 m D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 2,063 m = 81,22 in S = allowable stress = 13700 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume padatan = 13,408 m3 Volume tangki = 16,089 m3 Tinggi padatan dalam tangki =

Tekanan Hidrostatik :

13,408 m 3  6,189 m = 5,1575 meter 16,089 m 3

Phidrostatik


Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 15,852 psia) = 36,6578 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,2187 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan

= 0,2187 in


(Brownell,1959)

d. Tebal tutup dan cone tangki Tutup atas dan cone tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell,1959). C.5

Bucket Elevator (J-121) Fungsi : mengangkut NaCl dari silotank menuju reaktor Jenis

: Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator

Bahan

: Malleable-iron

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : - Temperatur (T)

: 30 0C

- Tekanan (P)

: 1 atm (14,699 psi)

Laju bahan yang diangkut = 172,6284 kg/jam Faktor kelonggaran, fk

= 12 %

(Tabel 28-8, Perry, 1999)

Kapasitas = 1,12 x 2,08 kg/jam = 193,3438 kg/jam = 0,053 kg/s Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21-8, Perry, 1999) - Tinggi elevator

= 25 ft = 7,62 m

- Ukuran bucket

= (6 x 4 x 4¼) in

- Jarak antar bucket

= 12 in = 0,305 m

- Kecepatan bucket

= 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

- Kecepatan putaran = 43 rpm - Lebar belt

= 7 in = 0,1778 m =17,78 cm

Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

P  0,07 m0,63 ΔZ Dimana: P m

(Timmerhaus, 1991)

= daya (kW) = laju alir massa (kg/s)

∆Z = tinggi elevator (m) m = 193,3438 kg/jam = 0,053 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m Maka : P = 0,07 . (0,053)0,63 . 7,62 = 0,0845 kW = 0,1133 HP C.6 Reaktor (R-130) Fungsi : tempat berlangsungnya reaksi antara asam nitrat dan NaCl. Jenis : reaktor berpengaduk marine propeller tiga daun dengan tutup Ellipsoidal, serta dilengkapi dengan jacket pendingin. : 60 oC

Temperatur

Bahan konstruksi : High Alloy Steel SA-240, Grade 304, 18 Cr-8 Ni Komponen

Laju Alir Massa

Laju Alir Molar

Densitas

Volume

(kg/jam)

(kmol/jam)

(kg/m3)

(m3)

Asam Nitrat 60%

403, 271

12,801

1250, 833

0,322

Natrium Klorida

172,6284

3,06

2163

0,0798

Campuran

575,899

15,861

1431,832

0,4022

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : 3 NaCl(s) + 4 HNO3(l)


Perhitungan : 1. Menghitung volume larutan, Vl τ =

V Vo

(Levenspiel, 1999)

τ = 90 menit = 1,5 jam

(freepatentsonline.com, 2010)

Vl = Vo x τ Vl =

575,899 kg/jam x 1,5 jam = 0,60 m3 1431,832 kg/m 3

2. Perhitungan tangki : Tangki didesain dengan top dan bottom ellipsoidal standar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 1 : 1 Tinggi head : Diameter (Hh : D) Vapor space

= 30 %

Volume liquid

= 0,6 m3

=1:4

Volume tangki yang berisi larutan adalah bagian silinder dan bottom. Volume reaktor = (1+0,3) . 0,6 m3 = 0,78 m3 a. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -


-



1 1  D2 Hs =  D3 4 4

-


1  D3 24

-

Volume tangki = Vs + 2Vh =

6 1 8  D3 + 2.  D3 =  D3 = 0,784 m3 24 24 24

Diperoleh : D = 0,908 m Hs = 1,06 m b. Diameter dan Tinggi Head Diameter Head = Diameter Shell = 0,908 m

Tinggi Head =

D = . 0,908 = 0,227 m

Tinggi Tangki = Hs + 2Hh = 1,514 m c. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,908 m = 35,75 in S = allowable stress = 18700 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume larutan = 0,60 m3 Volume tangki = 0,78 m3 Tinggi larutan dalam tangki =

0,6 m 3  1,514 m = 1,164 meter 0,78 m 3

Tekanan Hidrostatik : Phidrostatik

=ρ.g.h = 1431,832 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 1,164 m = 16, 34 kPa = 2,37 psia

Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 2,37 psia) = 20,478 psia

Tebal shell tangki:

t= t = 0,148 in

+ 0,125


= 0,148 in


(Brownell,1959)

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell,1959). 3. Perhitungan Pengaduk Jenis : Marine propeller tiga daun Kecepatan putaran (N) = 900 rpm = 15 rps

(US Patent)

Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3

(McCabe, 1994, Hal.235)

W : Da = 1: 5

(McCabe, 1994, Hal.235)

E : Da = 1: 1

(McCabe, 1994, Hal.235)

Jadi: - Diameter impeller (Da) = 1/3  Dt = 1/3  0,908 = 0,302 m = 0,993 ≈ 1 ft - Lebar daun impeller (W) = 1/5  Da = 1/5  0,302 = 0,06 m -

Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 0,302 m

- Viskositas slurry pada 60oC didekati melalui persamaan berikut ln

c 2,5Q s   1  CQ s

dimana : C = koefisien (1-1,5) dan diambil C = 1 μ = Viskositas Asam Nitrat = 2 cP Qs= ln

volume solid volume NaCl = = 0,3 volume campuran volume campuran

μ c 2,5 . 0,3  = 2,14 2 1  1. 0,3

μc = 8,5 cP = 8,5 . 10-3 kg/m.s -

Daya untuk pengaduk Bilangan Reynold ( NRe)

(Perry, 1999)

2

NRe =

N  D a  ρ 15 rp s  0,3022 m 2 1431,832 kg/m3   231505,1 μ 8,5  10 3 kg/m.s

NRe >10.000, daya tidak bergantung pada bilangan Reynolds. Dari tabel 9-3 (McCabe, 1994), untuk pengaduk jenis impeller, diperoleh kT = 0,32.

k T  N 3  Da 5   P gc

(McCabe, 1993)

0,32. 15 .1 ft  . 88,5017 lb m /ft 3 P = 2870,15 ftlbf/s = 5,22 hp 32,147 lb m .ft/lb f .s 2 3

5

Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 5,22 / 0,8 = 6,52 hp 4. Perhitungan Jacket Ditetapkan jarak jacket () = ½ in sehingga : -

Diameter dalam (D1) = D + (2  tebal tangki) = 35,75 in + (2  3/16) = 36,13 in = 0,917 m

-

Diameter luar (D2) = 2 +D1 = (2  ½) + 36,13 in = 37,13 in = 0,943 m

Luas yang dilalui air pendingin (A)

= /4  (D22 – D12) = /4  (0,9432 m2 – 0,9172 m2) = 0,0371 m2

C.7

Pompa Keluaran Reaktor (L-131) Fungsi

: Memompa keluaran reaktor menuju evaporator-I

Jenis

: Pompa slurry

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P1 ≈ P2 = 1 atm

-

T = 60 0C Laju Alir (kg/jam)

Densitas (kg/m3)

Volume (m3)

Asam Nitrat Natrium Klorida Natrium Nitrat Air Total

4.8393 25.119 239.89 214.35 484.1983

1502 2163 2257 1000 1443.334258

0.003222 0.011613 0.106287 0.21435 0.335472

Viskositas slurry pada 60oC didekati melalui persamaan

berikut

ln

c 2,5Q s   1  CQ s

(Perry, 1999)

dimana : C = koefisien (1-1,5) dan diambil C = 1 μ = Viskositas Asam Nitrat = 2 cP = 0,001344 lbm/ft.s Qs= ln

volume solid volume NaCl  volume NaNO 3 = = 0,351 volume campuran volume campuran

μc 2,5 . 0,351  = 2,71 2 1  1 . 0,351

μc = 15,02 cP = 0,101 lbm/ft.s -

Laju alir volumetrik (Q) =

484,198kg/jam = 0,335 m3/jam= 0,0033 ft3/s 3 1443,33 kg/m

Perencanaan Diameter Pipa pompa : Di,opt = 3,9  Q0,45  0,13


dengan : Di,opt = diameter optimum (in) 

= densitas = 1443 kg/m3= 89,212 lbm/ft3

Q



= 3,9  Q0,45  0,13 = 3,9 (0,0033 ft3/s )0,45 (89, 212 lbm/ft3)0,13 = 0,536 in


: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

= 0,0686 ft = 0,02093 m

Diameter Luar (OD)

: 1,05 in

= 0,0875 ft


: 0,00371 ft2

0,0033 ft 3 /s Kecepatan linear, v = Q/A = = 0,897 ft/s = 0,273 m/s 0,0875 ft 2  v D Bilangan Reynold : NRe =



=

(89,212 lbm/ft 3 )(0,897 ft/s )(0,0686 ft ) 0,0101 lbm/ft.s



-

= 0,55

= 0,0205 J/kg


-

= 3.(0,75)

= 4,02 J/kg


-

= 0,289 J/kg


-

= 4(0,0081)

= 1.(2)

=3,57 J/kg


=1

= 1,786 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 9,688 J/kg

Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: Ws =

(Geankoplis, 1997)


=4m


+ 9,688 = 48,88 J/kg

Daya pompa, P P = = = 0,012 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P =

hp

= 0,015 hp Maka, dipilih pompa dengan daya 0,015 hp

C.8 Kompressor (G-132) Fungsi

: Menaikkan tekanan produk gas dari reaktor agar menyentuh tekanan kritis hingga berubah menjadi fasa cair

Jenis

: Multistage reciprocating compressor

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi : - Tekanan Masuk : 1 atm = 2116,1 lbf/ft2 -

Tekanan Keluar : 10 atm = 21161 lbf/ft2 Komponen

Laju Alir

Densitas 3

(kg/jam) NOCl

Volume (m3)

(kg/m )

66,7

1560

0,0428

Cl2

61,585

1273

0,0484

Total

128,29

1407,6

0,0911

Hp =

. P1 .Qfm

(Timmerhaus,1991)

dimana: Qfm= laju alir =

= 0,0911 m3/jam = 0,0542 ft3/menit

=

= 0,0009 ft3/s k

= rasio panas spesifik = 1,4

η

= efisiensi kompresor = 75 %

Hp =

. 2116,1 .0,0542

= 0,0113 HP Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka : Daya actual, P =

0,0113  0,0151 HP 0,75

Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De =3,9(Q)0,45(  )0,13

(Timmerhaus,1991)

= 3,9 (0,0009 ft3/s)0,45(87,007 lbm/ft3) 0,13 = 0,4272 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel :

Ukuran nominal

: 0,5 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,622 in

= 0,0518 ft = 0,0158 m

Diameter Luar (OD)

: 0,84 in

= 0,07 ft


: 0,00211 ft2

Flash Drum (V-210)

C.9 Fungsi

: Memisahkan Cl2 dari NOCl maupun sebaliknya

Bentuk

: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA-285 Grade C

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

:

-

Temperatur : 650C

-

Tekanan

: 10 atm

Komposisi Bahan pada Alur Masuk Flash Drum Komponen

Laju Alir Massa (kg/jam)

Cl2 (gas)

66,7029

NOCl (cairan)

61,5856

Campuran

183,7036

Laju alir massa gas = 66,7029 kg/jam v=

P BM (10 atm)(65, 47 kg/kmol)   23,61 kg/m 3 3 RT (0,082m atm/kmol K)(338,15 K)

= 2,825 m3/jam

Laju Alir volumetrik gas (Q) = Laju alir massa cairan

: 61,5856 kg/jam

Laju Alir volumetrik cairan (q) :

= 0,04783 m3/jam

Laju Alir volumetrik campuran : 2,8734 m3/jam Kebutuhan Perancangan

: 24 jam

Faktor Kelonggaran

: 20%

Perhitungan: A. Volume Tangki : Volume Cairan = 2,8734 m3/jam . 24 jam = 68,9622 m3 Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 68,9622 m3 = 82,75464 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -


-



5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-


1  D3 24

-


5 1  D3 + 2.  D3 12 24

=

6  D3 = 82,75464 m3 12


D = . 3,859 = 0,965 m

D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in)

P = tekanan desain (psia) D = diameter tangki = 3,859 m = 151,956 in S = allowable stress = 13700 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Tekanan uap pada bagian dalam flash drum: Basis perhitungan = 24 jam operasi Massa gas pada flash drum = 66,7029 kg/jam. 24 jam = 1600,87 kg P

m g F  Aa Aa

= 1,314 kPa = 0,194 psia Volume cairan = 68,9622 m3 Volume tangki

= 82,75464 m3

68,9622 m 3  6,433 m = 5,36 meter Tinggi cairan dalam tangki = 82,75464 m 3 Tekanan Hidrostatik : Phidrostatik = ρ . g . h = 1273 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 5,36 m = 66,879 kPa = 9,69 psia Maka Pdesign = (1 + 0,2) x (146,96 psia + 0,194+ 9,69 psia) = 188,27 psia Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 1,365 in


= 1,365 in

Maka tebal shell standar digunakan = 11/2 in

(Brownell,1959)

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 11/2 in (Brownell,1959). C.10 Kondensor-I (E-211) Fungsi

: mengubah fasa uap klorin menjadi fasa cair

Jenis

: 1-2 shell and tube exchanger

Dipakai

: 3/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 8 ft, 2 pass

Fluida panas Laju alir campuran masuk = 61,5856 kg/jam = 152,5209027 lbm/jam Temperatur awal (T1)

= 65°C = 149°F


= 30°C = 86°F

Fluida dingin Laju alir air masuk

= 9,544 kg/jam = 21,99470008 lbm/jam


= 28°C = 82,4°F


= 50°C = 122°F

Panas yang diserap (Q)

= 37322,4288 kJ/jam = 35375,35501 Btu/jam

1. t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas

Fluida dingin

Selisih

T1 = 149F


t2 = 122F

t2 = 27F

T2 = 86F


t1 = 82,4F

t1 = 3,6F

t2 – t1 = 54F

t2 – t1 =23,4F

T1 – T2 = 65,34F

LMTD 

Selisih

Δt 2  Δt1 23,4   20,81776073 F  Δt 2   27   ln  ln  3,6   Δt1 

R

T1  T2 65,34   1,21 t 2  t1 54

S

t 2  t1 54   0.66666666 7 T1  t 1 149  82,4

R = 1,21, S = 0,666666667 diperoleh Ft = 1 Maka t = Ft x LMTD = 1 x 20,81776073 = 20,81776073F 2. Tc dan tc

Tc 

T1  T2 149  86   116,33 F 2 2

tc 

t1  t 2 82,4  122   95 F 2 2

Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi: -

Diameter luar tube (OD) = 1 in

-

Jenis tube

= 18 BWG

-

Pitch (PT)

= 1 1/4 in triangular pitch

-

Panjang tube (L) = 8 ft

a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, cooler untuk fluida panas gases water dan fluida dingin water, diperoleh UD = 2-50, dan faktor

pengotor (Rd) = 0,003

Diambil UD = 2 Btu/jamft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A

Q  U D  Δt

35375,35501 Btu/jam  849,6436162 ft 2 Btu 2  20,81776073 o F 2 o jam  ft  F

Luas permukaan luar (a) = 0,1963 ft2/ft Jumlah tube, N t 

(Kern,1965)

849,6436162 ft 2 A   541,0364342 buah L  a " 8 ft  0,1963ft 2 /ft

b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 559 tube dengan ID shell 27 in. c. Koreksi UD

A  L  Nt  a"  8 ft  559  0,1963ft 2 /ft  877,8536 ft 2 UD 

Q 35375,3550 1 Btu/jam Btu   1,93572963 9 2 A  Δt 887,8536 ft  20,8177607 3F jam  ft 2  F

Fluida dingin : air pendingin, tube Flow area tube, at = 0,334 in2

3.

(Kern,1965)

N t  a 't at  144  n at 

(Kern,1965)

559  0,334  0,324142361 ft 2 144  2

4.

Kecepatan massa

Gt 

w at

Gt 

lb m 219,9470008  678,5506221 0,324142361 jam  ft 2

5.

(Kern,1965)

Bilangan Reynold Pada tc = 95 F  = 0,75 cP = 1,815 lbm/ft2jam

(Kern,1965)

Dari Tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh ID = 0,652 in = 0,054333333 ft

Ret 

Re t  6.

ID Gt

(Kern,1965)

μ

0,054333333  678,55062213  20,312902 1,815

Taksir jH dari Fig. 24, Kern,1965 diperoleh jH = 0,2 pada Ret = 20,312902

7.

Pada tc = 95 F c = 2,978441009 Btu/lbmF k = 0,360166667 Btu/hr.ft.0F

 c.      k  8.

1

3

 2,978441009 1,815    0,360166667  

k  c.   t  jH  ID   k    hi

h

1

0,360166667

1

3

 2,466724829

3

i  t  0, 2  0.05433333 3  2, 466724829 = 3,27

9.

h io h ID = i x t  t OD

= 3,27 x

0.652 in 0,75 in

= 2,843 Btu/jam.ft2.F 10. Karena viskositas rendah, maka diambil t = 1 hio 

hio

t

(Kern, 1965)

t

hio = 2,843  1 = 2,843 Btu/jam.ft2.F Fluida panas : Klorin (shell) (3) Flow area shell

as 

Ds  C'  B 2 ft [Pers. (7.1), Kern] 144  PT

Ds

= Diameter dalam shell

= 27 in

B

= Baffle spacing

= 3 in

PT

= Tube pitch

= 1 in

C

= Clearance

= PT – OD

= 1 – 0,75

= 0,25 in

as 

27  0,25  3 144  1

 0,140625 ft

2

(4) Kecepatan massa Gs  Gs 

w as

[Pers. (7.2), Kern]

lb m 152.5209027  1084,593086 2 0,140625 jam  ft

(5) Bilangan Reynold Pada Tc = 116,3 F  = 0.013cP = 0.03146 lbm/ft2jam

(Kern,1965)

Dari Gbr. 28, Kern, untuk 3/4 in dan 1 tri. pitch, diperoleh de = 0,73 in. De =0,73 /12 = 0.060833333 ft

Re s 

Res 

De  Gs μ

[Pers. (7.3), Kern]

0,060833333 1084,593086  2097,247702 0,03146

(6) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 22 (7) Pada Tc = 116, 3 F c = 3.549705389 Btu/lbmF k = 0,009 1

c     k 

3

[Geankoplis, 1983]  3,54970538 9  0,03146    0,009  

k c   jH   (8)  s De  k  ho

ho φs

 22 

0,009

0,06083333 3

1

1

3



2,31509867 4

3

(Kern,1965)

 2,31509867 4  7,53517047 9

(9) Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1 ho 

ho φs

 φs

ho = 7,535170479  1 = 7,535170479 (10’) Clean Overall coefficient, UC UC 

h io  h o 2,843  7,53517047 9   2,064 Btu/jam  ft 2  F h io  h o 2,843  7,53517047 9

(Kern,1965) (11’)

Faktor pengotor, Rd Rd 

U C  U D 2,064  1,93572963 9   0,0321 U C  U D 2,064  1,93572963 9

(Kern,1965)

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima. Pressure drop Fluida dingin : air, tube

(1) Untuk Ret = 20,312902 f

= 0,01 ft2/in2

s

= 0,98

t

=1

(2)

ΔPt 

[Gbr. 26, Kern]

[Gbr. 6, Kern]

2 f Gt  L  n

(Kern,1965)

10

5,22  10  ID  s  φ t

0,01678,5506221 (8)4  5,22  10 0,0543333330,981 2

ΔPt

10

 0,000053 psi

(3) Dari grafik 27, hal:837, Kern, 1950 pada Gt = 678,5506221 diperoleh

ΔPr   

V

2

2g'

=0,17

2 4n V . s 2g' (4).(4) 0,98

.0,17

2,775510204 psia

PT = Pt + Pr = 0,000053 psia + 2,77551024 psia = 2,775563213 psia Pt yang diperbolehkan < 10 psia

Fluida panas : Klorin, shell (1) Untuk Res = 2097,247702 f

= 0,003 ft2/in2 [Gbar. 29, Kern]

s

=1

s

= 0,00007 [Geankoplis, 1983]

(2) N  1  12  N  1  12 

L B

[Pers. (7.43), Kern]

8  32 3

Ds = 27/12 = 2,25 ft 2 f  G s  D s  N  1 (3) ΔPs  10 5,22  10  D e  s  φ s

ΔPs 

(Kern,1965)

0,0031084,5930862 2,2532 10 5,22  10 0,0608333330,000071

 1,131512745 psi

Ps yang diperbolehkan < 10 psi C.11

Pompa Kondensor (L-212)

Fungsi

: Memompa cairan Cl2 dari kondensor ke dalam tangki penyimpan.

Jenis

: Pompa centrifugal

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P1 ≈ P2

: 10 atm

-

T

: 30 0C

-

Laju Alir massa

: 66,7029 kg/jam

-

Densitas

: 1560 kg/m3

-

Viskositas Cl2

: 0,0111 cP

-


(Perry, 1999)

66,7029kg/jam = 0,0807 m3/jam=0,0008 ft3/s 1560 kg/m3

Perencanaan Diameter Pipa pompa : Di,opt = 3,9  Q0,45  0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (in) 


Q



= 3,9  Q0,45  0,13 = 3,9 (0,0008 ft3/s )0,45 (95,443 lbm/ft3)0,13 = 0,285 in



: 0,5 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,622 in

= 0,0518 ft = 0,0158 m

Diameter Luar (OD)

: 0,84 in

= 0,07 ft


: 0,00211 ft2

Kecepatan linear, v = Q/A =

0,0008 ft 3 /s = 0,379 ft/s = 0,115 m/s 0,00211 ft 2

Bilangan Reynold : NRe

=

 v D 

=

(95,44 lbm/ft 3 )(0,379 ft/s )(0,0518 ft ) 7,41 . 10 -6 lbm/ft.s



-

= 0,55

= 0,00315 J/kg


-

= 3.(0,75)

= 0,1151 J/kg


-

= 0,0036 J/kg


-

= 4(0,0068)

= 1.(2)

=0,9524 J/kg

Expansion loss pada tank entrance

hex = kex

=1

= 0,8466 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 2,3411 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: Ws =

.............................. (Geankoplis, 1997)


=4m


+ 2,3411 = 41,5411 J/kg


hp

= 0,00328 hp C.12

Pompa Cooler (L-213)

Fungsi

: Memompa cairan NOCl dari flash drum menuju cooler.

Jenis

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P1 ≈ P2

: 10 atm

-

T

: 30 0C

-

Laju Alir massa

: 61,5856 kg/jam

-

Densitas

: 1273 kg/m3

-

Viskositas NOCl : 0,015 cP

-


(Perry, 1999)

59,18 kg/jam = 0,0463 m3/jam=0,00046 ft3/s 3 1273 kg/m





Q



= 3,9  Q0,45  0,13 = 3,9 (0,00046 ft3/s )0,45 (78,867 lbm/ft3)0,13 = 0,216 in


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,03033 ft = 0,0092 m

Diameter Luar (OD)

: 0,64 in

= 0,045 ft


: 0,00072 ft2


= =

0,00046 ft 3 /s = 0,639 ft/s = 0,194 m/s 0,00072 ft 2  v D

 (78,867 lbm/ft 3 )(0,639 ft/s )(0,03033 ft ) 1,02 . 10 -5 lbm/ft.s

= 150410,3 (Turbulen)

Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  = 0,000046 m. Pada NRe = 0,000046 m 150410,3 dan /D = = 0,0049, maka harga f = 0,008 (Perry,1999) 0,0092 m

Friction Loss -


-

= 0,55

= 0,01043 J/kg


-

= 3.(0,75)

= 4,61 J/kg


-

= 0,656 J/kg


-

= 4(0,008)

= 1.(2)

= 4,104 J/kg


=1

= 2,052 J/kg


.............................. (Geankoplis, 1997)

Dimana: - .............................................................................................................. diameter pipa konstan, v1 = v2

- .............................................................................................................. selisih tinggi pipa,

=4m


+ 11,44 = 50,64 J/kg

Daya pompa, P P = =

=

0,0015 hp

Efisiensi pompa 80%, maka : P =

hp

= 0,00189 hp C.13

Cooler (E-214)

Fungsi

: menurunkan temperatur nitrosil klorida sebelum masuk ke dalam tangki penyimpanan

Jenis

: Double Pipe Heat Exchanger 2x 1 ¼ inch

Panjang

: panjang = 12 ft

Fluida panas Laju alir larutan masuk

= 61,5856 kg/jam = 130,4678684 lbm/jam

Temperatur awal (T1)

= 65°C = 149°F


= 30°C = 86°F

Fluida dingin Laju alir air pendingin masuk

= 332,215 kg/jam = 889,3614951 lbm/jam


= 28°C = 82,4°F


= 50°C = 122°F

Panas yang diserap (Q)

= 9439,177 kJ/jam = 8946, 744575 Btu/jam

1. t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas

Fluida dingin

Selisih

T1 = 149F


t2 = 122F

t2 = 24F

T2 = 86F


t1 = 82,4F

t1 = 3,6F

T1 – T2 = 63F

Selisih

t2 – t1 = 39,6F

t2 – t1 = 20,4F

LMTD 

Δt2  Δt1 20,4   68,51910711 F  Δt2   24   ln  ln 3.6   Δt  1

2. Tc dan tc Tc 

T1  T2 149  86   109,4 F 2 2

tc 

t1  t 2 82,4  122   95 F 2 2

Fluida panas : anulus, NOCl. (1)Flow area tube 2,067  0,17225 12

D2  D1 

aa 

(Tabel 11, Kern)

1,65  0,1375 12

 (D22  D12 ) 4



 (0,172252  0,13752 )

Equivalen diam De =

4

 0,008449593 ft 2

(D 22  D12 ) (0,172252  0,13752 )   0,078282273 ft D1 0,1375


=

W aa

lb m 130,4678684  15440,72848 0,008449593 jam  ft 2

(3)Pada Tc = 190,4 0F,  =0.0145 cP = 0,03509 lbm/ft. jam (Gbr.14, Kern)

= L/D =

0,078282273  15440,72848  34446,71752 0,03502

= 69.66618287

Dari gambar 24 Buku Kern h.834 diperoleh : jH = 100 Pada Tc = 190,4oF diperoleh : c = 0,346497471 Btu/lb oF k = 0,045 Btu/jam ft2 (oF/ ft) 1

 c.      k 

3

 0,346497471 0,03509    0,045  

1

3

 0,6464828

0 ,14 1   3 k c     ho = J H D  k      w

ho = ho = 37,16259756 Fluida dingin : inner pipe, air (3) D =

1,38  0,115 12

ap 

D 2 4



3,14  0,115 2  0,01038162 5 ft 2 4


=

w ap

(Pers. (7.2), Kern)

lb m 55,62653092  5358,171858 0,010381625 jam  ft 2

(5) Pada tc = 95 0F,  = 0,75 cP = 1,815 lbm/ft2jam Re  p

DG p μ

=

(Gbr. 15, Kern)

0,115 5358,171858  339,4984924 1,815

(6) Dari Gbr. 24, Kern, diperoleh JH = 5

(Gbr. 24, Kern)

(7) Pada tc = 95 0F, c = 2,978443062 Btu/(lbm)(F) k = 0,360166667 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)

 c.      k 

1

3

 2,978443062 1,815    0,360166667  

1

3

 2,466725396

0 ,14 1 k  c    3    (8) hi = J H D  k      w

hi = 5 


0,360166667  2,466725396  1 = 38,62748971 0,115

(9) hi0 = hi 

ID 1,38  38,62748971  32,30662776 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,65


(11)

h io  h o 32,3066277 6  37,1625975 6   17,2824470 2 Btu/jam  ft 2  F h io  h o 32,3066277 6  37,1625975 6 UD

Rd ketentuan = 0,002 1 1 1   RD   0,002  0,05986217 7 Btu/jam  ft 2  F UD UC 17,2824470 2

UD = 16,70503911 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D  A  t A=

Q

=

UD x Δt

8946,744575 = 8,246600161 ft2 16,70503911  68,51910711


8,246600161 0,435

= 18,95770152 lin ft

Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft (13) Luas sebenarnya = 24  0,435 = 10,44 ft2, maka Q 8946,744575 UD = = = 13,19538106 Btu/jam.ft2.oF A x Δt 510,44 68,51910711 UC – UD RD =

UC x UD

=

17,28244702 - 13,19538106 = 0,017921918 jam.ft2.oF/Btu 17,28244702  13,19538106

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : Anulus, NOCl. (1)

De’ = (D2 – D1) = (0,17225 – 0,1375) ft = 0,03475 ft De' G a

0,03475  15440,7284 8 = 15291,11754  0,03509 0,264 f = 0,0035 + Rea’0,42 (Pers. (3.47b), Kern)

Rea’ =

= 0,0035 +



0,264 = 0,008114657 15291,117540,42

s = 1,05, ρ = 1,05  62,5 = 65,625 (2) (3)

4.f.Ga2.L

4 x 0,008114657x 15440,728482 x 12 ΔFa = = = 0,00148449 ft 2 8 2 2.g.ρ .De’ 2 x 4,18.10 x 65,625,5 x 0,03475 Ga 8 360 = 0,065357581 fps V = = 15440,7284 0 x 65,625 3600ρ 2 8 x0,015390004 2 V Fl = 8 x = = 0,000530635 2 x 32,2 2g’ (ΔFa + Fl) x s (1,1309 + 0,0476) x 1 ΔPa = = = 0.0000147 psi 144 144 Pa yang diperbolehkan ≤ 10 psi

Fluida dingin: inner pipe, air. (1)

Untuk Rep = 339,4984924 f = 0,0035 +

0,264 0,42

= 0,026337682

339,4984924 s = 1, ρ = 1  62,5 = 62,5 (2)

4 x 0.013302215x 5358,1718582 x 24 ΔFp = = = 0,000175323 8 2 2 2 x 4,18.10 x 62,5 x 0,115 2.g.ρ .D’ 4.f.Gp2.L

(3)

ΔPp = (ΔFp x s)/144 =

0.000175323x 1 144

= 0,00000122 psi

Pp yang diperbolehkan ≤ 10 psi C.14

Evaporator-I (V-310)

Fungsi

: menguapkan seluruh asam nitrat dari campuran keluaran reaktor


: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Tipe

: Long Tube Vertical Evaporator

Dipakai

: 1 in OD tube 18 BWG

Jumlah

: 1 buah

Kondisi Operasi : - Temperatur : 860C - Tekanan

: 1 atm

Asam Nitrat Natrium Klorida Natrium Nitrat Air Total

Laju Alir Densitas Volume 3 (kg/jam) (kg/m ) (m3/jam) 4,8393 1502 0,00322 25,119 2163 0,011613 239,89 2257 0,106287 214,35 1000 0,21435 484,1983 1443,334258 0,335472

Faktor Kelonggaran

: 20%

Waktu Tinggal

: 24 jam

Perhitungan: A. Volume Tangki : Volume Campuran = 0,3354 m3/jam .24 jam = 8,051 m3 Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 8,051 m3 = 9,66 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -


-



5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-


-

Volume tangki = Vs + 2Vh

1  D3 24

=

5 1  D3 + 2 .  D3 24 12

=

6  D3 = 9,66 m3 12


D = . 1,8434 = 0,46 m

D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004)

di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 1,8434 m = 72,574 in S = allowable stress = 18700 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume cairan = 8,051 m3 Volume tangki = 9,66 m3 Tinggi cairan dalam tangki = Tekanan Hidrosatatik :

8,051 m3  (3,359  2. 0,46) m = 3,56 meter 9,66 m3

Phidrostatik


Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 5,06 psia) = 23,711 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,17886 in


(Brownell,1959)

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell,1959). E. Koil Pemanas 2

 L2 N  3 hc D   0,87   k  

1

 Cp 3   k  

       w  

0 ,14

..................................(Kern. 1950)

Direncanakan, Koil berupa tube dengan OD = 1 in (0,08333 ft) Diameter lingkar koil (Dk)

= 59,05511 in (4,9212 ft)

Dimana, Diameter pengaduk (L)

= 0,852269 m (2,8714445 ft)

Diameter dalam tangki (D)

= 1,8434 m = 6,01 ft

Putaran pengaduk (N)

= 1 rps = 3.600 rph

Densitas campuran (ρ)

= 89.2127 lbm/ft3

Viskositas campuran (μ)

= 36,337 lbm/ft,jam

Kapasitas panas (Cp)

= 53,5014 btu/lbm.oF

Konduktivitas termal (k)

= 1,684 btu/jam.ft.oF

Beban panas (Q)

= 35144,26 kJ/jam = 33312,09 btu/jam

Tcampuran di luar koil

= 86oC = 186,8oF

Tsteam di dalam koil

= 200oC = 392oF

Perbedaan temperatur

= 392oF – 186,8oF = 205,2oF

Rej =

L2 N





( 2,8714445 ) 2 (3600 )(89,212 ) = 5061,068 36,337

Estimasi harga j dari Figure 20.2 (Hal. 718, Kern. 1950) diperoleh j = 6,75 1

1

 C p   3  (53,50)(36.3373)  3   =   = 10,49 1,684    k        w 

0 ,14

= 1,0002042 1

k  Cp   3   hc = j D  k 

      w  

0 ,14

 1,684   (10,49) (1,0002042) = (6,75)   6,01  = 19,838

Untuk steam : hoi = 1.500 Rd = 0,001

(Appendix Tabel 12, Hal. 845, Kern. 1950)

Maka, hd =

1 1 = 0,001 Rd

= 1.000

Uc =

( hc )  ( hoi ) ( hc )  ( hoi )

=

(19,838)(1.500) (19,838)  (1.500)

= 1,394

Ud =

(U c )  (hd ) (U c )  (hd )

=

(1,394)(1.000) (1,394)  (1.000)

= 0,5823

btu  ft 2 0 F jam

Maka, Luas permukaan perpindahan panas (A), A=

(33312,09) Qs = = 278,7492 ft2 (0,5823)( 205,2) U D  T

Nilai surface per lin ft,ft2 pada ODtube 1 in 12 BWG (a’ = 0,2618 ft/ft2) diperoleh dari Appendix Tabel 10 (Hal. 843, Kern. 1950). Luas permukaan lilitan koil (Ak)

= πDka’

= 8,32 ft2 Jumlah lilitan koil (n)

= A/Ak = 33,5 = 34 lilitan

Jarak antar lilitan koil (j)

= 2Dtube = 0,1666 ft = (nπDk) – [(1/2)πj(n-1)2]

Panjang pipa koil (l)

= 241,1837 ft Tinggi koil dari dasar tangki

= [(n+1) Dtube ] + (nj) = 8,455 ft

Ekonomi steam Ekonomi steam

=

Jumlah HNO3 dan air yang diuapkan (dari bab 3) = 9,1307 kg/jam Jumlah steam yang diperlukan (dari lampiran B) = 12,5924 kg/jam Ekonomi steam

C.15

=

= 0,725

Kondensor-II (E-311)

Fungsi

: mengubah fase uap larutan asam asam nitrat 53% menjadi fase cair.

Jenis

: Double Pipe Heat Exchanger

Dipakai

: Pipa 2  1 1/4 in IPS, 12 ft

Jumlah

: 1 unit

Fluida panas Laju alir HNO3 masuk

= 9,1307 kg/jam = 20,12972383 lbm/jam

Temperatur awal (T1)

= 86 0C

= 186,8 0F


= 30 0C

= 86 0F

Fluida dingin Laju alir air pendingin masuk

= 52,9752 kg/jam = 128.71583689 lbm/jam


= 28 0C

= 82,4 0F


= 50 0C

= 122 0F

Panas yang diserap (Q) = 90845,9349 J/jam = 86104,99397 Btu/jam

(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas

Fluida dingin

Selisih

T1 = 186,8F


t2 = 122F

t2 = 64,8F

T2 = 86F


t1 = 82,4F

t1 = 3,6F

T1 – T2 = 100,8F

Selisih

t2 – t1 = 54F

t2 – t1 = 61,2F

Δt 2  Δt 1

LMTD 

 Δt 2,3 log 2  Δt 1

  



61,2  36,57690925 0F  64,8  ln   3,6 

(2) Tc dan tc Tc 

T1  T2 186,8  86   136,4 0F 2 2

tc 

t 1  t 2 64,8  122   95 0F 2 2

Fluida panas : anulus, asam nitrat (3) Flow area tube

2,067  0,17225 12

D2  D1  aa 

(Tabel 11, Kern)

1,65  0,1375 12

 (D 22  D12 ) 4

Equivalen diam =De =



 (0,17225 2  0,1375 2 ) 4

 0,008449593 ft 2

(D 22  D12 ) (0,172252  0,13752 )   0,078282273 ft D1 0,1375


=

W aa

lb m 20,12972383  2382,330638 0,008449593 jam  ft 2

(5)Pada Tc = 136,4 0F,  =1,42 cP = 3,025 lbm/ft. Jam (Gbr.14, Kern)

D G a a = 0,078282273  2382,330638  61,65099395 μ 3,025

Re a 

(6) JH = 2

(Gbr.24, Kern)

(7) Pada Tc = 136,4 0F, c = 2,276186949 Btu/lbm .0F

(Gbr.3, Kern)

k = 0,23 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)

 c.      k 

1

 2,276186949 3,025    0,23  

3

(Tabel 4, Kern) 1

3

 3,105049233

0 ,14 1   k c  3   (8) h0 = J H De  k      w

= 2

(Pers. (6.15b), Kern)

0,23  3,105049233  1 0,078282273

= 18,24579943 Btu/(jam)(ft2)(0F) Fluida dingin : inner pipe, air pendingin. (3) D =

1,38  0,115 12

ap 

D 2 4



3,14  0,1152  0,010381625 ft 2 4


=

w ap

(Pers. (7.2), Kern)

lb m 28,71583689  2766,02525 0,010381625 jam  ft 2

(5) Pada tc = 95 0F,  =0,75 cP = 1,815 lbm/ft2jam Re  p

=

(Gbr. 15, Kern)

DG p μ 0,115  2766,02525  175,2577982 1,815

(6) Dari Gbr. 24, Kern, diperoleh JH = 28 (7) Pada tc = 95 0F, c = 2,978454981 Btu/(lbm)(F)

(Gbr. 24, Kern)

k = 0,360166667 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)

 c.      k 

1

3

 2,978454981 1,815    0,360166667  

1

0 ,14 1 k  c    3    (8) hi = J H D  k      w

hi = 28 

3

 2,466728686


0,360166667  2,466728686  1 = 216,3142309 0,115

(9) hi0 = hi 

ID 1,38  216,3142309   180,9173568 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,65


h io  h o 180,917356 8  18,2457994 3   16,5742593 6 Btu/jam  ft 2  F h io  h o 180,917356 8  18,2457994 3

(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1   RD   0,002  0,06233452 1 Btu/jam  ft 2  F UD UC 16,5742593 6

UD = 16,04247507 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D  A  t A=

Q UD x Δt

=

4618,55668 = 7,870963525 ft2 16,04247507  36,57690925


7,87096352 5 = 18,09416902 ft 0,435

Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri. (13) Luas sebenarnya = 24  0,435 = 10,44 ft2, maka Q 4618,55668 UD = = = 12,09480231 Btu/jam.ft2.oF A x Δt 10,44  36,57690925 UC – UD UC x UD

RD =

=

16,5742593 6 - 12,0948023 1 = 0,022345623 jam.ft2.oF/Btu 16,5742593 6  12,0948023 1

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : Anulus, asam nitrat (1) De’ = (D2 – D1) = (0,17225 – 0,1375) ft = 0,03475 ft De' G a

0,03475  2382,33063 8 = 27,36726931  3,025 0,264 f = 0,0035 + (Pers. (3.47b), Kern) 0,42 Rea’

Rea’ =

= 0,0035 +



0,264 = 0,069260743 27,3672693 10,42

s = 1,32, ρ = 1,32  62,5 = 82,5 4.f.Ga2.L

4 x 0,069260743 x 2382,3306382 x 24 (2) ΔFa = = = 0,000190851 ft 8 2 2.g.ρ2.De’ 2 x 4,18.10 x 82,5 x 0,03475

(3) V

=

Ga

=

2382,330638 = 0,008021315 fps 3600 x 82,5

3600ρ V2 8 x 0,008213152 Fi = 8 x = = 0,008287185 2g’ 2 x 32,2 (ΔFa + Fi) x ρ (0,000190851 + 0,008287185) x 82,5 ΔPa = = =0,000077153 psi 144 144 Pa yang diperbolehkan ≤ 10 psi Fluida dingin: inner pipe, bahan. (1)

Untuk Rep = 175,2577982 f = 0,0035 +

0,264 0,42

175,2577982

s = 1, ρ = 1  62,5 = 62,5

= 0,033648065

4.f.Gp2.L (2)

ΔFp = (3) ΔPp =

2.g.ρ2.D’

4 x 0,033648065 x 2766,025252 x 24 = = 0,000725941ft 2 x 4,18.108 x 62,52 x 0,115

0,000725941 x 1

= 0,00000504126 psi

144 Pp yang diperbolehkan ≤ 10 psi C.16

Crystallizer (K-320)

Fungsi

: Membentuk kristal NaNO3

Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA – 285 Grade C Jenis

: Forced-Circulation Crystallizer

Bentuk

: Silinder vertikal dengan alas conical dan tutup ellipsoidal


: Satu Buah

Kondisi Operasi

:

- Tekanan

: 1 atm

- Temperatur

: 100ºC = 373,15 K

Natrium Klorida Natrium Nitrat Air Total Faktor Kelonggaran Waktu Tinggal

Laju Alir Densitas Volume 3 (kg/jam) (kg/m ) (m3/jam) 25,119 2163 0,011613 239,89 2257 0,106287 214,35 1000 0,21435 479,1983 1442,334258 0,335472 : 20% : 90 menit = 1,5 jam

Perhitungan: A. Volume Tangki : Volume Campuran = 0,3354 m3/jam . 1,5 jam = 0,5031 Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 0,3354 m3 = 0,6037 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -Tinggi shell : diameter = 3 : 2

-Tinggi head : diameter = 1 : 4 -Tinggi cone : diameter = 1 : 1 ; Do = 2 ft = 0,61 m (Peters et.al., 2004) -


1 3  D2 Hs =  D3 4 8

-


1  D3 24

-

D Volume cone tangki (Vc) =     h2 3 2 2

= = -

2

  Do

  0,61 D   3 2

 12



(McCabe, 1993)

2

 D 2

0,61  D 2  D

Volume tangki = Vs + Vh + Vc = 1,178 D3 + 0,13 D3 + (0,16D + 0,26 D3) = 0,6037 m3 Dari trial error, diperoleh : D = Hc = 0,6808 m Hs = 0,454 m

C. Diameter dan Tinggi Head Diameter Head = Diameter Shell = 0,6808 m Tinggi Head =

D = . 0,6808 = 0,1702 m

Tinggi total Tangki = Hs + Hh + Hc = 1,305 m D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,6808 m = 26,8 in

S = allowable stress = 13700 psia




C = faktor korosi

= 0,125 in

(Peters et.al., 2004

Volume campuran

= 0,5031 m3

Volume tangki

= 0,6037 m3

Tinggi campuran dalam tangki =

0,5031 m 3  1,305 m = 1,087 meter 0,6037 m 3


=ρ.g.h = 1448,565 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 1,087 m = 15,435 kPa = 2,24 psia

Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 2,24 psia) = 20,32 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,148 in


(Brownell,1959)

d. Tebal tutup tangki dan alas tangki Tutup atas dan alas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell,1959). e. Perancangan Coil Pendingin Untuk menentukan luas bidang transfer panas koil yang diperlukan dihitung dengan menggunakan persamaan. A = 4V2/3 Dimana:

V = volume tangki = 0,60385 m3 A = 2,8576 m2 =

Diameter spiral koil sebesar 60 - 80% diameter tangki (Rase, 1977)

Dkoil

= 0,6 Dt = 0,6 . 0,6808 = 0,40848 m = 1,34 ft

Menentukan luas koil, Ak = 0,131 m2 =30,761 ft2

Ak =

Jumlah lilitan koil (n)= A/Ak = 21,8 ≈ 22 lilitan Jarak antar lilitan (L)= 4 in = 0,333 m Menentukan Pressure drop, P ΔPt 

f.G2t .L.n 5,22.1010.D.s.θ L

f = faktor friksi = 0,0002 ft/in2 s

= specific gravity = 1,2146

L =

=1

Gt = kecepatan massa air pendingin =

=

= 4,79 lbm/ft2.jam P = 3,95 . 10-13 Psi C.17

Pompa Keluaran Crystallizer (L-321)

Fungsi

: Memompa keluaran crystallizer menuju centrifuge

Jenis

: Pompa slurry

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P1 ≈ P2 = 1 atm

-

T = 40 0C

Natrium Klorida Natrium Nitrat Air Total

Laju Alir Densitas Volume (m3) 3 (kg/jam) (kg/m ) 25,119 2163 0.011613 239,89 2257 0.106287 210,0625 1000 0.21 475,0715 1448,55 0.328

Viskositas Slurry pada 40oC didekati melalui persamaan

berikut

ln

c 2,5Q s   1  CQ s

(Perry, 1999)

dimana : C = koefisien (1-1,5) dan diambil C = 1 μ = Viskositas Air = 0,7 cP = 0,00047 lbm/ft.s Qs= ln

volume solid volume NaCl  volume NaNO 3 = = 0,359 volume campuran volume campuran

μc 2,5 . 0,359  = 0,98 0,7 1  1. 0,359

μc = 2,67 cP = 0,0018 lbm/ft.s -


475,0715kg/jam = 0,328 m3/jam=0,00325 ft3/s 3 1448,55 kg/m




= densitas = 1448,55 kg/m3= 89,535 lbm/ft3

Q



= 3,9  Q0,45  0,13 = 3,9 (0,00325 ft3/s )0,45 (89,535 lbm/ft3)0,13 = 0,531 in


: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

= 0,0686 ft = 0,02093 m

Diameter Luar (OD)

: 1,05 in

= 0,0875 ft


: 0,00371 ft2


= =

0,00325 ft 3 /s = 0,877 ft/s = 0,267 m/s 0,0875 ft 2  v D

 (89,535 lbm/ft 3 )(0,877 ft/s )(0,0686 ft ) 0,0018 lbm/ft.s

=

75744,25 Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  = 0,000046 m. Pada NRe = 0,000046 m 75744,25 dan /D = = 0,0022, maka harga f = 0,0062 (Perry,1999) 0,02093 m Friction Loss -


-

= 0,55

= 0,0196 J/kg


-

= 3.(0,75)

= 3,84 J/kg


-

= 0,211 J/kg


-

= 4(0,0062)

= 1.(2)

=3,414 J/kg


=1

= 1,707 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 9,195 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: Ws = Dimana:

.............................. (Geankoplis, 1997)

- .............................................................................................................. diameter pipa konstan, v1 = v2 - .............................................................................................................. selisih tinggi pipa,

=4m


+ 9,195 = 48,395 J/kg

Daya pompa, P P =

=

= 0,0116 hp


hp

= 0,0145 hp C.18

Centrifuge (H-330)

Fungsi

: memisahkan air dan sedikit NaCl dari campuran

Bentuk

: Cylindrical - Conical

Jenis

: Solid Bowl Centrifuge

Bahan konstruksi : carbon steel SA-285 grade C Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P = 1 atm

-

T = 100 0C Laju alir massa (kg/jam)

Densitas (kg/m3)

Natrium Klorida

25,12

2163

0,0116

Natrium Nitrat

239,899

2257

0,1063

Air

210,0625

1000

0,2100

Total

475,0806

1448,565

0,328

Volume Cairan = Volume air

Volume (m3)

= 0,21 m3/jam = 0,367 gal/s Massa Padatan = Massa NaCl + Massa NaNO3 = 25,12 + 239,899 = 265,02 kg/jam = 0,265 ton/jam Berdasarkan spesifikasi dari Tabel 18-12 (Bab 18, Hal. 112, Perry. 1999), diperoleh: Untuk umpan masuk solids = 0,003 – 0,3 ton/jam dan liquid = hingga 20 gal/menit Bowl Diameter

: 6 in

Kecepatan

: 8.000 rpm

Daya Motor

: 5 hp

C.19

Conveyor (J-331)

Fungsi

: mengangkut produk dari centrifuge menuju dryer

Jenis

: Screw conveyor

Bahan Konstruksi : Carbon steel SA – 285 Grade C Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

: Temperatur

= 30°C

Tekanan

= 1 atm

Laju alir padatan

: 247,581 kg/jam = 544,6782 lbm/jam

Densitas padatan

: 2156,874 kg/m3 = 142,353 lbm/ft3

Laju alir volumetrik : Q =

= 3,83 ft3/jam

=

Untuk conveyor dengan kapasitas operasi, dipilih spesifikasi : - Panjang ( L )

= 10 m = 33 ft

- Tinggi ( Z )

= 3 m = 9,9 ft

- Diameter

= 6 in

- Putaran Maksimal

= 60 rpm 3

- Kapasitas Maksimal = 90 ft /jam - Efisiensi daya ( η )

= 85%

(Peters et.al.,2004)

Perhitungan daya: P=

(Peters et.al.,2004) s = bearing factor = 80

dengan :

ω = putaran conveyor (rpm) =

=

= 2,55rpm

F = Horse-power factor = 0,7 Q = Laju alir volumetrik (ft3/menit) L = Panjang conveyor (ft) Z = tinggi conveyor (ft) m = massa bahan baku (lbm/jam)

Maka : P

= = 0,0147 HP

Pa (Daya aktual) = P / η = 0,0147 Hp / 0,85 = 0,0174 hp

C.20

Evaporator-II (V-340)

Fungsi

: menguapkan sebagian air dari campuran keluaran centrifuge


: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Tipe

: Long Tube Vertical Evaporator

Dipakai

: 1 in OD tube 18 BWG

Jumlah

: 1 buah

Kondisi Operasi : - Temperatur : 860C - Tekanan

: 1 atm

Natrium Klorida Air Total

Laju Alir Densitas Volume 3 (kg/jam) (kg/m ) (m3/jam) 17,4372 2163 0,00806 145,820 1000 0,14582 163,2572 1060,927 0,15388

Faktor Kelonggaran

: 20%

Waktu Tinggal

: 24 jam

Perhitungan: A. Volume Tangki : Volume Campuran = 0,15388 m3/jam .24 jam = 3,693 m3 Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 3,693 m3 = 4,431 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -


-



5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-


1  D3 24

-


5 6 1  D3 + 2 .  D3 =  D3 = 4,431 m3 24 12 12


D = . 1, 4132 = 0,3533 m

D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana:

t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 1,4132 m = 55,64 in S = allowable stress = 13700 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume cairan = 3,693 m3 Volume tangki = 4,431 m3

3,693 m 3  (2,591  2. 0,3533) m = 2,74 meter Tinggi cairan dalam tangki = 4,431 m 3 Tekanan Hidrostatik : Phidrostatik


Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 3,905 psia) = 22,32115 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,164 in


(Brownell,1959)

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell,1959). E. Koil Pemanas 2

 L2 N  3 hc D   0,87  k   

1

 Cp 3    k 

       w

0 ,14

..................................(Kern. 1950)

Direncanakan, Koil berupa tube dengan OD = 1 in (0,08333 ft) Diameter lingkar koil (Dk)

= 59,05511 in (4,9212 ft)

Dimana, Diameter pengaduk (L)

= 0,852269 m (2,8714445 ft)

Diameter dalam tangki (D)

= 1,413 m = 4,6355 ft

Putaran pengaduk (N)

= 1 rps = 3.600 rph

Densitas campuran (ρ)

= 1060,927 kg/m3 = 65,576 lbm/ft3

Viskositas campuran (μ)

= 3,23 lbm/ft,jam

Kapasitas panas (Cp)

= 18,1522 btu/lbm.oF

Konduktivitas termal (k)

= 1,6945 btu/jam.ft.oF

Beban panas (Q)

= 337067,389 kJ/jam = 33312,09 btu/jam

Tcampuran di luar koil

= 100oC = 212oF

Tsteam di dalam koil

= 200oC = 392oF

Perbedaan temperatur

= 392oF – 212oF = 180oF

Rej =

L2 N



( 2,8714445 ) 2 (3600 )(65,576 ) = 2,05.109  3,23

Estimasi harga j dari Figure 20.2 (Hal. 718, Kern. 1950) diperoleh j = 415 1

1

 C p   3  (18,15)(3,23)  3   =   = 0,212 1,694    k        w 

0 ,14

= 1,0002042 1

k  Cp   3   hc = j D  k 

      w 

0 ,14

 1,694   (0,212) (1,0002042) = (415)   4,6355  = 32,234

Untuk steam : hoi = 1.500 Rd = 0,001

(Appendix Tabel 12, Hal. 845, Kern. 1950)

Maka, hd =

1 1 = 0,001 Rd

= 1.000

Uc =

( hc )  ( hoi ) ( hc )  ( hoi )

=

(32,254)(1.500) (32,254)  (1.500)

= 1,433

Ud =

(U c )  (hd ) (U c )  (hd )

=

(1,433)(1.000) (1,433)  (1.000)

= 0,589

btu  ft 2 0 F jam

Maka, Luas permukaan perpindahan panas (A), A=

(319495,155) Qs = = 3013,32 ft2 (0,589)(180) U D  T

Nilai surface per lin ft,ft2 pada ODtube 1 in 12 BWG (a’ = 0,2618 ft/ft2) diperoleh dari Appendix Tabel 10 (Hal. 843, Kern. 1950). Luas permukaan lilitan koil (Ak)

= πDka’ = 6,457 ft2

Jumlah lilitan koil (n)

= A/Ak = 466,64 = 467 lilitan

Jarak antar lilitan koil (j)

= 2Dtube = 0,1666 ft = (nπDk) – [(1/2)πj(n-1)2]

Panjang pipa koil (l)

= 2567,3 ft Tinggi koil dari dasar tangki

= [(n+1) Dtube ] + (nj) = 11,67 ft

Ekonomi steam Ekonomi steam

=

Jumlah air yang diuapkan (dari bab 3) = 128,3838 kg/jam Jumlah steam yang diperlukan (dari lampiran B) = 117,4248 kg/jam Ekonomi steam C.21

=

= 1,0933

Pompa Recycle dari Evaporator (L-341)

Fungsi

: Memompa campuran natrium klorida dan air dari untuk direcycle kembali ke dalam reaktor

Jenis

: Pompa slurry

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : -

P1 ≈ P2 = 1 atm

-

T = 100 0C Laju Alir Densitas Volume (m3) (kg/jam) (kg/m3) 17,4372 2163 0,008062 17,4372 1000 0,017437 34,8744 1367 0,0255

Natrium Klorida Air Total

Viskositas Slurry pada 100oC didekati melalui persamaan

berikut

ln

c 2,5Qs   1  CQs

(Perry, 199)

dimana : C = koefisien (1-1,5) dan diambil C = 1 μ = Viskositas Air = 0,25 cP = 0,000168 lbm/ft.s Qs= ln

volume NaCl  volume NaNO 3 volume solid = = 0,316 volume campuran volume campuran

μc 2,5 . 0,316  = 0,289 0,25 1  1. 0,316

μc = 1,335 cP = 0,00089 lbm/ft.s -


34,8744 kg/jam = 0,025 m3/jam=0,00025 ft3/s 3 1367,689 kg/m

Perencanaan Diameter Pipa pompa : Di,opt = 3,9  Q0,45  0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (in) 

= densitas = 1448,55 kg/m3= 89,535 lbm/ft3

Q


Maka, diameter pipa pompa :


Desain pompa : Di,opt

= 3,9  Q0,45  0,13 = 3,9 (0,000253 ft3/s )0,45 (84,537 lbm/ft3)0,13 = 0,167 in


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,03033 ft = 0,009248 m

Diameter Luar (OD)

: 0,54 in

= 0,045 ft


: 0,00072 ft2

0,000253 ft 3 /s = 0,351 ft/s = 0,107 m/s 0,00072 ft 2  v D = 


(84,537 lbm/ft3 )(0,351 ft/s)(0,03033 ft) = 0,000897 lbm/ft.s = 26812,58 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  = 0,000046 m. Pada NRe = 0,000046 m 75744,25 dan /D = = 0,00497, maka harga f = 0,0093 (Perry,1999) 0,009248 m Friction Loss -


-

= 0,55

= 0,00315 J/kg


-

= 0,115 J/kg


-

= 4(0,0093)

= 3.(0,75)

Friction pada 1 buah check valve

= 1,395 J/kg

hf = n.kf -

= 1.(2)

=1,24 J/kg


=1

= 0,62 J/kg


.............................. (Geankoplis, 1997)


=4m


+ 3,375 = 42,5753 J/kg


hp

= 0,000937 hp C.23

Dryer (E-340)

Fungsi

: Mengurangi kadar air yang terkandung dalam natrium nitrat

Jenis

: Indirect Rotary Steam Dryer

Jumlah

: 1 unit

Beban panas

= 167904,2347 kJ/Jam = 159144.8 btu/jam

Jumlah steam yang dibutuhkan

=

60.1613 kg/jam

Jumlah campuran umpan

= 311.8224 kg/jam

Densitas campuran umpan

= 994,8046 kg/m3 = 28.16561 kg/ft3

Volume campuran umpan

= = 0.313450903 m3

Perhitungan volume rotary dryer, Faktor kelonggaran

= 10 %

Volume rotary dryer

= 0,313450903 m3  1,1 = 0,344795993 m3

Perhitungan luas permukaan rotary dryer, = 200 0C

Temperatur saturated steam

= 392 0F

Temperatur umpan masuk rotary dryer = 40 0C

= 104 0F

Temperatur umpan keluar rotary dryer = 100 0C

= 212 0F

Ud = 110 btu/jam.0F.ft2 (Perry,1999) LMTD =

392  212  392  104  392  212   ln  392  104 

= 229,7854597 0F Luas permukaan rotary dryer, A = =

Q Ud  LMTD

159144,8 = 6,296182808 ft2 110  229,7854597

Perhitungan waktu tinggal (retention time),  =

0,075  V  s ............................................................... (Schweitzer,1979) S

Dimana : V = Volume rotary dryer

ρs = Densitas campuran umpan S = Laju massa campuran umpan Maka, =

0,075  12,17814  28,16561 687,4499

= 0,037421415 jam = 2.245285 menit Dari tabel 12–22 (Perry, 1999) h.62 untuk kondisi operasi di atas diperoleh: Diameter rotary dryer = 0,965 m Panjang rotary dryer = 4,572 m Putaran rotary dryer = 6 rpm Daya motor

= 2,2 hp

Tube steam OD

= 114 mm

Jumlah tube steam

= 14

C.24

Bucket Elevator (J-341)

Fungsi

: mengangkut NaNO3 dari Dryer menuju silotank

Jenis

: Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator

Bahan

: Malleable-iron

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi : - Temperatur (T)

: 100 0C

- Tekanan (P)

: 1 atm (14,699 psi)

Laju bahan yang diangkut = 252,5253 kg/jam Faktor kelonggaran, fk

= 12 %

(Tabel 28-8, Perry, 1999)

Kapasitas = 1,12 x 2,08 kg/jam = 282,8283 kg/jam = 0,0785 kg/s Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21-8, Perry, 1999) - Tinggi elevator

= 25 ft = 7,62 m

- Ukuran bucket

= (6 x 4 x 4¼) in

- Jarak antar bucket

= 12 in = 0,305 m

- Kecepatan bucket

= 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

- Kecepatan putaran = 43 rpm - Lebar belt

= 7 in = 0,1778 m =17,78 cm

Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

P  0,07 m0,63 ΔZ Dimana: P

(Timmerhaus, 2003)

= daya (kW)

m

= laju alir massa (kg/s)

∆Z = tinggi elevator (m) m = 282,8283 kg/jam = 0,0785 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m Maka : P = 0,07 . (0,0785)0,63 . 7,62 = 0,107 kW = 0,144 hp C.25

Tangki Penyimpanan Klorin (F-410)

Fungsi

: Menyimpan produk klorin selama 7 hari




: Satu Buah

Kondisi Operasi

:

- Tekanan

: 10 atm

- Temperatur

: 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa : 1. Cl2

: 66,0292 kg/jam

2. NOCl : 3,1532 kg/jam - Densitas (cairan): 1. Cl2

: 1560 kg/m3

2. NOCl : 1273 kg/m3 - Volume Cl2

:

= 0,0423 m3

- Volume NOCl

:

= 0,00247 m3

- Densitas Campuran

:

=

= 1544 kg/m3


: 20%

Perhitungan: A. Volume Tangki : = 7,513 m3

Volume Cairan = Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 7,513 m3 = 9,016 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -


-



5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-


1  D3 24

-


10 1  D3 +  D3 24 24

=

11  D3 = 9,016 m3 24


D = . 1,8434 = 0,46 m

D. Tebal Shell Tangki

(Peters et.al.,2004)





C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume cairan = 7,513 m3 Volume tangki = 9,016 m3 Tinggi cairan dalam tangki =

7,513 m 3  3,072 m = 2,56 meter 9,016 m 3



Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (146,96 psia + 5,628 psia) = 183,1063 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,5459 in

Maka tebal shell standar yang digunakan = 9/16 in d. Tebal tutup tangki

(Brownell,1959)

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 9/16 in (Brownell,1959). C.26

Tangki Penyimpanan Nitrosil Klorida (F-420)

Fungsi

: Menyimpan produk nitrosil klorida selama 7 hari




: Satu Buah

Kondisi Operasi

:

- Tekanan

: 10 atm

- Temperatur

: 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa : 1. Cl2

: 0,747 kg/jam

2. NOCl : 58,4325 kg/jam - Densitas (cairan): 1. Cl2

: 1,56 gr/ml

2. NOCl : 1,273 gr/ml - Volume Cl2

:

= 0,00048 m3

- Volume NOCl

:

= 0,047 m3

- Densitas Campuran

:

=

= 1275 kg/m3


: 20%

Perhitungan: A. Volume Tangki : Volume Cairan = Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 7,78 m3 = 9,345 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell

= 7,78 m3

Direncanakan : -


-



5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-


1  D3 24

-


10 1  D3 +  D3 24 24

=

11  D3 = 9,016 m3 24


D = . 1,865 = 0,46 m





C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume cairan = 7,78 m3

Volume tangki = 9,493 m3 Tinggi cairan dalam tangki =

7,78 m 3  3,11 m = 2,593 meter 9,493 m 3



Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (146,96 psia + 4,7 psia) = 181,99 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,704 in


(Brownell,1959)

d. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 5/8 in (Brownell,1959). C.27

Tangki Penyimpanan Sisa Asam Nitrat (F-430)

Fungsi

: Menyimpan sisa Asam nitrat selama 7 hari



Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah Kondisi Operasi

: Satu Buah :

- Tekanan

: 1 atm

- Temperatur

: 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa Asam nitrat

: 4,8393 kg/jam

- Densitas Asam Nitrat

: 1502 kg/m3

- Volume Asam Nitrat

:

- Laju alir massa H2O

: 4,2914 kg/jam

- Volume H2O

:

- Densitas campuran

:

= 0,0032 m3

= 0,0043 m3 = 1250 kg/m3


: 20%

Perhitungan: A. Volume Tangki : = 1,211 m3

Volume Larutan = Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 1,211 m3 = 1,454 m3 B. Diameter dan Tinggi Shell Direncanakan : -


-



5 1  D2 Hs =  D3 4 12

-


1  D3 24

-


10 1  D3 +  D3 24 24

=

11  D3 = 1,454 m3 24

Diperoleh : D = 1,003 m Hs = 1,672 m C. Diameter dan Tinggi Head

Diameter Head = Diameter Shell = 1,003 m Tinggi Head =

D = . 1,003 = 0,25 m





C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume larutan = 1,211 m3 Volume tangki = 1,454 m3 Tinggi larutan dalam tangki =

1,211 m 3  1,672 m = 1,393 meter 1,454 m 3



Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 2,507 psia) = 20,6438 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,15 in


(Brownell,1959)

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell,1959). C.28

Silotank Natrium Nitrat (F-440)

Fungsi

: Menyimpan Natrium nitrat hasil produksi selama 7 hari

Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA – 285 Grade C : Silinder vertikal dengan conical bottom head.

Bentuk


: Satu Buah

Kondisi Operasi

:

- Tekanan

: 1 atm

- Temperatur

: 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa : 1. Natrium Klorida

: 7,682 kg/jam

2. Natrium Nitrat

: 239,899 kg/jam

3. Air

: 4,9443 kg/jam

- Densitas 1. Natrium Klorida

: 2163 kg/m3

2. Natrium Nitrat

: 2257 kg/m3

3. Air

: 1000 kg/m3 = 0,0035 m3

-

Volume Natrium Klorida

:

-

Volume Natrium Nitrat

:

= 0,1062 m3

-

Volume air

:

= 0,004944 m3

-

Densitas Campuran

:

=

= 2156 kg/m3


: 20%

Perhitungan: A. Volume Silotank : Volume Padatan =

= 18,2905 m3

Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 18,2905 m3 = 21,9486 m3 B. Diameter Bukaan Bawah m

 D  Do n

(6,288 tan  m  23,16)( D p  1,889)  44,9

…………(McCabe, 1993)

dimana, m

= laju alir zat padat = 247,581 kg/jam = 9,07797 lbm/menit

Do

= diameter bukaan (inch)

αm

= sudut friksi = 30o

Dp

= diameter partikel = 0,05 cm = 0,019685 in

D

= 2274 kg/m3 = 150,0875 lb /cuft

n

= 3,1

150,0875 x Don 9,07797 = (6,288 tan 30  23,16)(0,019685  1,889)  44,9 Do3,1

= 0,3768

Do

= 0,722 in = 0,01805 m C . Diameter dan Tebal Dinding Direncanakan : -

Tinggi (H) : Diameter (D) = 3 : 1

-

h1 : h2 = 2 : 1

-

H = h1 + h2 = h1 + h1 = h1

-

= ; H = 3D

-

h1 =

H = . 3D = 2D

-

h2 =

h1 = 2D = D

- Volume shell tangki ( Vs) =

1 1  D2 h1 =  D3 = 1,57 D3 2 4

  Do

2

D - Volume cone tangki (Vc) =     h2 3 2 2

(McCabe, 1993)

= =

  0,01665  3

 12

2

2



D  D 2

0,01665  D 2  D

= 0,262D0,01665  D

2

- Volume tangki = Vs + Vc =1,57 D3 + 0,262D0,01665  D = 21,9486 m3 2

Diperoleh : D = h2 = 2,288 m h1 = 4,576 m H = h1 + h2 = 4,576+ 2,288 = 6,864 m D. Tebal Shell Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 2,288 m = 90,078 in S = allowable stress = 13700 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume padatan = 18,29 m3 Volume tangki = 21,948 m3 Tinggi padatan dalam tangki =

18,29 m 3  6,86 4m = 5,7 meter 21,948 m 3



Faktor kelonggaran

= 20 %

Maka, Pdesain

= 1,2 . (14,696 psia + 18,483 psia) = 39,8157 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125


= 0,2793 in


(Brownell,1959)

d. Tebal tutup dan cone tangki Tutup atas dan cone tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 5/16 in (Brownell,1959).

LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS D.1 Screening (SC) Fungsi

: menyaring partikel-partikel padat yang besar

Jenis

: bar screen

Jumlah

: 1

Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi: - Temperatur

= 28°C

- Densitas air ()

= 996,52 kg/m3

Laju alir massa (F)

= 439,002 kg/jam

Laju alir volume (Q)

=

(Geankoplis, 1997)

= 0,000122 m3/s Dari tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater Ukuran bar: Lebar bar = 5 mm; Tebal bar = 20 mm; Bar clear spacing = 20 mm; Slope = 30° Direncanakan ukuran screening:

Panjang screen

= 2m

Lebar screen

= 2m

Misalkan, jumlah bar = x Maka,

20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5  50 buah

Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat. Head loss (h) =

Q2 (0,000122) 2 = 5,1 x 10-10 m dari air  2 2 2 2 2 (9,8) (0,6) (2,04) 2 g Cd A 2 2000

2000

20

Gambar LD-1: Sketsa sebagian bar screen , satuan mm (dilihat dari atas) D.2 Pompa Screening (PU-01) Fungsi

: Memompa air dari sungai ke bak pengendapan (BS)

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: - Temperatur

= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)

- Viskositas air ()

= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

Laju alir massa (F)

= 439,002 kg/jam = 0,269 lbm/detik

Debit air/laju alir volumetrik, Q =

=0,00437 ft3/s = 1,22 . 10-4

=

m3/s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Di,opt = 3,9  Q0,45  0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (in) Q






= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (0,00437 ft3/s)0,45 × (62,2110 lbm/ft3)0,13= 0,578 inch Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

Diameter Luar (OD)

: 1,050 in


: 0,00371 ft

= 0,06866 ft = 0,021 m = 0,0875 ft 2

0,00437 ft 3 /s = 1,178 ft/s = 0,359 m/s 0,00371 ft 2  v D = 


=

(61,59 lbm/ft 3 )(1,178 ft/s)(0,06866 ft) 0,000548 lbm/ft.s

= 9099,907 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  (roughness) = 0,000046 m. Pada 0,000046 m NRe = 9099,907dan /D = = 0,0022, maka harga f = 0,015 (Perry,2008) 0,021 m Friction Loss hc = kc

Contraction loss pada keluaran tangki = 0,55

= 0,0354 J/kg

-

Friction pada pipa lurus

Panjang pipa lurus = 50 m Ff = 4f -

= 4(0,015)

Friction pada 2 buah elbow 90o

hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 4,62 J/kg


hf = n.kf -

= 9,24 J/kg

= 1.(2)

= 6,16 J/kg


hex = kex

=1

= 3,08 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = (0,0354+ 9,24+ 4,62+ 6,16+ 3,08) = 23,14 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: Ws =

(Geankoplis, 1997)


=1m


+ 23,14 = 32,94 J/kg Daya pompa, P P =

= = 0,0073 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P =

hp

= 0,0091 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.3 Bak Sedimentasi (BS) Fungsi

: untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.

Jumlah

:1

Jenis

: beton kedap air


= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)


= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

Laju alir massa (F)

= 439,002 kg/jam = 0,269 lbm/detik Debit air/laju alir volumetrik,Q=

=

=0,00437 ft3/s = 0,262 ft3/menit Desain Perancangan : Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) : vo= 1,57 ft/min atau 8 mm/s Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman bak 10 ft Lebar bak 2 ft Kecepatan aliran, v =

0,262ft 3 /menit = = 0,131 ft/menit 1 ft . 2 ft

Desain panjang ideal bak :

L=K

v

(Kawamura, 1991)

dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 10 ft. Maka :

L

= 1,5 (10/1,57) . 0,131 = 0,125 ft

Diambil panjang bak = 1,1 ft = 0,041 m = 41 cm Uji desain : Waktu retensi (t) : t 

Va = Q

=

= 14,78 menit Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991). Surface loading :

Q  A

. 7,481 gal/ft3 = 4,31 gpm/ft2

Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991). Headloss (h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : h = K v2 2g = 0,12 (0,2622 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808ft) )2 2 (9,8 m/s2) = 1,08 . 10-8 m dari air. D.4. Pompa Sedimentasi (PU-02) Fungsi

: Memompa air bak pengendapan (BS) ke clarifier

(CL) Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial steel

Jumlah

: 1 unit


= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)


= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

Laju alir massa (F)

= 439,002 kg/jam = 0,269 lbm/detik


=0,00437 ft3/s = 1,22 . 10-4

=







= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (0,00437 ft3/s)0,45 × (62,2110 lbm/ft3)0,13 = 0,578 inch Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

= 0,06866 ft = 0,021 m

Diameter Luar (OD)

: 1,050 in

= 0,0875 ft


: 0,00371 ft2

0,00437 ft 3 /s = 1,178 ft/s = 0,359 m/s 0,00371 ft 2  v D = 


(61,59 lbm/ft 3 )(1,178 ft/s)(0,06866 ft) = 0,000548 lbm/ft.s

= 9099,907 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  (roughness) = 0,000046 m. Pada 0,000046 m NRe = 9099,907dan /D = = 0,0022, maka harga f = 0,015 (Perry,2008) 0,021 m Friction Loss -

Contraction loss pada keluaran tangki

hc = kc -

= 0,55

= 0,0354 J/kg



= 4(0,015)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 4,62 J/kg


hf = n.kf -

= 0,924 J/kg

= 1.(2)

= 6,16 J/kg


hex = kex

=1

= 3,08 J/kg


(Geankoplis, 1997)



=3m


+ 14,82 = 44,22 J/kg Daya pompa, P P =

=

= 0,009 hp


hp

= 0,0122 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.5

Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01)

Fungsi

: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]

Bentuk

: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

Bahan konstruksi

: Carbon steel SA-283, Grade C

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: Temperatur

= 280C

Tekanan

= 1 atm

Al2(SO4)3 yang digunakan

= 50 ppm

Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3

= 0,022 kg/jam

Densitas Al2(SO4)3 30

= 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3

Kebutuhan perancangan

= 30 hari

Faktor keamanan

= 20

Desain Tangki

(Perry, 1997)

a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl 

0,022 kg/jam  24 jam/hari  30 hari = 0,0387 m3 0,3  1363 kg/m 3

Volume tangki, Vt = 1,2  0,0387 m3 = 0,0464 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3 1 πD 2 H 4 1 3  0,0464 m 3  πD 2  D  4 2  3 0,0464 m 3  πD 3 8 V

Maka: D = 0,342 m; H = 0,513 m

b. Tebal Dinding Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,342 m = 13,464 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume cairan = 0,0394 m3 Volume tangki = 0,0464 m3 Tinggi cairan dalam tangki

=

0,0394 m 3  0,513 m = 0,4275 m 0,0464 m 3



Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 0,828 psia) = 16,3 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,135 in


= 0,135 in


(Brownell,1959)

c. Daya pengaduk Jenis pengaduk

: flat 6 blade turbin impeller

Jumlah baffle

: 4 buah

Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3

; Da

= 1/3 × 0,342 m = 0,114 m = 0,374 ft

E/Da = 1

; E

= 0,114 m

1

L/Da = /4

; L

= 1/4 × 0,114 m

= 0,0285 m

W/Da = 1/5

;W

= 1/5 × 0,114 m

= 0,0228 m

; J

= 1/12 × 0,342 m

= 0,0285 m

J/Dt

= 1/12

dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Al2(SO4)3 30 = 6,7210-4 lbm/ftdetik

(Othmer, 1968)

Bilangan Reynold, N Re 

N Re 

ρ N D a 2 μ

85,089810,3742 6,72  10  4

(Geankoplis, 1997)  17703,62

Untuk Nre >10000, P  KT = 6,3

5

K T .n 3 .D a ρ gc

(McCabe,1999) (McCabe,1999)

6,3 (1 put/det) 3  (0,3739 ft) 5  (85,0898 lbm/ft 3 ) 1 hp  2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf .det  0,00022 hp

P

Efisiensi motor penggerak = 80  0,00022 = 0,00022 hp 0,8 Maka dipilih motor dengan daya 1/20 hp.

Daya penggerak =

D.6

Pompa Alum (PU-03)

Fungsi

: Memompa air dari Tangki Pelarutan Alum (TP-01) ke Clarifier (CL)

Jenis

: Pompa injeksi

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah

: 1 unit


= 280C

- Densitas alum ()

= 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3

(Geankoplis,

1997) - Viskositas alum ()

= 4,5158.10-7 lbm/ftdetik = 6,7210-7 Pa.s (Othmer,

1967) Laju alir massa (F)

= 0,022 kg/jam = 1,35 . 10-5 lbm/detik


= 1,59 . 10-7 ft3/s

=

= 4,48 . 10-9 m3/s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Di,opt = 3,9  Q0,45  0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (in) Q


(Peters et.al., 2004) 

= densitas (lbm/ft3)


= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (1,59 . 10-7 ft3/s)0,45 × (85,089 lbm/ft3)0,13 = 0,006 inch Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,125 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,269 in

Diameter Luar (OD)

: 0,405 in


: 0,0004 ft

= 0,02241 ft = 0,0068 m = 0,03375 ft 2

1,59 .10 - 7 ft 3 /s Kecepatan linear, v = Q/A = = 3,9 . 10-4 ft/s = 1,21 . 10-4 m/s 2 0,0004 ft  v D Bilangan Reynold : NRe =  =

(85,089 lbm/ft 3 )(3,9 .10 -4 ft/s)(0,0224 ft ) 0,000672 lbm/ft.s

= 1,125 (laminer) Untuk aliran laminar, maka harga f = 16/Nre = 16/1,12 = 14,22 (Perry,2008) Friction Loss hc = kc

-


= 4,015 . 10-9 J/kg



= 4(0,015)

= 0,0003 J/kg


hf = n.kf -


hf = n.kf -

= 1,6 . 10-6 J/kg

= 2.(0,75)

= 2,13 . 10-6 J/kg

= 1.(2)


hex = kex

= 1,068.10-6 J/kg

=1


(Geankoplis, 1997)


=3m


+ 0,0003 = 29,4 J/kg Daya pompa, P P = = 3,266.10-7 hp

= Efisiensi pompa 80%, maka : P =

hp

= 4,08 . 10-7 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.7

Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02)

Fungsi

: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)

Bentuk


Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit

Data: Temperatur

= 28°C

Tekanan

= 1 atm

Na2CO3 yang digunakan

= 27 ppm

Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30  ( berat) Laju massa Na2CO3

= 0,012 kg/jam

Densitas Na2CO3 30 

= 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3


= 30 hari

Faktor keamanan

= 20

(Perry, 1999)

Desain Tangki a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl 

0,012 kg/jam  24 jam/hari  30 hari = 0,0217 m3 0,3  1327 kg/m 3


Maka: D = 0,28 m; H = 0,42 m b. Tebal Dinding Tangki (Peters et.al.,2004)





C = faktor korosi


= 0,125 in


0,0217 m 3 =  0,42 m = 0,35 m 0,026 m 3



Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 0,66 psia) = 16,123 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,1332 in


= 0,1332 in

Maka tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in c. Daya pengaduk Jenis pengaduk


Jumlah baffle

: 4 buah


; Da

= 1/3 × 0,28 m = 0,093 m = 0,306 ft

E/Da = 1

; E

= 0,093 m

1

; L

= 1/4 × 0,093 m

L/Da = /4

= 0,0233 m

(Brownell,1959)

W/Da = 1/5 J/Dt

1

= /12

;W ; J

= 1/5 × 0,093 m 1

= /12 × 0,28 m

= 0,0186 m = 0,0233 m

dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 = 2,4810-7 lbm/ftdetik

(Othmer, 1968)

Bilangan Reynold, N Re

N Re

ρ N D a 2  μ

(Geankoplis, 1997)

2  82,84210,306 

 31300000

2,48  10 7

5

K T .n 3 .D a ρ Untuk Nre >10000, P  gc KT = 6,3

P


6,3 (1 put/det) 3  (0,3061 ft) 5  (82,842 lbm/ft 3 ) 1 hp  2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det

= 7,93 . 10-5 Efisiensi motor penggerak = 80 

7,93 .10 -5 = 9,9 . 10-5 hp 0,8 Maka dipilih motor dengan daya 1/20 hp Daya penggerak =

D.8

Pompa Soda Abu (PU-04)

Fungsi

: Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu (TP-02) ke Clarifier (CL)

Jenis

: Pompa injeksi

Bahan konstruksi

: Commercial steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28°C

-

= 1327 kg/m3 = 82,84 lbm/ft3

Densitas soda abu ()

-7

(Othmer, 1967) -7

-

Viskositas soda abu ()

= 2,4797.10 lbm/ftdetik = 3,6910 Pa.s (Othmer, 1967)

-

Laju alir massa (F)

= 0,012 kg/jam = 7,36 . 10-6 lbm/detik


= 8,88 . 10-8 ft3/s

=







= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (8,88 . 10-8 ft3/s)0,45 × (82,84 lbm/ft3)0,13 = 0,0046 inch Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,125 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,269 in

= 0,02241 ft = 0,0068 m

Diameter Luar (OD)

: 0,405 in

= 0,03375 ft


: 0,0004 ft2

8,88 .10 -8 ft 3 /s = 2,22 . 10-4 ft/s = 6,77 . 10-5 m/s 0,0004 ft 2  v D = 


(82,84 lbm/ft 3 )(2,22 .10 -4 ft/s)(0,0224 ft ) = 2,48 .10 -7 lbm/ft.s = 1663 (laminer) Untuk aliran laminar, maka harga f = 16/Nre = 16/1663 = 0,0096 (Perry,2008) Friction Loss -


hc = kc -

= 0,55

= 1,26 . 10-9 J/kg




hf = n.kf -

= 5 . 10-7 J/kg

= 2.(0,75)


hf = n.kf -

= 2,58 .10-8 J/kg

= 4(0,0096)

= 1.(2)

= 6,7 . 10-7 J/kg


hex = kex

=1

= 1,53.10-7 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 5,12 .10-7 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: Ws =

(Geankoplis, 1997)


=3m

- .............................................................................................................. tekanan konstan, P2 = P1 Sehingga,

+ 5,12 .10-7 = 29,4 J/kg

Ws = Daya pompa, P P = =

= 2,96.10-8 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P =

hp

= 3,71 . 10-8 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.9

Clarifier (CL)

Fungsi

: Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu

Tipe

: External Solid Recirculation Clarifier

Bentuk

: Circular desain

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA-283, Grade C

Jumlah

: 1 unit


= 280C

Tekanan

= 1 atm

Air Al2(SO4)3 30% Na2CO3 30% Total

Laju Alir Densitas Volume (m3) 3 (kg/jam) (kg/m ) 439,002 996,5 0,44 0,022 1363 1,6.10-5 0,012 1327 9,04.10-6 439,036 996,54 0,44

Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O  2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Dari Metcalf & Eddy (1984) diperoleh bahwa untuk clarifier tipe upflow (radial):

-

Kedalaman air = 3-5 m

-

Settling time = 1-3 jam

Dipilih : Kedalaman air (H) = 3 m Settling time = 1 jam Desain Tangki a.

Diameter dan Tinggi Clarifier Volume cairan, V ≈ 0,44 m3 V = ¼  D2H 4V 1 / 2  4  0,44  D= ( )   H  3,14  3 

1/ 2

 0,432 m

Maka, diameter clarifier = 0,432 m Tinggi clarifier = 1,5 × D = 0.648 m b. Tebal Shell Clarifier (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,4325 m = 17,03 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in


=ρ.g.h = 996,54 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 3 m = 29,298 kPa = 4,248 psia

Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 4,248 psia) = 19,891 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,141 in


= 0,140 in


(Brownell,1959)

Daya Clarifier P = 0,006 D2 dimana:

(Ulrich, 1984)

P = daya yang dibutuhkan, kW

Sehingga, P = 0,006  (0,432)2 = 0,0011 kW = 0,0015 hp Maka, daya yang dipilih adalah 1/20 hp D.10

Sand Filter (SF)

Fungsi

: Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari Clarifier (CL)

Bentuk

: Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal

Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit


= 280C

Tekanan

= 1 atm

Laju massa air

= 439,002 kg/jam

Densitas air

= 996,52 kg/m3 = 62,2109 lbm/ft3

1997) Faktor keamanan

= 20

Sand filter dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi. Sand filter dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki. Desain Sand Filter a. Volume tangki

(Geankoplis,

Volume air: Va 

439,002 kg/jam  0,25 jam = 0,0827 m3 3 996,52 kg/m

Volume air dan bahan penyaring: Vt = (1 + 1/3) × 0,0827 = 0,11 m3 Volume tangki = 1,2  0,11 m3 = 0,132 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi, D : H = 3 : 4 1 πD 2 H 4 1 4  0,132 m 3  πD 2  D  4 3  1 0,132 m 3  πD 3 3 V

Maka:

D = 0,502 m H = 0,67 m

c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 0,502 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1 Tinggi tutup

=

1  0,502 = 0,125 m 4

Tinggi tangki total = 0,67+ 2(0,125) = 0,92 m d. Tebal shell dan tutup tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,502 m = 19,76 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


Tinggi penyaring

= 0,125 in 1 =  0,67 = 0,22 m 3

Tinggi cairan dalam tangki = Phidro

0,082 m 3  0,92 m = 0,575 m 0,132 m 3

= ×g×h = 996,52 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,575 m = 7,48 kPa = 1,084 psia

Ppenyaring

= ×g×l = 2089,5 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0.22 m = 4,567 kPa = 0,66 psia

Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 1,084 + 0,66 psia) = 17,265

psia Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,1408 in


= 0,1408 in


(Brownell,1959)

Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 3/16 in. D.11

Pompa Filtrasi (PU-05)

Fungsi

: Memompa air dari Sand Filter (SF) ke Menara Air (MA)

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi: Commercial steel Jumlah

: 1 unit


= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)


= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

- Laju alir massa (F) = 439,002 kg/jam = 0,269 lbm/detik


=0,00437 ft3/s = 1,22 . 10-4

=







= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (0,00437 ft3/s)0,45 × (62,2110 lbm/ft3)0,13 = 0,578 inch Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

Diameter Luar (OD)

: 1,050 in


: 0,00371 ft

= 0,06866 ft = 0,021 m = 0,0875 ft 2

0,00437 ft 3 /s = 1,178 ft/s = 0,359 m/s 0,00371 ft 2  v D = 


=

(61,59 lbm/ft 3 )(1,178 ft/s)(0,06866 ft) 0,000548 lbm/ft.s

= 9099,907 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  (roughness) = 0,000046 m. Pada 0,000046 m NRe = 9099,907dan /D = = 0,0022, maka harga f = 0,015 (Perry,2008) 0,021 m Friction Loss -


hc = kc -

= 0,55

= 0,0354 J/kg



= 4(0,015)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 4,62 J/kg


hf = n.kf -

= 0,924 J/kg

= 1.(2)

= 6,16 J/kg


hex = kex

=1

= 3,08 J/kg


(Geankoplis, 1997)


=3m


+ 14,82 = 44,22 J/kg


hp


Menara Air (MA)

Fungsi

: Menampung air sementara dari Sand Filter (SF)

Bentuk


Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit


= 280C

Tekanan

= 1 atm

Laju massa air

= 439,002 kg/jam

Densitas air

= 996,52 kg/m3


= 3 jam

Faktor keamanan

= 20

(Geankoplis, 1997)

Desain Tangki a. Volume tangki Volume air, Va 

439,002 kg/jam  3 jam = 1,321 m3 996,52 kg/m 3

Volume tangki, Vt = 1,2  1,321 m3 = 1,586 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3

V=

πD2H

1,586 m3 =

πD2

1,586 m3 =

πD3

Maka, D = 1,104 m H = 1,656 m c. Tebal tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 1,104 m = 43,477 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Tinggi cairan dalam tangki =

1,32 m 3  1,656 m = 1,38 m 1,586 m 3

Phidrostatis=  × g × h = 996,52 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,575 m = 13,481 kPa = 1,954 psia Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia+1,954psia) = 17,483 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,16 in


= 0,16 in


(Brownell,1959)


Pompa ke Cation Exchanger (PU-06)

Fungsi

: Memompa air dari Menara Air (MA) ke Cation Exchanger (CE)

Jenis

: Pompa sentrifugal


: 1 unit


= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)


= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

- Laju alir massa (F)

= 53,33 kg/jam = 0,032 lbm/detik

Laju alir volumetrik, Q =

= 0,000526 ft3/s = 1,5 . 10-5 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,0303 ft = 0,00925m

Diameter Luar (OD)

: 0,54 in

= 0,045 ft


: 0,0072 ft2

0,000526 ft 3 /s = 0,73 ft/s = 0,222 m/s 0,00072 ft 2  v D = 


=

(61,59 lbm/ft 3 )(0,73 ft/s)(0,0303 ft ) 0,000548 lbm/ft.s

= 2051,6 (Laminar) Untuk aliran laminar, maka harga f = 16/Nre = 16/2051,6 = 0,0063 (Perry,2008) Friction Loss -


hc = kc -

= 0,55

= 0, 0136 J/kg



= 4(0,0063)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 4,018 J/kg


hf = n.kf -

= 0,34 J/kg

= 1.(2)

= 5,357 J/kg


hex = kex

=1

= 0,024 J/kg


(Geankoplis, 1997)


=3m


+ 9,754 = 39,154 J/kg Daya pompa, P P = = = 0,00105 hp


hp =

0,0013 hp

Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.14

Pompa ke Menara Pendingin Air (PU-07)

Fungsi

: Memompa air dari Menara Air (MA) ke Menara Pendingin (CT)

Jenis

: Pompa sentrifugal


: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28C

-

Densitas air ()

= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)

-

Viskositas air ()

= 0,8148 cP = 0,0005 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

-

Laju alir massa (F)

= 35,6723 kg/jam = 0,0218 lbm/detik


= 0,000352 ft3/s = 10-5 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,0303 ft = 0,00925m

Diameter Luar (OD)

: 0,54 in

= 0,045 ft


: 0,0072 ft2

0,000352 ft 3 /s = 0,488 ft/s = 0,148 m/s 0,00072 ft 2  v D = 


=


= 1683,13 (Laminar) Untuk aliran laminar, maka harga f = 16/Nre = 16/1683,13 = 0,0095 (Perry,2008) Friction Loss hc = kc -


= 0, 006 J/kg


Panjang pipa lurus = 5 m

Ff = 4f -

= 4(0,0095)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 1,79 J/kg


hf = n.kf

-

= 0,227 J/kg

= 1.(2)

= 2,397 J/kg


hex = kex

=1

= 0,011 J/kg


(Geankoplis, 1997)


=3m


+ 4,44 = 33,84 J/kg Daya pompa, P P =

=

= 0,00061 hp


hp


Pompa ke Tangki Utilitas (PU-08)

Fungsi

: Memompa air dari Menara Air (MA) ke Tangki Utilitas (TU)

Jenis

: Pompa sentrifugal


: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28C

-

Densitas air ()

= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)

-


= 0,8148 cP = 0,0005 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

-

Laju alir massa (F)


= 350 kg/jam = 0,2143 lbm/detik = 0,00345 ft3/s = 9,8 .10-5 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

= 0,0686 ft = 0,0209 m

Diameter Luar (OD)

: 1,05 in


: 0,00371 ft

= 0,0875 ft 2

0,00345 ft 3 /s = 0,9298 ft/s = 0,283 m/s 0,00371 ft 2  v D = 


=


= 7255,018 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  (roughness) = 0,000046 m. Pada 0,000046 m NRe = 7255,018 dan /D = = 0,0022, maka harga f = 0,0088 0,021 m (Perry,2008) Friction Loss -


hc = kc -

= 0,55

= 0, 022 J/kg



= 4(0,0088)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 2,88 J/kg


hf = n.kf -

= 0,337 J/kg

= 1.(2)

= 3,84 J/kg


hex = kex

=1

= 0,04 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 7,12 J/kg


(Geankoplis, 1997)


=1m


+ 7,12 = 16,918 J/kg Daya pompa, P P = =

= 0,0003 hp


hp

= 0,0037 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp

D.16

Tangki Pelarutan Asam Sulfat (H2SO4) (TP-03)

Fungsi

: Membuat larutan asam sulfat

Bentuk


Bahan konstruksi

: High Alloy Steel SA-240, Grade 304, 18 Cr-8 Ni

Jumlah : 1 unit

Kondisi pelarutan: Temperatur

= 28°C

Tekanan

= 1 atm

H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5 ( berat) Laju massa H2SO4

= 0,198 kg/hari

Densitas H2SO4

= 1061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3


= 30 hari

Faktor keamanan

= 20

(Perry, 1999)

Desain Tangki a. Diameter tangki Volume larutan, Vl 

0,6023kg/hari 30 hari = 0,111 m3 3 0,05  1061,7 kg/m

Volume tangki, Vt = 1,2  0,111 m3 = 0,134 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3. 1 πD 2 H 4 1 3  0,134 m 3  πD 2  D  4 2  3 0,134 m 3  πD 3 8 V

Maka:

D = 0,485 m H = 0,727 m





C = faktor korosi

= 0,125 in



0,111 m 3 =  0,727 m = 0,606 m 0,134 m 3



Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 0,914 psia) = 16,391 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,134 in


= 0,134 in



Jumlah baffle

: 4 buah


; Da

= 1/3 × 0,485 m = 0,161 m = 0,53 ft

E/Da = 1

; E

= 0,161 m

L/Da = 1/4

; L

= 1/4 × 0,161 m

= 0,04 m

W/Da = 1/5

;W

= 1/5 × 0,161 m

= 0,032 m

; J

= 1/12 × 0,485 m

= 0,024 m

J/Dt

= 1/12

dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller

(Brownell,1959)

E L W J

= = = =

tinggi turbin dari dasar tangki panjang blade pada turbin lebar blade pada turbin lebar baffle

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas H2sO4 5 = 0,012 lbm/ftdetik

(Othmer, 1968)


N Re

ρ N D a 2  μ

(Geankoplis, 1997)

2  66,2810,53 

0,012

 1552,828 5

K L .n 3 .D a  Untuk Nre <10000), P  gc KL = 71

P


71 (1 put/det) 3  (0,53 ft) 5  (0,012 lbm/ft 3 ) 1 hp  2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det

= 2,01.10-6 Efisiensi motor penggerak = 80 

2,01.106 = 2,52.10-6 hp 0,8 Maka dipilih motor dengan daya 1/20 hp Daya penggerak =

D.17

Pompa H2SO4 (PU-09)

Fungsi

: Memompa larutan asam sulfat dari Tangki Pelarutan Asam Sulfat (TP-03) ke Cation Exchanger (CE)

Jenis

: Pompa injeksi

Bahan konstruksi: Commercial steel Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28°C

-

Densitas H2SO4 ()

= 1061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3

-

Viskositas H2SO4 () = 0,012 lbm/ftdetik = 1,786.10-2 Pa.s

-

Laju alir massa (F)

(Geankoplis, 1997)

= 0,198 kg/hari = 0,000121 lbm/detik

(Othmer, 1967)


= 1,83 .10-6 ft3/s = 5,8 .10-8 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (1,83 .10-6 ft3/s)0,45 × (66,2801 lbm/ft3)0,13= 0,0176 inch Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal

: 0,125 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,269 in

= 0,0224 ft = 0,0068 m

Diameter Luar (OD)

: 0,405 in

= 0,03375 ft


: 0,0004 ft2

1,83.10-6 ft 3 /s = 0,00458 ft/s = 0,0014 m/s 0,0004 ft 2  v D = 


=


= 0,567 (Laminar) Untuk aliran laminar, maka harga f = 16/Nre = 16/0,567 = 28,218 (Perry,2008) Friction Loss hc = kc -


= 5,36. 10-7 J/kg


Panjang pipa lurus = 2 m

Ff = 4f -

= 4(28,218)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 0,000214 J/kg


hf = n.kf -

= 0,0323 J/kg

= 1.(2)

= 0,00028 J/kg


hex = kex

=1

= 9,747. 10-7 J/kg


(Geankoplis, 1997)


= 0,5 m


+0,0327 = 4,93 J/kg Daya pompa, P P =

Efisiensi pompa 80%, maka :

=

= 4,932 .01-7 hp

P =

hp

= 6,16. 10-7 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE)

D.18 Fungsi

: Mengikat kation yang terdapat dalam air umpan ketel

Bentuk


Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit


= 28oC

Tekanan

= 1 atm

Laju massa air

= 53,33 kg/jam

Densitas air

= 996,52 kg/m3


= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

(Geankoplis, 1997)

Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: -

Diameter penukar kation

-

Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2

Tinggi resin dalam cation exchanger

= 2 ft = 0,6096 m = 2,5 ft= 0,762 m

Tinggi silinder = (1 + 0,2)  2,5 ft = 3 ft = 0,914 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Rasio axis

= 2:1

Tinggi tutup =

1  0,6096     0,1524 m 2 2 

(Brownell,1959)

Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,9144 m + (2 . 0,1524) m = 1,22 m

Tebal Dinding Tangki

(Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,61 m = 24 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Phidrostatis=  × g × h = 1061,7 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,762 m = 7,93 kPa = 1,14 psia Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia+1,14psia) = 16,638 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,143 in


= 0,143 in


(Brownell,1959)


Pompa ke Anion Exchanger (PU-10)

Fungsi

: memompa air dari Cation Exchanger (CE) ke Anion Exchanger (AE)

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur

= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)


= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)




= 0,000526 ft3/s = 1,5 . 10-5 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,0303 ft = 0,00925m

Diameter Luar (OD)

: 0,54 in

= 0,045 ft


: 0,0072 ft2

0,000526 ft 3 /s Kecepatan linear, v = Q/A = = 0,73 ft/s = 0,222 m/s 0,00072 ft 2  v D Bilangan Reynold : NRe =  =




hc = kc -

= 0,55

= 0, 0136 J/kg



= 4(0,0063)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 4,018 J/kg


hf = n.kf -

= 0,34 J/kg

= 1.(2)

= 5,357 J/kg


hex = kex

=1

= 0,024 J/kg


(Geankoplis, 1997)


= 0,5 m


+ 9,754 = 14,45 J/kg

Daya pompa, P P =

=

= 0,00034 hp


hp

= 0,00048 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp. D.20

Tangki Pelarutan NaOH (TP-04)

Fungsi

: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH)

Bentuk


Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit

Data: Laju alir massa NaOH

= 0,302 kg/hari

NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas larutan NaOH 4%

= 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3


= 30 hari

Faktor keamanan

= 20%

(Perry, 1999)

Desain Tangki a. Diameter tangki Volume larutan, Vl 

0,302 kg/hari  30 hari = 0,149 m3 3 0,04  1518 kg/m


Maka:

D = 0,533 m H = 0,8 m





C = faktor korosi


= 0,125 in


=

0,149 m 3  0,8 m = 0,667 m 0,179 m 3



Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 1,44 psia) = 16,94 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,14 in


= 0,14 in



Jumlah baffle

: 4 buah

(Brownell,1959)


; Da

= 1/3 × 0,533 m = 0,178 m = 0,583 ft

E/Da = 1

; E

= 0,178 m

L/Da = 1/4

; L

= 1/4 × 0,178 m

= 0,044 m

W/Da = 1/5

;W

= 1/5 × 0,178 m

= 0,035 m

; J

= 1/12 × 0,533 m

= 0,044 m

= 1/12

J/Dt

dengan: Dt Da E L W J

= = = = = =

diameter tangki diameter impeller tinggi turbin dari dasar tangki panjang blade pada turbin lebar blade pada turbin lebar baffle

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas NaOH 4 = 4,302 .10-4lbm/ftdetik

(Othmer, 1968)


N Re

ρ N D a 2  μ

(Geankoplis, 1997)

2  94,76510,583 

4,302.10 4

 75030 5

K T .n 3 .D a  Untuk Nre >10000, P  gc KT = 6,3

P


6,3(1 put/det) 3  (0,583 ft) 5  (94,765 lbm/ft 3 ) 1 hp  2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det

= 0,0023 Efisiensi motor penggerak = 80  0,0023 = 0,0028 hp 0,8 Maka dipilih motor dengan daya 1/20 hp.

Daya penggerak =

D.21 Fungsi

Pompa NaOH (PU-11) : Memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan NaOH (TP-04) ke Anion Exchanger (AE)

Jenis

: Pompa injeksi

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28°C

-

Densitas NaOH ()

= 1518 kg/m3 = 94,76 lbm/ft3

-

Viskositas NaOH()

= 4,302010-4 lbm/ftdetik

-

Laju alir massa (F)

= 0,302 kg/hari = 0,000185 lbm/detik


(Perry, 1999) (Othmer, 1967)

= 1,95 .10-6 ft3/s = 5,53 .10-8 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,125 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,269 in

= 0,0224 ft = 0,0068 m

Diameter Luar (OD)

: 0,405 in

= 0,03375 ft


: 0,0004 ft2

1,95.10-6 ft 3 /s = 0,00488 ft/s = 0,00149 m/s 0,0004 ft 2  v D = 


=

(94,76 lbm/ft 3 )(0,00488 ft/s)(0,0224 ft ) 4,3 .10 -4 lbm/ft.s

= 24,123 (Laminar)

Untuk aliran laminar, maka harga f = 16/Nre = 16/24,123 = 0,663 (Perry,2008) Friction Loss -


hc = kc -

= 0,55

= 6,1. 10-7 J/kg



= 4(0,663)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 0,00024 J/kg


hf = n.kf -

= 0,00086 J/kg

= 1.(2)

= 0,00032 J/kg


hex = kex

=1

= 1,12. 10-6 J/kg


(Geankoplis, 1997)


= 0,5 m


+0,0014 = 4,901 J/kg Daya pompa, P P =

= 7,476 .01-7 hp

=


hp

= 9,345. 10-7 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp. Penukar Anion/Anion Exchanger (AE)

D.22 Fungsi

: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel

Bentuk


Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit


= 28oC

Tekanan

= 1 atm

Laju massa air

= 53,33 kg/jam

Densitas air

= 996,52 kg/m3


= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: -

Diameter penukar anion

= 2 ft = 0,6096 m

-

Luas penampang penukar anion

= 3,14 ft2

Tinggi resin dalam anion exchanger

= 2,5 ft

Tinggi silinder = (1 + 0,2)  2,5 ft = 3 ft = 0,914 m = 0,762 m

(Geankoplis, 1997)

Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Rasio axis

= 2:1

Tinggi tutup =

1  0,6096     0,1524 m 2 2 

(Brownell,1959)

Sehingga, tinggi anion exchanger = 0,9144 m + (2 . 0,1524) m = 1,22 m Tebal Dinding Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 0,61 m = 24 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Phidrostatis=  × g × h = 1518 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,762 m = 11,338 kPa = 1,64 psia Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia+1,64psia) = 17,157 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,144 in


= 0,144 in


(Brownell,1959)

Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 3/16 in. D.23 Fungsi

Pompa ke Deaerator (PU-12) : Memompa air dari Anion Exchanger (AE) ke

Deaerator (DE) Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial steel

Jumlah

: 1 unit


= 280C


= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)


= 0,8148 cP = 0,00055 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)




= 0,000526 ft3/s = 1,5 . 10-5 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,0303 ft = 0,00925m

Diameter Luar (OD)

: 0,54 in

= 0,045 ft


: 0,0072 ft2

0,000526 ft 3 /s = 0,73 ft/s = 0,222 m/s 0,00072 ft 2  v D = 


=




hc = kc -

= 0,55

= 0, 0136 J/kg



= 4(0,0063)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 4,018 J/kg


hf = n.kf -

= 0,34 J/kg

= 1.(2)

= 5,357 J/kg


hex = kex

=1

= 0,024 J/kg


(Geankoplis, 1997)



= 0,5 m


+ 9,754 = 14,65 J/kg Daya pompa, P P =

=

= 0,00039 hp


hp


Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05)

Fungsi

: Membuat larutan kaporit untuk klorinasi air domestik

Bentuk


Bahan konstruksi


Jumlah

: 1 unit

Data: Kaporit yang digunakan

= 2 ppm

Kaporit yang digunakan berupa larutan 70% (% berat) Laju massa kaporit

= 0,001 kg/jam

Densitas larutan kaporit 70% = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 Kebutuhan perancangan

= 90 hari

Faktor keamanan

= 20%

Desain Tangki a. Diameter tangki

(Perry, 1997)

Volume larutan, Vl 

0,001kg/jam  24 jam/hari  90 hari = 0,0024 m3 3 0,7  1518 kg/m


Maka:

D = 0,135 m H = 0,2028 m





C = faktor korosi


= 0,125 in


=

0,0024 m 3  0,2028 m = 0,17 m 0,0029 m 3



Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 1,44 psia) = 15,75 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,129 in


= 0,129 in


(Brownell,1959)

c. Daya pengaduk Jenis pengaduk


Jumlah baffle

: 4 buah


; Da

= 1/3 × 0,135 m = 0,045 m = 0,147 ft

E/Da = 1

; E

= 0,045 m

L/Da = 1/4

; L

= 1/4 × 0,045 m

= 0,0112 m

W/Da = 1/5

;W

= 1/5 × 0, 045 m

= 0,009 m

1

J/Dt

= /12

; J

1

= /12 × 0,135 m

= 0,0112 m

dengan: Dt Da E L W J

= = = = = =

diameter tangki diameter impeller tinggi turbin dari dasar tangki panjang blade pada turbin lebar blade pada turbin lebar baffle

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas kaporit 70% = 0,0007 lbm/ft.det

(Perry, 1999)

Bilangan Reynold, N Re 

N Re 

ρ N D a 2 μ

79,408810,1472 0,0007

(Geankoplis, 1997)  6973,8 5

K .n 3 .D a  Untuk Nre <10000, P  L gc

(McCabe,1999)

KL = 65

P

(McCabe,1999)

65(1 put/det) 3  (0,147 ft) 5  (79,4 lbm/ft 3 ) 1 hp  = 2,06 .10-5 hp 2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det

Efisiensi motor penggerak = 80 

2,06 .10-5 = 2,577 .10-5 hp 0,8 Maka dipilih motor dengan daya 1/20 hp. Daya penggerak =

D.25

Pompa Kaporit (PU-13)

Fungsi

: memompa larutan kaporit dari Tangki Pelarutan Kaporit (TP-05) ke Tangki Utilitas (TU)

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28C

-

Densitas kaporit ()

= 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3

-

Viskositas kaporit () = 4,515610-7 lbm/ftdetik

-

(Perry, 1997) -7

Laju alir massa (F)

Laju alir volume, Q 

(Perry, 1997)

= 0,001 kg/jam = 6,124.10 lbm/detik F 6,124.10 -7 lb m /detik   7,712.10 9 ft 3 /s ρ 79,4088 lb m /ft 3 = 2,1838.10-10 m3/s


= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,125 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,269 in

= 0,0224 ft = 0,00683 m

Diameter Luar (OD)

: 0,409 in

= 0,03375 ft

: 0,0004 ft2


7,72 .10-9 ft 3 /s = 1,93 .10-5 ft/s = 5,89 .10-6 m/s 2 0,00004 ft  v D Bilangan Reynold : NRe = 

Kecepatan linear, v = Q/A =

=

(79,408 lbm/ft 3 )(1,93.10 5 ft/s)(0,0224 ft ) 4,51.10 -7 lbm/ft.s



hc = kc -

= 0,55

= 9,52 .10-12 J/kg



= 4(0,21)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 3,8 .10-9 J/kg


hf = n.kf -

= 4,25 .10-9 J/kg

= 1.(2)

= 5,06 .10-9 J/kg


hex = kex

=1

= 1,73 .10-11 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 1,31 .10-8 J/kg


(Geankoplis, 1997)


= 0,5 m

- .............................................................................................................. tekanan konstan, P2 = P1 Sehingga, + 1,31 .10-8 = 4,9 J/kg

Ws = Daya pompa, P P =

=

= 2,474 .10-9 hp


hp

= 3,09 .10-9 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.26

Tangki Utilitas (TU)

Fungsi

: Menampung air untuk didistribusikan ke domestik

Bentuk


Bahan konstruksi



= 280C

Tekanan

= 1 atm

Laju massa air

= 350 kg/jam

Densitas air

= 996,52 kg/m3

(Geankoplis, 1997)


= 24 jam

Faktor keamanan

= 20

Desain tangki a. Volume tangki Volume air, Va 

350 kg/jam  24 jam = 8,188 m3 3 996,52 kg/m

Volume tangki, Vt = 1,2  8,188 m3 = 9,826 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3 1 πD 2 H 4 1 3  9,826 m 3  πD 2  D  4 2  3 9,826 m 3  πD 3 8 V

Maka, D = 2,02 m ;H = 3,04 m c. Tebal Dinding Tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 2,02 m = 79,85 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume cairan = 8,188 m3 Volume tangki = 9,82 m3 Tinggi cairan dalam tangki Tekanan Hidrostatik :

8,188 m 3 =  9,82 m = 2,53 m 9,82 m 3

Phidrostatik


Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 3,59 psia) = 19,2 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,196 in


= 0,196 in


(Brownell,1959)

D.27 Pompa Domestik (PU-14) Fungsi

: memompa air dari Tangki Utilitas (TU) ke kebutuhan domestik

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

-

Temperatur

= 28C

-

Densitas air ()

= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)

-


= 0,8148 cP = 0,0005 lbm/fts

(Geankoplis, 1997)

-

Laju alir massa (F)


= 350 kg/jam = 0,2143 lbm/detik =

= 0,00345 ft3/s = 9,8 .10-5 m3/s






= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (0,00345 ft3/s)0,45 × (62,2110 lbm/ft3)0,13= 0,52 inch


: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

= 0,0686 ft = 0,0209 m

Diameter Luar (OD)

: 1,05 in

= 0,0875 ft


: 0,00371 ft2

0,00345 ft 3 /s = 0,9298 ft/s = 0,283 m/s 0,00371 ft 2  v D = 


=




hc = kc -

= 0,55

= 0, 022 J/kg



= 4(0,0088)


hf = n.kf -

= 6,757 J/kg

= 2.(0,75)

= 2,88 J/kg


hf = n.kf

= 1.(2)

= 3,84 J/kg

-


hex = kex

=1

= 0,04 J/kg


(Geankoplis, 1997)


=1m


+ 13,53 = 23,337 J/kg Daya pompa, P P = =

= 0,0041 hp


hp

= 0,0051 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp D.28 Fungsi

Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT) : Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 50oC menjadi 28oC

Jenis

: Mechanical Draft Cooling Tower

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA–53 Grade B

Kondisi operasi: Suhu air masuk menara (TL2) = 500C = 1220F Suhu air keluar menara (TL1) = 280C = 82,40F = 280C = 82,40F

Suhu udara (TG1)

Dari Gambar 12-14, Perry (1999) diperoleh suhu bola basah, Tw = 770F. Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,02 kg uap air/kg udara kering. Dari Gambar 12-14, Perry (1999) diperoleh konsentrasi air = 2,3 gal/ft2menit Densitas air (500C)

= 993,6067 kg/m3

Laju massa air pendingin

= 600,798 kg/jam

Laju volumetrik air pendingin

= 600,798 / 993,6067 = 0,604 m3/jam

(Geankoplis, 1997)

= 0,604 m3/jam  264,17 gal/m3 / 60 menit/jam

Kapasitas air, Q

= 2,66 gal/menit Faktor keamanan

= 20%

Luas menara, A

= 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (2,66 gal/menit/(2,3 gal/ft2.menit) = 7,347 ft2

Laju alir air tiap satuan luas (L) =

600,798 kg/jam  1 jam  (3,2808 ft) 2 7,347 ft 2  3600 s 1 m 2

= 0,244 kg/m2.s Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 1,0777 kg/s.m2 Perhitungan Tinggi Menara Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (1997): Hy1 = (1,005 + 1,88 × H ).103 (Tudara – 0) + 2,501.106 (H) = (1,005 + 1,88 × 0,02).103 (28 – 0) + 2,501.106 (0,02) = 79212,8 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (1997) diperoleh: G (Hy2 – 79212,8) = L (4187).(Tmasuk-Tkeluar) 0,293 (Hy2 – 79212,8) = 0,244 (4,187.103).(50-28) Hy2 = 183887,8 J/kg

Gambar D.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT) Ketinggian menara, z =

G

Hy 2

.



M.kG.a.P Hy1

dHy Hy *  Hy

(Geankoplis, 1997)

Tabel D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy

79212.8 100000 120000 140000 160000 180000 183887,8

Hy*

90000 116000 140000 172000 204000 236000 242220

1/(hy*-hy)

9.270E-05 6.250E-05 5.000E-05 3.125E-05 2.273E-05 1.786E-05 1.714E-05

Gambar D.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy) Luasan daerah di bawah kurva dari Hy = 79212,8 sampai 183887,8 pada Gambar D.3 adalah

Hy

2

Hy

1



dHy Hy *  Hy

= 4,564

Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =

0,293  4,564 29  1,207  10 7  1,013  10 5

= 3,7933 m Diambil performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry (1999) diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2  7,377 ft2 = 0,22 hp Digunakan daya standar ¼ hp. D.29

Pompa Menara Pendingin Air (PU-15)

Fungsi

: memompa air pendingin dari Menara Pendingin Air (CT) ke unit proses

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 20C

-

Densitas air ()

= 998, 23kg/m3 = 62,21 lbm/ft3

(Geankoplis, 1997)

-


= 1 cP = 0,000672 lbm/ftdetik

-

Laju alir massa (F)

= 600,798 kg/jam = 0,368 lbm/detik


(Perry, 1997)

= 0,00592 ft3/s = 0,000167 m3/s

=







= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,75 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,824 in

Diameter Luar (OD)

: 1,05 in


: 0,00371 ft

= 0,0686 ft = 0,0209 m = 0,0875 ft 2

0,005922 ft 3 /s Kecepatan linear, v = Q/A = = 1,59 ft/s = 0,4866 m/s 0,00371 ft 2  v D Bilangan Reynold : NRe =  =


= 10147,28 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  (roughness) = 0,000046 m. Pada 0,000046 m NRe = 10147,28 dan /D = = 0,0022, maka harga f = 0,0084 0,021 m (Perry,2008) Friction Loss hc = kc


= 0, 065 J/kg

-



= 4(0,0084)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 8,484 J/kg


hf = n.kf -

= 3,56 J/kg

= 1.(2)

= 11,312 J/kg


hex = kex

=1

= 0,12 J/kg


(Geankoplis, 1997)


=2m


+ 23,54 = 43,148 J/kg Daya pompa, P P =

=

= 0,0131 hp


hp


Deaerator (DE)

Fungsi

: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel

Bentuk

: Silinder horizontal dengan tutup elipsoidal

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA–283 Grade C


= 280C

Tekanan

= 1 atm

Laju massa air

= 266,6477 kg/jam

Densitas air

= 996,52 kg/m3


= 1 hari

Faktor keamanan

= 20

(Geankoplis, 1997)

Perhitungan: a. Ukuran tangki Volume air, Va 

266,6477 kg/jam  24 jam = 6,42 m3 996,52 kg/m3


Maka: D = 1,87 m H = 2,8 m b. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,87 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 Tinggi tutup =

1  1,87 m  0,70 m 4

(Brownell,1959)

Tinggi tangki total = 2,8+ (2 . 1,87) = 4,2 m c. Tebal tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 1,87 m = 73,63 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in


6,421 m 3 =  4,2 m = 3,507 m 7,7 m 3



Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 4,966 psia) = 20,645 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,195 in


= 0,1965 in

Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in D.31

(Brownell,1959)

Pompa Deaerator (PU-16) : Memompa air dari Tangki Deaerator (DE) ke Ketel Uap

Fungsi

(KU) Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28C

-

Densitas air ()

= 996,52 kg/m3 = 62,21 lbm/ft3

(Perry, 1997)

-


= 0,000548 lbm/ftdetik

(Perry, 1997)

-

Laju alir massa (F)

= 266,6477 kg/jam = 0,1653 lbm/detik


= 0,00263 ft3/s = 0,000074 m3/s

=






= 3,9  Q0,45  0,13


: 0,5 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,622 in

Diameter Luar (OD)

: 0,84 in


: 0,00211 ft

= 0,05183 ft = 0,0158 m = 0,07 ft 2

0,00263 ft 3 /s = 1,24 ft/s = 0,38 m/s 0,00211 ft 2  v D = 


=




hc = kc -

= 0,55

= 0, 03966 J/kg



= 4(0,0089)


hf = n.kf -

= 2.(0,75)

= 6,844 J/kg


hf = n.kf -

= 0,8122 J/kg

= 1.(2)

= 9,126 J/kg


hex = kex

=1

= 0,07 J/kg

Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = 16,895 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws:

Ws =

(Geankoplis, 1997)


= 0,5 m


+ 16,895 = 21,795 J/kg Daya pompa, P P = =

= 0,0029 hp


hp


Ketel Uap (KU)

Fungsi

: Menyediakan uap untuk keperluan proses

Jenis

: Water tube boiler

Bahan konstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi : Uap jenuh yang digunakan bersuhu 2000C dan tekanan 15,33 atm. Dari steam table, Reklaitis (1983) diperoleh panas laten steam 2790,9 kJ/kg = 1199,871 btu/lbm. Kebutuhan uap = 205,1136 kg/jam = 451,245 lbm/jam

Menghitung Daya Ketel Uap W 

34 ,5  P  970 ,3 H

dimana:

P

= Daya boiler, hp

W

= Kebutuhan uap, lbm/jam

H

= Panas laten steam, Btu/lbm

Maka, P

451,245  1199,871 = 16,1743 hp 34,5  970,3

Menghitung Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A = P  10 ft2/hp = 16,1743 hp  10 ft2/hp = 161,743 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: -

Panjang tube

= 30 ft

-

Diameter tube

= 3 in

-

Luas permukaan pipa, a’ = 0,9170 ft2 / ft

Sehingga jumlah tube: Nt

(161,743 ft 2 ) A = = 30 ft  0,9170 ft 2 / ft L  a'

Nt

= 5,88

Nt

= 6 buah

D.33. Tangki Bahan Bakar (TB) Fungsi

: Menyimpan bahan bakar Solar

Bentuk


Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, grade B Jumlah

:1


= 280C

Tekanan

= 1 atm

Laju massa solar

= 23,54 L/jam = 0,02354 m3/jam

(Kern, 1965)

= 890 kg/m3

Densitas solar

(Perry, 1997)

Kebutuhan perancangan = 7 hari Faktor keamanan

= 20

Perhitungan: a. Ukuran tangki Volume solar, Vt = 0,02354 m3/jam x 7 hari x 24 jam = 3,9545 m3 Volume tangki, Vt = 1,2  3,9545 m3 = 4,7454 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3 1 πD 2 H 4 1 3  4,7454 m 3  πD 2  D  4 2  3 4,7454 m 3  πD 3 8 V

Maka: D = 1,591 m H = 2,387 m b.

Tebal tangki (Peters et.al.,2004) di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) D = diameter dalam tangki = 1,59 m = 62,65 in S = allowable stress = 12650 psia




C = faktor korosi


= 0,125 in

Volume solar = 3,954 m3 Volume tangki = 4,745 m3 Tinggi cairan dalam tangki Tekanan Hidrostatik :

3,954 m 3 =  2,387 m = 1,989 m 4,745 m 3

Phidrostatik

=ρ.g.h = 890 kg/m3 . 9,8 m/s2 .1,989 m = 17,349 kPa = 2,515 psia

Faktor kelonggaran

= 5%

Maka, Pdesain

= 1,05 . (14,696 psia + 2,515 psia) = 18,07 psia

Tebal shell tangki:

t=

+ 0,125 = 0,177 in


= 0,177 in


(Brownell,1959)

D.34 Pompa Tangki Bahan Bakar (PU-17) Fungsi

: Memompa bahan bakar solar dari TB ke Generator

Jenis

: Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi

: Commercial Steel

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi: -

Temperatur

= 28C

-

Densitas solar ()

= 890 kg/m3 = 55,56 lbm/ft3

-

Viskositas solar ()

= 1,1 cP = 0,000739 lbm/ftdetik

-

Laju volumetrik solar (Q) = 23,54 L/jam = 0,02354 m3/jam = 0,00231 ft3/s

(Perry, 1997) (Othmer, 1968)






= 3,9  Q0,45  0,13

= 3,9 × (0,000231 ft3/s)0,45 × (55,56 lbm/ft3)0,13= 0,1518 inch


: 0,25 in

Schedule number

: 40

Diameter Dalam (ID)

: 0,364 in

= 0,03033 ft = 0,009248 m

Diameter Luar (OD)

: 0,54 in

= 0,045 ft


: 0,00072 ft2

0,000231 ft 3 /s = 0,32 ft/s = 0,097 m/s 0,00072 ft 2  v D = 


=

(55,56 lbm/ft3 )(0,3207 ft/s)(0,03033 ft ) 0,000739 lbm/ft.s

= 731,1988 (Laminar) Untuk aliran laminar, maka harga f= 16/Nre = 16/731,1988 = 0,02188 (Perry,2008). Friction Loss -


hc = kc -

= 0,55

= 0, 0026 J/kg


Panjang pipa lurus = 5 m Ff = 4f

-

= 4(0,02188)


hf = n.kf -

= 0,2261 J/kg

= 2.(0,75)

= 0,775 J/kg


hf = n.kf

= 1.(2)

= 1,033 J/kg

-


hex = kex

=1

= 0,004 J/kg


(Geankoplis, 1997)


= 0,5 m


+ 2,042 = 6,9425 J/kg Daya pompa, P P = = 7,345 .10-5 hp

= Efisiensi pompa 80%, maka : P =

hp

= 9,18 . 10-5 hp Maka dipilih pompa dengan daya 1/20 hp.

LAMPIRAN E PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik

Natrium nitrat digunakan asumsi

sebagai berikut: Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Kapasitas maksimum adalah 2.000 ton/tahun. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peters et al, 2004). Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 8.994,- (Bank Mandiri, 31 Desember 2010). E.1 Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment) E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) a. Modal untuk Pembelian Tanah Lokasi Pabrik Luas tanah seluruhnya = 10.270 m2 Menurut data dari Raja Property, biaya tanah pada lokasi pabrik di KIM berkisar Rp 350.000,-/m2 (Raja Property, 2010) Harga tanah seluruhnya =10.270 m2  Rp 350.000/m2 = Rp 3.752.000.000,Biaya perataan tanah diperkirakan 5% Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 3.752.000.000 = Rp 187.600.000,Maka modal untuk pembelian tanah (A) adalah Rp 3.939.600.00,Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No Nama Bangunan Luas (m2) Harga (Rp/m2) 1 Pos keamanan 20 1.250.000 2 Areal bahan baku 200 1.250.000 *) 3 Parkir 150 750.000 *) 4 Taman 2.000 250.000 5 Ruang kontrol 150 1.250.000 6 Areal proses 1.500 1.750.000 7 Areal produk 800 1.250.000

Jumlah (Rp) 25.000.000 250.000.000 225.000.000 500.000.000 187.500.000 2.625.000.000 1.000.000.000

8

Perkantoran

300

1.250.000

375.000.000

Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ................. (lanjutan) No Nama Bangunan Luas (m2) Harga Jumlah (Rp) (Rp/m2) 9 Laboratorium 200 1.250.000 250.000.000 10 Poliklinik 200 1.250.000 250.000.000 11 Kantin 150 500.000 75.000.000 12 Tempat ibadah 150 1.250.000 187.500.000 13 Gudang peralatan 300 1.250.000 375.000.000 14 Bengkel 500 1.250.000 625.000.000 Unit pemadam kebakaran 15 100 1.250.000 125.000.000 Unit pengolahan Air 16 1.000 1.250.000 1.275.000.000 Unit pembangkit listrik 17 200 1.250.000 250.000.000 Unit pengolahan limbah 18 200 500.000 100.000.000 *) 19 Areal perluasan 1.500 200.000 300.000.000 *) 20 Jalan 1.000 500.000 500.000.000 21 Perpustakaan 100 1.250.000 125.000.000 TOTAL 10.820 21.950.000 9.487.500.000 Harga bangunan saja

= Rp 8.075.000.000,-

Harga sarana (*)

= Rp 1.412.500.000,-

Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp.9.487.50.000,b. Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Peters et al, 2004) :

I  Cx  Cy  x   I y  dimana: Cx = harga alat pada tahun 2009 Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia Ix = indeks harga pada tahun 2009 Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2011 digunakan metode regresi koefisien korelasi:

r

n  ΣX i  Yi  ΣX i  ΣYi  n  ΣXi 2  ΣXi 2  n  ΣYi 2  ΣYi 2 

Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift No. Tahun (Xi) Indeks (Yi) Xi.Yi 1 1987 814 1617418 2 1988 852 1693776 3 1989 895 1780155 4 1990 915,1 1821049 5 1991 930,6 1852824,6 6 1992 943,1 1878655,2 7 1993 964,2 1921650,6 8 1994 993,4 1980839,6 9 1995 1027,5 2049862,5 10 1996 1039,1 2074043,6 11 1997 1056,8 2110429,6 12 1998 1061,9 2121676,2 13 1999 1068,3 2135531,7 14 2000 1089 2178000 15 16 Total

2001 2002 31912

1093,9 1102,5 15846,4

2188893.9 2207205 31612010,5

(Montgomery, 1992)

Xi² 3948169 3952144 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000

Yi² 662596 725904 801025 837408,01 866016,36 889437,61 929681,64 986843,56 1055756,25 1079728,81 1116826,24 1127631,61 1141264,89 1185921

4004001 1196617,21 4008004 1215506,25 63648824 15818164,44

Sumber: Tabel 6-2, Peters et al, 2004 Data :

n = 16

∑Xi = 31912

∑XiYi = 31612010,5 ∑Xi² = 63648824

∑Yi = 15846,4 ∑Yi² = 15818164,44

Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE – 2, maka diperoleh harga koefisien korelasi: r =

(16) . (31612010,5) – (31912)(15846,4) [(16). (63648824) – (31912)²] x [(16)( 15818164,44) – (15846,4)² ]½

≈ 0,9808 = 1 Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b  X dengan:

Y

= indeks harga pada tahun yang dicari (2011)

X

= variabel tahun ke n – 1

a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :

(Montgomery, 1992)

Yi.Xi 2  Xi. Xi.Yi a n.Xi 2  (Xi) 2 b

n  ΣXi Yi   ΣXi  ΣYi  n  ΣXi 2  ΣXi 2

Maka : a = (15846,4)( 63648824) – (31912)(31612010,5) 16. (63648824) – (31912)² = -36351,9196 b = 16 .( 31612010,5) – (31912)(15846,4) 16. (63648824) – (31912)² = 18,7226 Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+bX Y = 18,7226X – 36351,9196 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2011 adalah: Y = 18,7226 (2011) – 36351,9196 Y = 1299,323 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters et al, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters et al, 2004). Contoh perhitungan harga peralatan: Tangki Penyimpanan Asam Nitrat (F-110) Dari tabel 2.12, Walas, 1988, dapat diperoleh untuk harga tangki dengan spesifikasi yang telah disebutkan pada awal tahun 2003 (asumsi harga indeks pada awal 2003 sama dengan harga indeks pada 2002) dengan menggunakan rumus : Cy = FM. Cb + Ca ;

Cb = 1,218 exp[9,1 - 0,2889(ln W) + 0,04576 (ln W)2 ; Ca = 300 . D0,7396 L0,7066 ; Dimana: FM = cost factor = 5,4 W = kapasitas tangki = 430,271 kg = 946,6 lbm D = diameter tangki = 5,774 m = 18,938 ft L = tinggi tangki = 9,674 m = 31,73 ft diperoleh: Cb = 175,64 Ca = 30394,53 Cy = 5,4 . 175,64 + 30394,53 = US$ 30.921 Indeks harga tahun 2011 (Ix) adalah 1299,323. Maka estimasi harga tangki adalah :

 1299,323 Cx = US$ 30.921     1102,5  Cx = US$ 36.442,- x Rp. 8994 Cx = Rp 327.756.528,-/unit

Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel LE.3 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel LE.4 untuk perkiraan peralatan utilitas. Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -

Biaya transportasi Biaya asuransi Bea masuk PPn PPh Biaya gudang di pelabuhan Biaya administrasi pelabuhan Transportasi lokal Biaya tak terduga

= = = = = = = = =

5 1 15  10  10  0,5  0,5  0,5  0,5 

(Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004)

Total

= 43 

Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -

PPn PPh Transportasi lokal Biaya tak terduga Total

= = = = =

10  10  0,5  0,5  21 

Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses No. Kode Unit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28

F-110 F-120 F-410 F-420 F-430 F-440 R-130 G-132 V-210 V-310 E-112 E-211 E-214 E-311 K-320 H-330 V-340 B-350 L-111 L-131 L-212 L-213 L-321 L-341 J-121 J-321 J-341

(Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004)

Impor/Non-Impor Harga Peralatan (USD) Harga Peralatan (Rupiah) I 36.442 327.756.528 I 13.583 122.167.905 I 9.689 87.146.621 I 10.157 91.353.072 I 17.914 161.119.279 I 15.190 136.619.856 I 8.682 78.085.609 I 657 5.904.678 I 22.322 200.763.554 I 4.742 42.652.811 I 2.526 22.719.839 I 4.097 36.849.173 I 5.192 46.698.352 I 4.120 37.051.861 I 471 4.238.992 I 141.925 1.276.474.904 I 7.307 65.721.212 I 7.951 71.511.769 NI 7351.9 66.123.295 NI 7351.9 66.123.295 NI 7351.9 66.123.295 NI 7351.9 66.123.295 NI 7351.9 66.123.295 NI 7351.9 66.123.295 I 46 413.958 I 15 137.117 I 46 413.958 Total 3.046.951.129 Unit Impor 2.650.211.356 Unit Non-Impor 396.739.773

Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Kode Unit SC BS CL SF MA CT DE KU CE AE TP-01 TP-02 TP-03 TP-04 TP-05 TU TB PU-01 PU-02 PU-03 PU-04 PU-05 PU-06 PU-07 PU-08 PU-09 PU-10 PU-11 PU-12 PU-13 PU-14 PU-15 PU-16 PU-17 Generator (x2 unit)

35 Total Unit Impor Unit Non-Impor

Impor/Non-Impor I I I I I I I I I I I I I I I I I NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI

Harga Peralatan (Rupiah) 17.532.305 50.000.000 1.417.794.275 23.757.171 32.712.600 1.566.547.508 66.842.870 63.842.992 43.546.743 42.263.227 397.174.905 397.174.905 397.174.905 397.174.905 397.174.905 72.124.178 46.862.609 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 66.247.848 140.000.000 6.588.382.118 5.362.168.699 1.226.213.419

Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x ( Rp. 2.650.211.356,- + Rp. 5.362.168.699,- ) + 1,21 x ( Rp. 396.739.773- + Rp. 1.226.213.419,- )

= Rp. 13.421.476.840,Biaya pemasangan diperkirakan 39  dari total harga peralatan (Peters, 2004). Biaya pemasangan = 0,39  13.421.476.840,= Rp. 5.234.375.968,Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp 13.421.476.840,- + Rp 5.234.375.968,= Rp 18.655.852.808,c. Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26

dari

total

harga

peralatan (Peters et al, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D)

= 0,26  Rp. 18.655.852.808,= Rp. 4.850.521.730,-

d. Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 60 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,6  18.655.852.808,- = Rp. 11.193.511.685,e. Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2  18.655.852.808,- = Rp 3.731.170.562,f. Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 20 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya insulasi (G) = 0,2  18.655.852.808,- = Rp 3.731.170.562,g. Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 3 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004).

Biaya inventaris kantor (H)

= 0,03  18.655.852.808,= Rp 559.675.584,-

h. Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 2 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,05  18.655.852.808,= Rp. 373.117.056,i. Sarana Transportasi Untuk

mempermudah

pekerjaan,

perusahaan

memberi

fasilitas

sarana

transportasi ( J ) seperti pada tabel berikut . Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi

Sedan kijang innova Bus L-300 Truk minibus L-300

Harga/ Unit (Rp) 375.000.000 210.000.000 350.000.000 150.000.000 300.000.000 120.000.000

Harga Total (Rp) 375.000.000 1.050.000.000 350.000.000 150.000.000 1.200.000.000 240.000.000

truk tangki

350.000.000

700.000.000

No.

Jenis Kendaraan

Unit

Tipe

1 2 3 4 5 6

Mobil GM Mobil Manajer Bus karyawan Mobil karyawan Truk Mobil pemasaran Mobil pemadam kebakaran

1 5 1 1 4 2 2

7

Total

4.065.000.000

Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 60.587.119.985,E.1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) a. Biaya Pra Investasi Diperkirakan 7 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya Pra Investasi (K)

= 0,07  Rp 18.655.852.808,= Rp. 1.305.909.697,-

b. Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 30 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004).

Biaya Engineering dan Supervisi (L)

= 0,30  Rp 18.655.852.808,= Rp. 5.596.755.842,-

c. Biaya Legalitas

Diperkirakan 4 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya Legalitas (M)

= 0,04  Rp 18.655.852.808,= Rp.746.234.112,-

d. Biaya Kontraktor Diperkirakan 19 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004). Biaya Kontraktor (N)

= 0,19  Rp 18.655.852.808,= Rp. 3.544.612.033,-

e. Biaya Tak Terduga Diperkirakan 37 dari total harga peralatan (Peters et al, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)

= 0,37  Rp 18.655.852.808,= Rp 6.902.665.539,-

Total MITTL = K + L + M + N+O = Rp. 18.096.177.223,Total MIT

= MITL + MITTL = Rp 60.587.119.985,- + Rp 18.096.177.223,=

Rp. 78.683.297.209,-

E.2

Modal Kerja

E.2.1 Persediaan Bahan Baku a. Bahan baku proses 1. Asam Nitrat 60% Kebutuhan

= 403,271 kg/jam = 322,616 L/jam

Harga

= $ 42,4/L . Rp. 8994 = Rp 381.345,- /L

Harga total

(www.advance-scientific.net, 2011)

= 330 hari  24 jam/hari 504,08875 L/jam  381.345,-/L = Rp.974.385.697.555,-

2. Natrium Klorida (NaCl) Kebutuhan

= 172,6284 kg/jam

Harga

= $ 72,6/kg . Rp. 8994 = Rp 652.964,- /kg

Harga total

(www.advance-scientific.net, 2011)

= 330 hari 24 jam/hari 172,6284 kg//jam  Rp 652.964,- /kg = Rp. 892.743.981.061,-

b. Persediaan bahan baku utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan

= 0,022 kg/jam

Harga

= Rp 1.100 ,-/kg

Harga total

= 330 hari  24 jam/hari  0,022 kg/jam  Rp 1.100,- /kg

(PT. Bratachem 2011)

= Rp. 191.664,2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 0,012 kg/jam Harga

= Rp 2.500,-/kg


Harga total = 330 hari  24 jam/hari  0,012 kg/jam  Rp 2.500,-/kg = Rp 237.600,3. Kaporit Kebutuhan = 0,001 kg/jam Harga

= Rp 9.500,-/kg


Harga total = 330 hari  24 jam/hari  0,001 kg/jam  Rp 9.500,-/kg = Rp 75.240,4. H2SO4 Kebutuhan

= 0,198 kg/jam = 0,1865 L/jam

Harga

= Rp 35.500-/L

Harga total

= 330 hari  24 jam x 0,1865 L/jam  Rp 35.500-/L


= Rp 52.434.473,5. NaOH Kebutuhan

= 0,302 kg/jam

Harga

= Rp 3250,-/kg

Harga total

= 330 hari  24 jam  0,302 kg/jam  Rp 3250,-/kg


= Rp 5.120.870,6. Solar Kebutuhan = 23,54 ltr/jam Harga solar untuk industri = Rp.4550,-/liter

(PT.Pertamina, 2011)

Harga total = 330 hari  24 jam/hari  23,54 ltr/jam  Rp. 4550,-/liter = Rp 848.287.440,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun (330 hari) adalah = Rp 1.868.036.025.903,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 bulan (30 hari) adalah = Rp 1.868.036.025.903,-/11 = Rp. 169.821.456.900,E.2.2 Kas a. Gaji Pegawai Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai No Jabatan

Jumlah

Gaji/orang

Total Gaji

1

Dewan Komisaris

2

Rp 18.000.000

Rp 36.000.000

2

General Manager

1

Rp 20.000.000

Rp 20.000.000

3

Staf Ahli

1

Rp 15.000.000

Rp 15.000.000

4 5 6

Manajer Produksi Manajer Maintenance & Repair Manajer Keuangan

1 1 1

Rp 12.000.000 Rp 12.000.000 Rp 12.000.000

Rp 12.000.000 Rp 12.000.000 Rp 12.000.000

7 8 No 9 10 11 12 13

Manajer Marketing Manajer Personalia Jabatan Supervisor Proses Supervisor Laboratorium Supervisor Utilitas Supervisor Listrik & Instrumentasi Supervisor Sipil

1 1 Jumlah 2 2 1 1 1

Rp 12.000.000 Rp 12.000.000 Gaji/orang Rp 8.000.000 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000

Rp 12.000.000 Rp 12.000.000 Total Gaji Rp 16.000.000 Rp 16.000.000 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000

14 Supervisor Mekanik

1

Rp 8.000.000

Rp 8.000.000

15 Supervisor Keuangan 16 Supervisor Pemasaran

1 1

Rp 6.000.000 Rp 6.000.000

Rp 6.000.000 Rp 6.000.000

17 Supervisor Gudang

1

Rp 6.000.000

Rp 6.000.000

18 19 20 21 22 23 24

Supervisor HRD Supervisor General Affair Karyawan Proses Karyawan Laboratorium Karyawan Utilitas Karyawan Listrik & Instrumentasi Karyawan Sipil

1 1 8 4 4 4 2

Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp

6.000.000 6.000.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000

Rp 6.000.000 Rp 6.000.000 Rp.20.000.000 Rp.10.000.000 Rp.10.000.000 Rp.10.000.000 Rp. 5.000.000

25 26 25 26 27 28 29 30 31

Karyawan Mekanik Karyawan Keuangan Karyawan Pemasaran Karyawan HRD Karyawan General Affair Dokter Perawat Petugas Keamanan Petugas Kebersihan

2 3 8 3 3 1 2 6 2

Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp

2.500.000 2.000.000 2.000.000 2.000.000 2.000.000 3.500.000 1.800.000 1.500.000 1.000.000

Rp. 5.000.000 Rp. 6.000.000 Rp. 16.000.000 Rp. 6.000.000 Rp. 6.000.000 Rp. 3.500.000 Rp. 3.600.000 Rp. .9000.000 Rp. 2.000.000

3 77

Rp 1.500.000

Rp. 4.500.000 Rp 341.600.000

32 Supir Jumlah

Diperkirakan seluruh karyawan bekerja lembur, dimana gaji lembur dihitung dengan rumus: 1/173 x gaji per bulan, dimana untuk 1 jam pertama dibayar 1,5 kali gaji perjam dan jam berikutnya 2 kali dari gaji satu jam (Kep. Men, 2003). Diperkirakan dalam 1 tahun 12 hari libur dengan 8 jam kerja untuk tiap harinya, artinya dalam satu bulan memiliki 1 hari libur yang dimanfaatkan sebagai lembur, maka:

Gaji lembur untuk 8 jam kerja yaitu: 1 jam pertama

= 1,5 x 1 x 1/173 x Rp. 341.600.000= Rp. 2.961.849,-

7 jam berikutnya

= 2 x 7 x 1/173 x Rp. 341.600.000= Rp. 27.643.930,-

Total gaji lembur dalam 1 bulan

= Rp 30.605.780,-

Jadi, gaji pegawai selama 1 bulan beserta lembur = Rp 30.605.780 + 341.600.000 = Rp 372.205.780,Total gaji pegawai selama 1 tahun beserta lembur = Rp 4.466.469.364,b. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20  dari gaji pegawai

= 0,2  Rp 4.466.469.364,= Rp 893.293.873,-

c. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20  dari gaji pegawai

= 0,2  Rp 4.466.469.364,= Rp 893.293.873,-

Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. Jenis Biaya 1. Gaji Pegawai 2. Administrasi Umum 3. Pemasaran Total

Jumlah (Rp) Rp 4.466.469.364,Rp 893.293.873,Rp 893.293.873,Rp 6.253.057.110,-

Biaya kas untuk 1 bulan = Rp 6.253.057.110/ 12 = Rp. 521.088.092,E.2.3 Biaya Start – Up Diperkirakan 8  dari Modal Investasi Tetap (Peters et al, 2004). = 0,08  Rp 78.683.297.209,= Rp 6.294.663.777,E.2.4 Piutang Dagang PD 

IP  HPT 12

dimana:

PD

= piutang dagang

IP

= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)

HPT

= hasil penjualan tahunan

Penjualan : 1. Harga jual Natrium Nitrat = US$ 104/kg = Rp 935.376,- /kg Produksi natrium nitrat

(ICIS Pricing, 2011)

= 247,581 kg/jam

Hasil penjualan natrium nitrat tahunan = 247,581 kg/jam  24 jam/hari  330 hari/tahun  935.376,- /kg = Rp 1.834.124.097.612,2. Harga jual Nitrosil Klorida = US$ 107/L = Rp 770.246,- /L Produksi nitrosil klorida

(advance-scientific.net, 2011)

= 59,18 kg/jam /1,276 kg/L = 46,3788 L/jam

Hasil penjualan nitrosil klorida tahunan = 46,3788 L/jam  24 jam/hari  330 hari/tahun  Rp 770.246,- /L = Rp 282.927.138.214,3. Harga jual Klorin = US$ 45,21 /L = Rp, 406.618-/L Produksi klorin

(advance-scientific.net, 2011)

= 69,1824 kg/jam / 1,544 kg/L = 44,8 L/jam

Hasil penjualan natrium nitrat tahunan = 44,8 L/jam  24 jam/hari  330 hari/tahun  406.618,- /L = Rp 144.298.195.414,Hasil penjualan total tahunan : Rp 2.261.349.431.240,Piutang Dagang =

1  Rp 2.261.349.431.240,12

= Rp 188.445.785.937,Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.8 No. 1. 2. 3. 4.

Perincian Modal Kerja Bahan baku proses dan utilitas Kas Start up Piutang Dagang

Jumlah Bulanan (Rp) Rp Rp Rp Rp

169.821.456.900,521.088.092,6.294.663.777,188.445.785.937,-

Rp 365.082.994.706,= Rp 365.082.994.706,-

Total Total Modal Kerja

Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp. 78.683.297.209,- + 365.082.994.706,= Rp 443.766.291.915,Modal ini berasal dari: - Modal sendiri

= 60  dari total modal investasi = 0,6  Rp 443.766.291.915,= Rp. 266.259.775.149,-

- Pinjaman dari Bank

= 40  dari total modal investasi = 0,4  Rp 443.766.291.915,= Rp 177.506.516.766,-

E.3

Biaya Produksi Total

E.3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) a. Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P) Gaji total = (12 + 2)  Rp 372.205.780,= Rp 5.210.880.925,b. Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 13,5 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2010). Bunga bank (Q)

= 0,135  Rp 177.506.516.766,= Rp 23.963.379.763,-

c. Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan,

menagih,

dan

memelihara

penghasilan

melalui

penyusutan

(Rusdji,2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan

sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia

No. 17 Tahun 2000 Pasal 11

ayat 6 dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta Berwujud

Masa (tahun)

Tarif (%)

I. Bukan Bangunan

Beberapa Jenis Harta Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri.

1.Kelompok 1

4

25

2. Kelompok 2

8

12,5

3. Kelompok 3

16

6,25

Mesin industri kimia, mesin industri mesin

II. Bangunan Permanen

20

5

Bangunan sarana dan penunjang

Mobil, truk kerja

Sumber : Waluyo, 2000 dan Rusdji,2004 Depresiasi dihitung berdasarkan tarif (%) penyusutan untuk setiap kelompok harta berwujud sesuai dengan umur peralatan. D Px %

dimana: D

= Depresiasi per tahun

P

= Harga peralatan

%

= Tarif penyusutan

Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 Umur Komponen Biaya (Rp) Depresiasi (Rp) (tahun) Bangunan 9.487.500.000 20 474.375.000 Peralatan proses dan utilitas 18.655.852.808 17 1.165.990.800 Instrumentrasi dan pengendalian proses 4.850.521.730 5 606.315.216 Perpipaan 11.193.511.685 5 1.399.188.961 Instalasi listrik 3.731.170.562 5 466.396.320 Insulasi 3.731.170.562 5 466.396.320 Inventaris kantor 5.596.755.842 4 139.918.896 Perlengkapan keamanan dan kebakaran 3.731.170.562 5 46.639.632 Sarana transportasi 4.065.000.000 10 508.125.000 5.273.346.146 TOTAL

Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UURI Pasal 11 ayat 1 No. Tahun 2000). Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak berwujud yang dimaksud (Rusdji, 2004). Untuk masa 4 tahun, maka biaya amortisasi adalah 25  dari MITTL. sehingga : Biaya amortisasi

= 0,25  Rp 18.096.177.223,-

= Rp 4.524.044.306,Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 5.273.346.146,- + Rp 4.524.044.306,= Rp 9.797.390.452,d. Biaya Tetap Perawatan 1.

Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%,

diambil 10% dari harga peralatan terpasang di pabrik (Peters et al,2004). Biaya perawatan mesin = 0,1  Rp 18.655.852.808,= Rp 1.865.585.281,2.

Perawatan bangunan Diperkirakan 10  dari harga bangunan (Peters et al, 2004).

Perawatan bangunan = 0,1  Rp 9.487.500.000,= Rp 948.750.000,3.

Perawatan kendaraan Diperkirakan 10  dari harga kendaraan (Peters et al, 2004).

Perawatan kenderaan = 0,1  Rp 4.065.000.000,= Rp 406.500.000,-

4.

Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10  dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Peters et al, 2004).

Perawatan instrumen = 0,1  Rp 4.850.521.730,= Rp 485.052.173,5.

Perawatan perpipaan Diperkirakan 10  dari harga perpipaan (Peters et al, 2004).

Perawatan perpipaan = 0,1  Rp 11.193.511.685,= Rp 1.119.351.169,6.

Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10  dari harga instalasi listrik (Peters et al, 2004).

Perawatan listrik

= 0.1  Rp 3.731.170.562,= Rp 373.117.057,-

7.

Perawatan insulasi Diperkirakan 10  dari harga insulasi (Peters et al, 2004).

Perawatan insulasi

= 0.1  Rp 3.731.170.562,= Rp 373.117.057,-

8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10  dari harga inventaris kantor (Peters et al, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1  Rp 559.675.584,= Rp 55.967.559,9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10  dari harga perlengkapan kebakaran (Peters et al, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1  Rp 373.117.056,= Rp 37.311.706,Total biaya perawatan (S)

= Rp 5.664.751.999,-

e. Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20  dari modal investasi tetap (Peters et al, 2004). Plant Overhead Cost (T)

= 0,2 x Rp 78.683.297.209,= Rp 15.736.659.442,-

f. Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = Rp. 893.293.873,g. Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 1 tahun

= Rp 893.293.873,-

Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi = 0,5 x Rp 893.293.873,- = Rp 446.646.936,Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 1.339.940.809,h. Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5  dari biaya tambahan industri (Peters et al, 2004). Biaya laboratorium (W)

= 0,05 x Rp 15.736.659.442,= Rp 786.832.972,-

i. Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Peters et al, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 78.683.297.209,= Rp 786.832.972,j. Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2009). = 0,0031  Rp 60.587.119.985,= Rp 187.820.072,2. Biaya asuransi karyawan. Biaya asuransi pabrik adalah 4,24% dari gaji (PT. Jamsostek, 2007). Maka biaya asuransi karyawan

= 0,0424 x Rp 4.466.469.364,= Rp 189.378.301,-

Total biaya asuransi (Y)

= Rp 377.298.373,-

k. Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada UndangUndang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut: 

Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).



Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00).



Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21/97).



Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).



Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).

Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut : Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Natrium nitrat Nilai Perolehan Objek Pajak 

Tanah

Rp 3.752.000.000,-



Bangunan

Rp 8.075.000.000,-

Total NPOP

Rp 11.827.000.000,-

Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak

(Rp.

Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak

Rp 11.797.00.000,-

Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) (Z)

Rp

30.000.000,- ) 589.850.000,-

Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y +Z = Rp 65.147.011.579,-

E.3.2 Biaya Variabel a. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 330 hari adalah Rp 1.868.036.025.903,Biaya Variabel Tambahan 1.

Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan

= 0,1  Rp 1.868.036.025.903,= Rp 18.680.360.259,-

2.

Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10  dari biaya variabel bahan baku Biaya variabel pemasaran

= 0,01  Rp 1.868.036.025.903,= Rp 186.803.602.591,-

Total biaya variabel tambahan

= Rp 205.483.962.849,-

b. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5  dari biaya variabel tambahan = 0,05  Rp 205.483.962.849,= Rp 10.274.198.142,Total biaya variabel = Rp 2.083.794.186.895,Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 65.147.011.579,- + Rp 2.083.794.186.895,= Rp 2.148.941.198.474,E.4

Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan

E.4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan

= total penjualan – total biaya produksi = Rp 2.261.349.431.240,- – Rp 2.148.941.198.474,= Rp 112.408.232.765,-

Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 112.408.232.765,= Rp 562.041.163,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 112.408.232.765,- − 562.041.163,= Rp 111.846.191.601,E.4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (Rusjdi, 2004):  Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10.  Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 15 .  Penghasilan di atas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 . Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: - 10   Rp 50.000.000

= Rp

5.000.000,-

- 15   (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000)

= Rp

7.500.000,-

- 30  (Rp 111.846.191.601,- – Rp 100.000.000) = Rp

33.523.857.480,-

Total PPh

= Rp

33.536.357.480,-

Laba setelah pajak Laba setelah pajak

= laba sebelum pajak – PPh = Rp 111.846.191.601,- – 33.536.357.480,= Rp 78.309.834.121,-

E.5 Analisa Aspek Ekonomi E.5.1 Profit Margin (PM) PM = PM =

Laba sebelum pajak  100  total penjualan x 100% = 4,95 %

E.5.2 Break Even Point (BEP) BEP =

Biaya Tetap  100  Total Penjualan  Biaya Variabel

BEP =

x 100%

BEP = 36,69 % Kapasitas produksi pada titik BEP

= 36,69 %  2.000 ton/tahun = 733,822 ton/tahun

Nilai penjualan pada titik BEP

= 36,69 % x Rp 2.261.349.431.240,= Rp 829.714.481.966,-

E.5.3 Return on Investment (ROI) Laba setelah pajak  100  Total modal investasi

ROI

=

ROI

=

ROI

= 17,65 %

x 100%

E.5.4 Pay Out Time (POT) 1 x 1 tahun 0,1765

POT

=

POT

= 5,66 tahun

E.5.5 Return on Network (RON) RON =

Laba setelah pajak  100  Modal sendiri

RON = RON = 29,41 %

E.5.6 Internal Rate of Return (IRR)

x 100%

Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10  tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 22,92

Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) Thn 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Laba Sebelum Pajak

Pajak

Laba Sesudah Pajak

Depresiasi

111.846.191.601 123.030.810.762 135.333.891.838 148.867.281.022 163.754.009.124 180.129.410.036 198.142.351.040 217.956.586.144 239.752.244.758

33.536.357.480 36.891.743.228 40.582.667.551 44.642.684.306 49.108.702.737 54.021.323.011 59.425.205.312 65.369.475.843 71.908.173.427

78.309.834.121 86.139.067.533 94.751.224.286 104.224.596.715 114.645.306.387 126.108.087.025 138.717.145.728 152.587.110.301 167.844.071.331

9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452 9.797.390.452

Net Cash Flow -443.766.291.915 88.107.224.573 95.936.457.985 104.548.614.738 114.021.987.167 124.442.696.838 135.905.477.477 148.514.536.179 162.384.500.752 177.641.461.782

263.727.469.234

79.100.740.770

184.626.728.464

9.797.390.452

194.424.118.915

P/F pada i =22% 1 0,8197 0,6719 0,5507 0,4514 0,3700 0,3033 0,2486 0,2038 0,1670

PV pada i =22% -443.766.291.915 72.219.036.535 64.456.099.157 57.575.642.200 51.469.421.019 46.043.704.804 41.217.151.698 36.919.018.655 33.087.650.447 29.669.201.777

P/F pada i =23% 1 0,8130 0,6610 0,5374 0,4369 0,3552 0,2888 0,2348 0,1909 0,1552

PV pada i =23% -443.766.291.915 71.631.889.896 63.412.292.937 56.182.744.247 49.815.920.522 44.202.197.130 39.246.984.343 34.868.493.432 30.995.859.448 27.567.560.433

0,1369

26.616.554.328

0,1262

24.530.083.420

15.507.188.706

IRR = 22% + = 22,92%

Rp. 15.507.188 .706 × (23% -22%) Rp 15.507.188 .706  1.312.266. 107

-1.312.266.107

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Recommend Documents