LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Waktu operasi
: 300 hari / tahun ; 24 jam / hari
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan operasi
: kilogram (kg)
Bahan baku
: - Stirena oksida (C8H8O) -
Natrium hidroksida (NaOH)
-
Metanol (CH3OH)
-
Hidrogen (H2)
-
Katalis (Pd/C 1%)
Produk akhir
: 2-Feniletanol (C8H10O)
Kapasitas Produksi
: 138,8889 kg/jam
LA.1 Mixer Liquid Feed (M-101)
(4)
Stirena oksida Metanol
NaOH
(3) (5)
Mixer Liquid Feed M-101
(6)
NaOH Stirena oksida Metanol
Dalam mixer ini terjadi pencampuran antara stirena oksida, natrium hidroksida, dan metanol. Basis Perbandingan Umpan Stirena oksida : NaOH : Metanol (kg) = 1: 0,00026: 19
Neraca Massa Komponen: Stirena oksida : F6Stirena oksida = F3Stirena oksida = 141,5894 kg/jam NaOH
: F6NaOH = 0,000026 × F3Stirena oksida = 0,00026 × 141,5894 = 0,0368 kg/jam F6NaOH = F4NaOH = 0,0368 kg/jam
Metanol
: F6Metanol = 19 × F3Stirena Oksida = 19 × 141,5894 = 2690,1986 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F6Metanol = F5Metanol = 2690,1986 kg/jam Neraca Massa Total : F6 = F3 + F4 + F5 = 141,5894 + 0,0368 + 2690,1986 = 2931,8248 kg/jam
Tabel LA.1 Neraca Massa Mixer Liquid Feed (M-101) Alur Masuk Alur 3
Alur Keluar
Alur 4
Alur 5
Alur 6
Komponen F
N
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
C8H8O
141,5894
1,1784
-
-
-
-
141,5894
1,1784
NaOH
-
-
0,0368
0,0009
0,0368
0,0009
CH3OH
-
-
-
-
2690,1986
83,9596
Total
2690,1986
83,9596
2831,8248
2831,8248
LA.2 Mixer Hydrogenation Feed (M-103) Hidrogen
(9) Mixer Hydrogenation Feed
(10)
M-103
(7)
NaOH Stirena oksida Metanol Hidrogen
NaOH Stirena oksida Metanol
Dalam mixer ini terjadi pencampuran antara stirena oksida, natrium hidroksida, metanol dan hidrogen.
Neraca Massa Komponen: Stirena oksida : F10Stirena oksida = F7Stirena oksida = F6Stirena oksida = 141,5894 kg/jam NaOH
: F10NaOH = F7NaOH = F6NaOH = 0,0368 kg/jam
Metanol
: F10Metanol = F7Metanol = F6Metanol = 2690,1986 kg/jam
Hidrogen
: F10Hidrogen= F9Hidrogen= F8Hidrogen = 2,8506 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total: F10 = F7 + F9 =2831,8248 + 2,8506 = 2834,6754 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa Mixer Hydrogenation Feed (M-103) Alur Keluar
Alur Masuk Komponen
Alur 7
Alur 9
Alur 10
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
C8H8O
141,5894
1,1784
-
-
141,5894
1,1784
NaOH
0,0368
0,0009
-
-
0,0368
0,0009
CH3OH
2690,1986
83,9596
-
-
2690,1986
83,9596
H2
-
-
2,8506
1,4141
Total
2834,6754
2,8506 1,4141 2834,6754
LA.3 Fixed Bed Reactor (R-101)
(10)
NaOH Stirena oksida Metanol Hidrogen
Fixed Bed Reactor R-101
(11)
2-Feniletanol NaOH Metanol Hidrogen
Dalam reaktor ini terjadi reaksi hidrogenasi stirena oksida menghasilkan 2 feniletanol. Reaksi hidrogenasi berlangsung pada temperatur 40 0C dan tekanan 2,04 MPa (20 atm) dengan katalis Pd/C 1% sesuai dengan persamaan reaksi di bawah ini.
Konversi reaksi = 100 % (Rode ,dkk., 2003). Basis = F10Stirena oksida = 141,5894 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
𝐹 10 𝑆𝑡𝑖𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑑𝑎 𝑀𝑟 𝑆𝑡𝑖𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑑𝑎
N10Stirena oksida =
=
141,5894 = 1,1784 kmol/jam 120,1502
r1 = konversi × N10Stirena oksida = 1 × 1,1784 = 1,1784 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor: C8H8O(l)
+
→
H2(g)
C8H10O(l)
M
1,1784
1,4141
-
B
1,1784
1,1784
1,1784
S
-
0,2357
1,1784
Dimana: M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol) S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)
Neraca Massa Komponen: Stirena Oksida: F10Stirena oksida = 141,5894 kg/jam Hidrogen
: F10Hidrogen = N10Hidrogen × Mr Hidrogen = 1,4141 × 2,0158 = 2,8506 kg/jam 11
F
(N10Hidrogen – N10 Stirena oksida) × Mr Hidrogen
Hidrogen =
= (1,4141 – 1,1784) × 2,0158 = 0,4751 kg/jam 2-Feniletanol : F112-Feniletanol = Freaksi2-Feniletanol = N10Stirena oksida × Mr 2-Feniletanol = 1,1784 × 122,166 = 143,9649 kg/jam 11
10
NaOH
: F
Metanol
: F11Metanol = F10Metanol = 2690,1986 kg/jam
NaOH
=F
NaOH =
0,0368 kg/jam
Neraca Massa Total: F11 = F10 = 2834,6754 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.3 Neraca Massa Fixed Bed Reactor (R-101) Alur Keluar Alur Masuk Alur 10 Alur 11 Komponen F N F N (kg/jam (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) C8H8O 141,5894 1,1784 NaOH 0,0368 0,0009 0,0368 0,0009 CH3OH 2690,1986 83,9596 2690,1986 83,9596 H2 2,8506 1,4141 0,4751 0,2357 C8H10O 143,9649 1,1784 2834,6754 Total 2834,6754 LA.4 Knock Out Drum (FG-201)
(12)
2-Feniletanol NaOH Metanol Hidrogen
(11)
Hidrogen
Knock Out Drum FG-201
(13)
2-Feniletanol NaOH Metanol
Pada drum ini digunakan untuk memisahkan gas hidrogen dari campuran. Semua gas hidrogen pada alur 12 akan terpisah pada knock-out drum ini.
Neraca Massa Komponen: Hidrogen
: F12Hidrogen = F11Hidrogen = 0,4751 kg/jam
2-Feniletanol : F132-Feniletanol = F112-Feniletanol = 143,9649 kg/jam NaOH
: F13NaOH = F11NaOH = 0,0368 kg/jam
Metanol
: F13Metanol = F11Metanol = 2690,1986 kg/jam
Neraca Massa Total: F11 = 2834,6754 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F12 = F12Hidrogen = 0,4751 kg/jam F11 = F12 + F13 F13 = F11 – F12 = 2690,1986 – 0,4751 = 2834,2003 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa Knock Out Drum (FG-201) Alur Keluar
Alur Masuk Komponen
Alur 11
Alur 13
Alur 12
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
NaOH
0,0368
0,0009
-
-
0,0368
0,0009
CH3OH
2690,1986
83,9596
-
-
H2
0,4751
0,2357
0,4751
0,2357
2690,1986 -
83,9596 -
C8H10O
143,9649
1,1784
-
-
143,9649 2834,6754
1,1784
Total
2834,6754
LA.5 Mixing Point Hidrogen (M-102)
(14) Hidrogen
(1)
Hidrogen (8)
Mixing Point Hidrogen M-102
Hidrogen
Neraca Massa Komponen: Hidrogen
: F8Hidrogen = F9Hidrogen = 2,8506 kg/jam F14Hidrogen = 0,4751 kg/jam F1Hidrogen + F14Hidrogen = F8Hidrogen F1Hidrogen = F8Hidrogen - F14Hidrogen = 2,8506 – 0,4751 = 2,3755 kg/jam Tabel LA.5 Neraca Massa Mixing Point Hidrogen (M-102) Alur Keluar
Alur Masuk Komponen
H2 Total
Alur 1
Alur 8
Alur 14
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
2,3755
1,1784
0,4751
0,2357
2,8506
2,8506
1,4141 2,8506
Universitas Sumatera Utara
LA.6 Tray Distillation Tower (TD-201) Adapun kolom destilasi ini digunakan untuk memisahkan CH3OH (metanol) dari produk 2-Feniletanol berdasarkan perbedaan titik didih. 2-Feniletanol Metanol (19)
2-Feniletanol NaOH Metanol
(15) Kolom Destilasi TD-201
(23) 2-Feniletanol NaOH Metanol
Alur Umpan Masuk F15 F 15
2690,1986 kg.jam-1
r
32,0416 kg.kmol -1
15 Nmetanol = M metanol = metanol 15 NNaOH =
15 FNaOH
Mr NaOH
=
0,0386 kg.jam-1 39,9969 kg.kmol -1
=0,0009 kmol/jam
15 F2-Feniletanol
143,9649 kg.jam-1
r
122,166 kg.kmol -1
15 N2-Feniletanol = M 2-Feniletanol =
X 15 metanol = N15
= 83,9596 kmol/jam
15 Nmetanol
15 metanol +N
2-Feniletanol
=1,1784 kmol/jam
83,9596
= 83,9596+0,0009= 0,9862
15 X 15 air =1 -X metanol= 1 – 0,9862= 0,0138
F15
= F15metanol + F152-Feniletanol = 2690,1986 + 143,9649
Feed = N15
= 2834,1635 kg/jam
= N15metanol + N152-Feniletanol = 83,9596 + 1,1784
= 85,138 kmol/jam
XF = 0,9862 Diinginkan, XD = 0,9995 Xw = 0,0005
Universitas Sumatera Utara
Neraca mol total F.XF
=
D.XD+ W.Xw
85,138 . 0,9862
=
D. 0,9995 + (85,138 – D) . 0,0005
D
= 84,001 kmol/jam F–D
W =
= 1,137 kmol/jam
Alur Keluar Destilat F19 19 Nmetanol
= XD. D
=
83,959 kmol/jam
19 N2-Feniletanol = (1 - XD) . D
=
0,042 kmol/jam
19 Fmetanol
=
2690,1804 kg/jam
=
5,131 kg/jam
XW. W
=
0,0006 kmol/jam
(1 – XW) . W
=
1,1364 kmol/jam
= 83,959 kmol.jam-1. 32,0416 kg.kmol-1
19 F2-Feniletanol = 0,042 kmol.jam-1. 122,166 kg.kmol-1
Alur Keluar Bottom F23 23 Nmetanol
=
23 N2-Feniletanol = 23 Fmetanol
= 0,0006 kmol.jam-1. 32,0416 kg.kmol-1 =
23 F2-Feniletanol = 1,1364 kmol.jam-1. 122,166 kg.kmol-1 =
0,0182 kg/jam 138,8339 kg/jam
Tekanan Uap Metanol
: ln 𝑃 𝑘𝑃𝑎 = 16,5785 + 𝑇
3628,27 𝐶 + 239,5
............................................. (1)
(Smith, 2005) 2-Feniletanol : ln 𝑃 𝑃𝑎 =
317,2 𝑅
89904,2
− 𝑅.
𝑇(𝐾)
−
76,3 𝑅
𝑇 𝐾
ln(298,15) ............................... (2)
R = 8,31447 J/K.mol (Emel’yanenko, 2007)
Penentuan titik gelembung (bubble point) umpan : Tekanan uap ditentukan dengan persamaan (1) dan (2). a. Menghitung temperatur jenuh masing masing komponen sat Asumsi Pmetanol
= P sistem = 760 mmHg = 101,325 kPa
Universitas Sumatera Utara
sat P2-Feniletanol = P sistem = 760 mmHg = 101,325 kPa sat T2-Feniletanol = 490,0813 K sat Tmetanol = 337,8489 K
b. Menghitung T rata-rata Zat 2-Feniletanol (a) Metanol (b) T rata-rata =
Xi 0,9862 0,0138
T 490,0813 337,8489
Xi . Ti = 339,956 K
c. Menghitung harga AB pada T rata-rata Zat 2-Feniletanol (a) Metanol (b) Pa AB= = 0,001551 Pb
T 339,956 339,956
Pi 0,1706 110,0141
d. Menghitung Pbsat Pbsat =
P X a .αAB+ X b
=
101,325 0,9862 x 0,001551+ 0,0138
=102,745 kPa
e. Menghitung T dari Pbsat dari persamaan (1). Dari hasil iterasi, didapatkan bahwa harga T = 338,2033 K = 65,0533 oC
Penentuan titik gelembung (bubble point) bottom : a. Menghitung temperatur jenuh masing masing komponen = P sistem = 760 mmHg = 101,325 kPa
sat Asumsi Pmetanol
sat P2-Feniletanol = P sistem = 760 mmHg = 101,325 kPa sat T2-Feniletanol = 490,0813 K sat Tmetanol = 337,8489 K
b. Menghitung T rata-rata Zat 2-Feniletanol (a) Metanol (b) T rata-rata =
Xi 0,9995 0,0005
T 490,0813 337,8489
Xi . Ti = 490,0052 K
Universitas Sumatera Utara
c. Menghitung harga AB pada T rata-rata Zat 2-Feniletanol (a) Metanol (b) Pa AB= = 0,018505 Pb
T 490,0052 490,0052
Pi 101,1224 5464,607
d. Menghitung Pbsat Pbsat = X
P a .αAB+ X b
=
101,325 0,9995 x 0,018505+ 0,0005
=5334,098 kPa
e. Menghitung T dari Pbsat dari persamaan (1). Dari hasil iterasi, didapatkan bahwa harga T = 489,6257 K = 215,4757oC
Penentuan titik embun (dew point) destilat : a. Menghitung temperatur jenuh masing masing komponen = P sistem = 760 mmHg = 101,325 kPa
sat Asumsi Pmetanol
sat P2-Feniletanol = P sistem = 760 mmHg = 101,325 kPa sat T2-Feniletanol = 490,0813 K sat Tmetanol = 337,8489 K
a. Menghitung T rata-rata sat
Pi.Yi = Xi. P i sat
Karena diasumsikan Pi = P i , maka Xi = Yi Zat 2-Feniletanol (a) Metanol (b) T rata-rata =
Yi 0,0005 0,9995
T 490,0813 337,8489
Yi . Ti = 337,9251 K
b. Menghitung harga AB pada T rata-rata Zat 2-Feniletanol (a) Metanol (b) Pa AB= = 0,00146475 Pb
T 337,9251 337,9251
Pi 0,1489 101,6286
c. Menghitung Pasat Pasat =P(YA +YB.αAB)=101,325 (0,0005+0,9995.0,00146475)=0,199 kPa
Universitas Sumatera Utara
d. Menghitung T dari Pbsat dari persamaan (2) Dari hasil iterasi, didapatkan bahwa harga T = 342,29 K = 69,14 oC Umpan masuk pada temperatur 83,78 oC, sehingga 0< q <1, sebagian umpan berupa uap, dengan Yf = 0,9975 dari persamaan (1).
Perhitungan Reflux minimum Rm =
Xd - Yf 0,9995-0,9975 = Yf - Xf 0,9975-0,9862
Rm =0,17634
Persamaan Fenske untuk mencari jumlah plat minimum ∝𝑏𝑣 =
𝑌𝑓. (1 − 𝑋𝑓 ) 0,9975. (1 − 0,9862) = = 5,60027 𝑋𝑓. (1 − 𝑌𝑓 ) 0,9862. (1 − 0,9975)
𝑋𝑏 𝑋𝑎 log 𝑋𝑎 𝑑 𝑋𝑏 𝑛𝑚 + 1 = log ∝𝑏𝑣
𝑠
0,9995 0,9995 log 0,0005 0,0005 = log 5,60027
= 8,823237
Dan 1,2 < R/Rm < 1,5, sehingga dengan metode Gilliland, diperoleh hubungan rasio refluks dan jumlah plate sebagai berikut Hubungan Rasio Refluks dan Jumlah Plate R 0,2116 0,2293 0,2469 0,2645 Diperoleh :
(R-Rm)/(R+1) 0,0291 0,043 0,0565 0,0697
[(n+1)-(nm+1)]/(n+2) 0,6 0,58 0,55 0,53
n 7,5232 7,6023 7,701 7,7556
R = 0,2116 n = 7,5232
Jumlah piring teoritis = 7,5232 + 1 reboiler Efisiensi piring = 90%, maka jumlah piring yang sebenarnya = 7,5232/0,9 = 8,3592 = 8 piring. Estimasi feed-plate atau plat umpan dengan metode Kirkbride Ne log = 0,206 log Ns
XHF W XLW XLF D XHD
2
Universitas Sumatera Utara
log
Ne = 0,206 log Ns
log
Ne = -0,76658 Ns
0,0005 0,5168 0,00013 0,0005 38,1823 0,0019
2
Ne = 0,171165 Ns Ne + Ns = 0,171165 Ns + Ns = N 1,171165 Ns
=
8
Ns
=
6,8308 ≈ 7
Ne + Ns = N Ne + 7
= 8
Ne
= 1
Feed tray adalah tray ke-1 dari puncak kolom destilasi
Tabel LA.6 Neraca Massa Tray Distillation Tower (TD-201) Alur Keluar
Alur Masuk Alur 15
Komponen
Alur 23
Alur 19
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
C8H10O
143,9649
1,1784
5,1310
0,0420
138,8339
1,1364
CH3OH
2690,1986
83,9596
2690,1804
83,9590
0,0182
0,0006
NaOH
0,0368
0,0009
-
-
0,0368 2834,2003
0,0009
Total
2834,2003
LA.7 Kondensor (E-202)
(17) Metanol 2-Feniletanol
Ln = 0,2116 D
(18)
Metanol 2-Feniletanol
Kondensor E-202
(19)
Metanol 2-Feniletanol
= 0,2116. (84,001 kmol/jam) = 17,7757 kmol/jam
Vn = Ln + D = 1,2116 D = 1,2116. (84,001 kmol/jam) = 101,7766 kmol/jam Lm = Ln + F
= 17,7757 + 85,1380
= 102,9136 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
= 102,9136 – 1,137
Vm = Lm - W
= 101,7766 kmol/jam
Alur 18 18 Fmetanol
= X18metanol . Ln x Mr metanol = (0,9995. 17,7757 kmol/jam) x 32,0416 kg/kmol = 589,2756 kg/jam
18 F2-Feniletanol = (1 – X18metanol) . Ln x Mr 2-Feniletanol
= (0,0005. 17,7757 kmol/jam) x 122,166 kg/kmol = 1,0858 kg/jam Alur 17 17 Fmetanol
= X17metanol . Vn x Mr metanol = (0,9995 . 101,7766 kmol/jam) x 32,0416 kg/kmol = 2690,1804 kg/jam
17 F2-Feniletanol = (1 – X17metanol) . Vn
= (0,0005 . 101,7766 kmol/jam) x 122,166 kg/kmol 1 = 5,131 kg/jam
Tabel LA.7 Neraca Massa Kondensor (E-202) Alur Keluar
Alur Masuk Alur 17
Komponen
Alur 19
Alur 18
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
C8H10O
6,2168
0,0509
1,0858
0,0089
5,131
0,042
CH3OH
3259,4560
101,7268
589,2756
Total
3265,6728
17,7668 2690,1804 3265,6728
83,9590
LA.8 Reboiler E-203 (22) 2-Feniletanol Metanol NaOH
(21)
2-Feniletanol Metanol NaOH
Reboiler E-203
(23)
2-Feniletanol Metanol NaOH
Alur 21 21 Fmetanol
15 18 = Fmetanol + Fmetanol
= 2690,1986 + 569,2756 = 3259,4742 kg/jam
21 15 18 F2-Feniletanol = F2-Feniletanol + F2-Feniletanol = 143,9649 + 1,0858
= 145,0507 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
21 FNaOH
23 𝐹𝑁𝑎𝑂𝐻
= (𝐹23
23 +𝐹2−𝐹𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 )
𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
21 21 ) 𝑥 (𝐹𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝐹2−𝐹𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
= 0,0368/(0,0182 + 138,8339) x (3259,4742+145,0507) = 0,9026 kg/jam Alur 22 22 Fmetanol
23 21 - Fmetanol = Fmetanol
= 3259,4742 – 0,0182 = 3259,4560 kg/jam
22 21 23 F2-Feniletanol = F2-Feniletanol - F2-Feniletanol = 145,0507 – 138,8339 = 6,2168 kg/jam 22 FNaOH
23 𝐹𝑁𝑎𝑂𝐻
= (𝐹23
23 ) +𝐹2−𝐹𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
22 22 ) 𝑥 (𝐹𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝐹2−𝐹𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
= 0,0368/(0,0182 + 138,8339) x (3259,4560 + 6,2168) = 0,8658 kg/jam
Tabel LA.8 Neraca Massa Reboiler E-203 Alur Keluar
Alur Masuk Komponen
Alur 21
Alur 23
Alur 22
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
C8H10O
145,0507
1,1873
6,2168
0,0509
138,8339
1,1364
CH3OH
3259,4742
101,7263
3259,4560
101,7258
NaOH
0,9026
0,0226
0,8658
0,0182 0,0368
0,0006 0,0009
Total
3405,4275
0,0216 3405,4275
LA.9 Mixer Metanol (M-104)
(20) Metanol
(2)
Metanol
Mixing Point Metanol M-104
(5) Metanol
F5Metanol = 2690,1986 kg/jam F20Metanol = 2690,1804 kg/jam F2Metanol + F20Metanol = F5Metanol F2Metanol = F5Metanol – F20Metanol = 2690,1986 – 2690,1804 = 0,0182 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.9 Neraca Massa Mixer Metanol (M-104) Alur Keluar
Alur Masuk Komponen
CH3OH Total
Alur 2
Alur 5
Alur 20
F
N
F
N
F
N
(kg/jam
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
0,0182
0,0006
2690,1804
83,9590
2690,1986
2690,1986 83,9596 2690,1986
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS
Kapasitas Produksi
: 138,8889 kg/jam
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu operasi
: 300 hari / tahun ; 24 jam / hari
Satuan operasi
: kg/jam
Suhu referensi
: 25oC (298,15 K)
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983): Cp = a + bT + cT2 + dT3 Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi: T2
CpdT a(T
2
T1
b 2 c 3 d 2 3 4 4 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) 2 3 4
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah: T2
Tb
T1
T1
CpdT Cp dT H 1
T2
VI
Cp v dT Tb
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi: T
T
2 2 dQ rH r (T ) N CpdTout N CpdTin dt T1 T1
B.1 Data Perhitungan Cp Tabel LB.1 Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp Cairan Komponen
a
b
c
d
CH3OH
-2,5825E+02
3,3582
-1,1638E-02
1,4052E-05
H2O
1,8296E+01
4,7112E-01
-1,3387E-03
1,3142E-06
Sumber : (Reklaitis, 1983) Cp = a + bT + cT2 + dT3 T2
CpdT a(T
2
T1
[J/mol K]
b 2 c 3 d 2 3 4 4 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) 2 3 4
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.2 Nilai Konstanta a, b, c, d dan e untuk Perhitungan Cp Gas Komponen
a
b
c
d
e
CH3OH
3,4492E+01
-2,9188E-02
2,8684E-04
-3,125E-07
1,0983E-10
H2
1,7639E+01
6,7005E-02
-1,3148E-04
1,0588E-07
-2,9180E-11
Sumber : (Reklaitis, 1983) Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 T2
Cp dT a(T g
T1
2
[J/mol. K]
b 2 c 3 d 4 e 5 2 3 4 5 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) 2 3 4 5
B.2 Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson Tabel LB.3 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan Gugus (ring)
Harga (kJ/(kmol.K) 22 12
(ring) 18 (ring) (ring)
26 30,4 44,8 35
Sumber : (Reid ,dkk., 1987) Cp C8H8O = 5 × +1×
(ring) + 1 ×
(ring) + 1 ×
(ring) + 1 ×
(ring)
= 5 × 22 + 1 × 12 + 1 × 18 + 1 × 35 + 1 × 26 = 201 kJ/kmol.K Cp C8H10O = 5 ×
(ring) + 1 ×
(ring) + 2 ×
+1×
= 5 × 22 + 1 × 12 + 2 × 30,4 + 1 × 44,8 = 227,6 kJ/kmol.K
Universitas Sumatera Utara
B.3 Perhitungan Estimasi ∆Hf(298) (kJ/mol) Perhitungan estimasi ∆Hof (kJ.mol-1) dengan menggunakan metode Joback dengan rumus :∆Hof = 68,29 +
j nj .∆H
(Reid, dkk;, 1987), di mana kontribusi
gugusnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LB.4 Kontribusi Gugus Panas Pembentukan Gugus
Harga (kJ/(mol)
(ring)
2,09 46,43
(ring) 8,67 (ring) (ring)
-26,8 -20,64 -208,04 -138,16
Sumber : (Reid ,dkk., 1987) ∆Hof(298) C8H8O = 68,29 + (5 × 1×
(ring) + 1 ×
+1×
(ring) + 1 ×
(ring) +
(ring)
= 68,29 + ( 5 × 2,09 + 1 × 46,43 + 1 × 8,67 + 1 × -138,16 + 1 × -20,64) = -31,12 kJ/mol ∆Hof(298) C8H10O = 5 ×
(ring) + 1 ×
(ring) + 2 ×
+1×
= 5 × 2,09 + 1 × 46,43 + 2 × -20,64 + 1 × -208,04 = -124,15 kJ/mol
B.4
Nilai Panas Laten Tabel LB.5 Data Perhitungan Nilai Panas Laten
Senyawa
w
CH3OH C8H10O
0,564 0,603
Tc (K)
Pc (bar)
512,6 80,97 751 44,7 (Smith, 2001)
T boiling (°C) 65 216,93
T boiling (K) 338,15 490,08
Universitas Sumatera Utara
R = 0,008314 kJ/mol K ∆Hvl = 1,093 R . Tc [Tbr(ln[Pc/1,01325]-1)/(0,93-Tbr)] Tb = T boiling (K) (Daubert, 1985)
LB.1 Heater (E-101) Saturated Steam 230oC, 27,61 atm
Hidrogen 31,67oC, 20 atm 8
9
Hidrogen 40oC, 20 atm
Kondensat 230oC, 27,61 atm
LB.1.1 Panas Masuk Tabel LB.6 Perhitungan Panas Masuk Heater (E-101) N8i Komponen (i) Hidrogen
304,82
Cp dT
304,82
Qi = N8i .
298,15
(kmol/jam) 1,4141 Qin =
Cp dT
298,15
(kJ/mol) 190,4253
(kJ/jam) 269,285 269,285
LB.1.2 Panas Keluar Tabel LB.7 Perhitungan Panas Keluar Heater (E-101) N9i Komponen (i) Hidrogen
313,15
Cp dT
298,15
(kmol/jam) 1,4141
(kJ/mol) 429,0552 Qout =
313,15
9
Qi = N i .
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 606,7373 606,7373
Panas yang dibutuhkan (dQ/dT): dQ/dT = Qout – Qin
Universitas Sumatera Utara
= 606,7373 – 269,285 = 337,4522 kJ/jam Massa steam yang diperlukan: Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu
: 230 oC
Tekanan
: 27,61 atm
λ (230oC)
: 1811,7 kJ/kg
m
=
dQ / dt (230 0 C )
=
337,4522 1811,7
= 0,1863 kg/jam
LB.2 Heater (E-102) Saturated Steam 230oC, 27,61 atm
Metanol Stirena Oksida NaOH o 30 C, 1 atm
6
7
Metanol Stirena Oksida NaOH 40oC, 1 atm
Kondensat 230oC, 27,61 atm
LB.2.1 Panas Masuk Tabel LB.8 Perhitungan Panas Masuk Heater (E-102) N6i Komponen (i) (kmol/jam) Metanol 83,9596 Stirena Oksida 1,1784 NaOH 0,0009
303,15
Cp dT
298,15
(kJ/mol) 406,5336 1005 235,85 Qin =
303,15
6
Qi = N i .
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 34132,3837 1184,3288 0,2171 35316,9296
Universitas Sumatera Utara
LB.2.2 Panas Keluar Tabel LB.9 Perhitungan Panas Keluar Heater (E-102) N7i Komponen (i)
313,15
Cp dT
313,15
7
Qi = N i .
298,15
(kmol/jam) Metanol 83,9596 Stirena Oksida 1,1784 NaOH 0,0009 Qout =
Cp dT
298,15
(kJ/mol) 1233,1418 3015 707,55
(kJ/jam) 103534,0433 3552,9865 0,6512 107087,6811
Panas yang dibutuhkan (dQ/dT): dQ/dT = Qout – Qin = 107087,6811 – 32316,9296 = 71770,7514 kJ/jam Massa steam yang diperlukan: Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: : 230 oC
Suhu Tekanan o
λ (230 C) m
: 27,61 atm : 1811,7 kJ/kg
=
dQ / dt (230 0 C )
=
71770,7514 1811,7
= 39,6151 kg/jam
LB.3 Fixed Bed Reactor (R-101) Metanol Stirena Oksida NaOH Hidrogen 40oC, 20 atm
10
Air Pendingin 40oC
Air Pendingin 25oC
11
Metanol 2-Feniletanol NaOH Hidrogen 40oC, 20 atm
Universitas Sumatera Utara
LB.3.1 Panas Masuk Tabel LB.10 Perhitungan Panas Masuk Fixed Bed Reactor (R-101) N10i Komponen (i)
313,15
Cp dT
313,15
10
Qi = N
i
.
298,15
(kmol/jam) Metanol 83,9596 Stirena Oksida 1,1784 NaOH 0,0009 Hidrogen 1,4141 Qin =
(kJ/mol) 1233,1418 3015 707,55 429,0552
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 103534,0433 3552,9865 0,6512 606,7373 107694,4183
LB.3.2 Panas Keluar Tabel LB.11 Perhitungan Panas Keluar Fixed Bed Reactor (R-101) N11i Komponen (i) Metanol NaOH 2-Feniletanol Hidrogen
313,15
Cp dT
298,15
(kmol/jam) 83,9596 0,0009 1,1784 0,2357
(kJ/mol) 1233,1418 707,55 3414 429,0552 Qout =
313,15
Qi = N11i .
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 103534,0433 0,6512 4023,1827 101,1229 107659,0002
LB.3.3 Panas Reaksi Reaksi hidrogenasi di dalam Fixed Bed Reactor: C8H8O(l)
+
H2(g)
→
C8H10O (l)
r1
= konversi x Nstirena oksida
r1
= 1 x 1,1784 = 1,1784 kmol/jam
Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm: ∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan] = [∆Hof C8H10O - ∆Hof C8H8O – ∆Hof H2] = [(-124,15) - (-31,12) - (0)] = -93,03 kJ/mol = -93030 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
313,15 ∆Hr (40 C) = ∆Hr(25 C)+ Cp 2 Fenile tan ol dT + 298,15 o
o
313,15 Cp stirenaoksida dT 298,15
313,15 Cp hidrogendT 298,15 = -93030 + 3414 – 3015 – 429,0552 = -93060,0552 kJ/jam Q reaksi
= -93060,0552 kJ/jam x 1,1784 kmol/jam = -109665,3803 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan (dQ/dT): dQ/dT = Qout – Qin + Qreaksi = 107659,0002 – 107694,4183+ (-109665,3803) = -109700,7985 kJ/jam Maka, massa air pendingin yang diperlukan: Air Pendingin masuk (25oC) ; H1 = 104,8 kJ/kg Air Pendingin keluar (38oC) ; H2 = 159,1 kJ/kg m
=
dQ / dt H 2 H1
m
=
(109700,7985) 54,3
m
= 2020,2725 kg/jam
(Smith dkk, 2005)
LB.4 Heater (E-201) Saturated Steam 230oC, 27,61 atm
Metanol 2-Feniletanol NaOH o 40 C, 1 atm
14
15
Metanol 2-Feniletanol NaOH 83,78oC, 1 atm
Kondensat 230oC, 27,61 atm
Universitas Sumatera Utara
LB.4.1 Panas Masuk Tabel LB.12 Perhitungan Panas Masuk Heater (E-201) N14i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol NaOH
313,15
313,15
Cp dT
14
Qi = N
i
298,15
(kmol/jam) 83,9596 1,1784 0,0009
Cp dT
.
298,15
(kJ/mol) 1233,1418 707,55 3414 Qin =
(kJ/jam) 103534,0433 0,6512 4023,1827 107557,8773
LB.4.2 Panas Keluar Tabel LB.13 Perhitungan Panas Keluar Heater (E-201) 337,85
Cp dT
15
N
i
Komponen (i) (kmol/jam) 83,9596 1,1784 0,0009
Metanol 2-Feniletanol NaOH
∆Hvl
298,15
(kJ/mol) 3369,9298
(kJ/mol) 33,7726
356, 9291
356, 9291
337,85
298,15
Cpv dT
(kJ/mol) 905,6462
Cp dT
(kJ/mol) 2772,6191 13378,123 Qout =
Qi
(kJ/jam) 361811,0127 15765,2706 2,5519 377578,8352
Panas yang dibutuhkan (dQ/dT): dQ/dT = Qout – Qin = 377578,8352 – 107557,8773 = 270020,9579 kJ/jam Massa steam yang diperlukan: Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu
: 230 oC
Tekanan
: 27,61 atm
λ (230oC)
: 1811,7 kJ/kg
m
=
dQ / dt (230 0 C )
=
270020,9579 1811,7
= 149,0429 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.5 Tray Distillation Tower 16
E-202 18
Metanol 2-Feniletanol NaOH 83,78oC, 1 atm
15
Metanol 2-Feniletanol 69,14oC, 1 atm
19
TD-201 22
E-203
21
Metanol 2-Feniletanol 215,4757oC, 1 atm
23
Panas yang dibawa input feed (Qf) pada T = 83,78oC (356,9291 K) 337,85
CpdT + ∆Hvl
Q15= N15metanol (
356, 9291
356, 9291
337,85
298,15
15 CpvdT ) + N 2-Feniletanol
+
298,15
CpdT
Tabel LB.14 Neraca Panas pada Alur 15 337,85
15
N
i
356, 9291
356, 9291
337,85
298,15
Cpv dT
∆Hvl
298,15
Komponen (i)
Metanol 2-Feniletanol NaOH
Cp dT
(kmol/jam) 83,9596 1,1784 0,0009
(kJ/mol) 3369,9298
(kJ/mol) 33,7726
Cp dT
(kJ/mol) 905,6462
(kJ/mol) 2772,6191 13378,123 Qtotal =
Qi
(kJ/jam) 361811,0127 15765,2706 2,5519 377578,8352
Panas Refluks keluar kondensor (QLo) pada T = 69,14oC (342,29K) Q18= N18metanol
342, 29
342, 29
298,15
298,15
18 CpldT + N 2-Feniletanol
CpdT
Tabel LB.15 Neraca Panas Pada Alur 18 N18i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol
337,8997
Cp dT
Qi
298,15
(kmol/jam) (kJ/mol) (kJ/jam) 17,7668 3771,8017 67012,7144 0,0089 10046,2640 89,2895 Qtotal = 67102,0038
Universitas Sumatera Utara
Panas destilat keluar kondensor (QD) pada T = 69,14oC (342,29K) Q19= N18metanol
342, 29
342, 29
298,15
298,15
19 CpldT + N 2-Feniletanol
CpdT
Tabel LB.16 Neraca Panas Pada Alur 19 N19i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol
337,8997
Cp dT
Qi
298,15
(kmol/jam) (kJ/mol) (kJ/jam) 83,9590 3771,8017 316676,6607 0,042 10046,2640 412,9481 Qtotal = 317098,6088
Panas yang dibawa uap masuk kondensor (Qv) pada T = 69,14oC (342,29K) Q16
= N16metanol x Hv + N162-Feniletanol x Hv Tabel LB.17 Neraca Panas Pada Alur 20 N20i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol
Qi
Hv
(kmol/jam) (kJ/mol) (kJ/jam) 101,7258 33772,6444 3435547,7682 0,0509 36189,3420 1841,6149 Qtotal = 3437389,3830
Panas hasil bawah (Qw) pada T = 215,4757oC (488,6257 K) 489, 6949
489, 6949
489, 6949
298,15
298,15
298,15
23 CpldT + N 2-Feniletanol
Q23= N23metanol
23 CpdT + + N NaOH
CpdT
Tabel LB.18 Neraca Panas Pada Alur 23 N19i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol NaOH
489, 6949
Cp dT
Qi
298,15
(kmol/jam) (kJ/mol) (kJ/jam) 0,0006 25183,4183 14,3168 1,1364 43352,2695 49267,0867 0,0009 8984,7288 8,2696 Qtotal = 49289,6731
LB.5.1 Kondensor (E-202) Qinput = Qoutput
Universitas Sumatera Utara
Qv
= QLo + QD + QC
QC
= 3437389,3830 - 67102,0038 - 317098,6088 = 3053188,704 kJ/jam
Maka, massa air pendingin yang diperlukan: Air Pendingin masuk (25oC) ; H1 = 104,8 kJ/kg Air Pendingin keluar (38oC) ; H2 = 159,1 kJ/kg m
=
Qc H 2 H1
m
=
3053188,704 54,3
m
= 56228,1542 kg/jam
(Smith dkk, 2005)
LB.5.2 Reboiler (E-203) Qinput
= Qoutput
QF + QR
= QD + QW + QC
QR
= 317098,6088 + 49289,6731+ 3053188,704 - 377578,8352 = 3041998,2171 kJ/jam
Massa steam yang diperlukan: Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu
: 230 oC
Tekanan
: 27,61 atm
λ (230oC)
: 1811,7 kJ/kg
m
=
QR (230 0 C )
=
3041998,2171 1811,7
= 1679,085 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.6 Cooler (E-204) Air 25oC
Metanol 2-Feniletanol 19 69,14oC, 1 atm
20
Metanol 2-Feniletanol 30oC, 1 atm
Air 40oC
LB.6.1 Panas Masuk Tabel LB.19 Perhitungan Panas Masuk Cooler (E-204) N19i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol
337,8997
Cp dT
337,8997
Qi = N19i .
298,15
(kmol/jam) 83,9590 0,042
(kJ/mol) 3771,8017 10046,2640 Qin =
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 316676,6607 412,9481 317098,6088
LB.6.2 Panas Keluar Tabel LB.20 Perhitungan Panas Keluar Cooler (E-204) N20i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol
303,15
Cp dT
298,15
(kmol/jam) 83,9590 0,042
(kJ/mol) 1233,1418 1138 Qout =
303,15
Qi = N20i .
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 103533,3423 47,7966 103581,1388
Panas yang dibutuhkan (dQ/dT): dQ/dT = Qout – Qin = 103581,1388 – 317098,6088 = -213517,47 kJ/jam Maka, massa air pendingin yang diperlukan: Air Pendingin masuk (25oC) ; H1 = 104,8 kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
Air Pendingin keluar (38oC) ; H2 = 159,1 kJ/kg m
=
dQ / dt H 2 H1
m
=
(213517,47) 54,3
m
= 3932,1818 kg/jam
(Smith dkk, 2005)
LB.7 Cooler (E-205) Air 25oC
Metanol 2-Feniletanol 23 NaOH 215,4757oC, 1 atm
24
Metanol 2-Feniletanol NaOH 30oC, 1 atm
Air 40oC
LB.7.1 Panas Masuk Tabel LB.21 Perhitungan Panas Masuk Cooler (E-205) N23i Komponen (i) Metanol 2-Feniletanol NaOH
489, 6949
Cp dT
489, 6949
23
Qi = N
i
.
298,15
(kmol/jam) 0,0006 1,1364 0,0009
Cp dT
298,15
(kJ/mol) 25183,4183 43352,2695 8984,7288 Qin =
(kJ/jam) 14,3168 49267,0867 8,2696 49289,6731
LB.7.2 Panas Keluar Tabel LB.22 Perhitungan Panas Keluar Cooler (E-205) N24i Komponen (i) Metanol
303,15
Cp dT
298,15
(kmol/jam) 0,0006
(kJ/mol) 406,5336
303,15
24
Qi = N
i
.
Cp dT
298,15
(kJ/jam) 0,2311
Universitas Sumatera Utara
2-Feniletanol NaOH
1,1364 0,0009
1138 235,85 Qout =
268,0285 1,0474 269,3070
Panas yang dibutuhkan (dQ/dT): dQ/dT = Qout – Qin = 269,3070 – 49289,6731 = -49020,3661 kJ/jam
Maka, massa air pendingin yang diperlukan: Air Pendingin masuk (25oC) ; H1 = 104,8 kJ/kg Air Pendingin keluar (38oC) ; H2 = 159,1 kJ/kg m
=
dQ / dt H 2 H1
m
=
(49020,3661 ) 54,3
m
= 902,7692 kg/jam
(Smith dkk, 2005)
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIK ALAT
LC.1 Tangki Penyimpanan Hidrogen (H2) (TT-101) Fungsi
: Menyimpan hidrogen untuk kebutuhan 10 hari
Bahan Konstruksi
: Low-Alloy Steel SA202, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup spherical
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T = 30oC
Tekanan,
P = 30 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 10 hari
Laju alir massa,
F = 2,3765 kg/jam
ρ hidrogen,
ρ = 2,3713 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Hidrogen =
2,3765 kg / jam 10 hari 24 jam / hari = 240,6203 m3 3 2,3713 kg / m
V Hidrogen = 63564,6727 gal Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, 1988). Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 240,6203 = 288,7444 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Universitas Sumatera Utara
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) spherical Vh =
1 D 3 6
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 288,7444 =
5 D 3 + D 3 3 16
288,7444 =
31 3 D 48
Maka diameter tangki, D = 5,2202 m = 205,5204 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 6,5253 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 1,3051 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 9,1354 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 3.039,75 kPa
Pdesain
= 1,2 × 3.039,75 kPa = 3.647,7 kPa
Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 146170 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
3647,7 205,5204 10 (1 / 80) 2 146170 0,85 1,2 3647,7
(Peters, dkk., 2004)
t = 3,196 in tebal shell standar yang digunakan = 3¼ in. Tebal tutup tangki bawah dan atas : t=
P D nC 2SE 0,4 P
t=
3647,7 205,5204 10 (1 / 80) 2 146170 0,85 0,4 3647,7
(Peters, dkk., 2004)
t = 3,1598 in tebal shell standar yang digunakan = 3¼ in.
LC.2 Tangki Penyimpanan Metanol (CH3OH) (TT-102) Fungsi
: Menyimpan hidrogen untuk kebutuhan 60 hari
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T = 30oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 60 hari
Laju alir massa,
F = 1,8864 kg/jam
ρ metanol,
ρ = 784,7798 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki
Universitas Sumatera Utara
V Metanol =
1,8864 kg / jam 60 hari 24 jam / hari = 3,4614 m3 784,7798kg / m 3
V Metanol = 914,3955 gal Untuk tangki dengan volume lebih kecil daripada 1000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, 1988). Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 3,4614 = 4,1537 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 4,1537 =
5 3 D 3 + D 16 12
4,1537 =
19 3 D 48
Maka diameter tangki, D = 1,4946 m = 58,8433 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 1,8683 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,3737 m D
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 2,6156 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
3,4614 m 3 Tinggi cairan dalam tangki, h = 2,6156 m 2,1797 m 4,1537 m 3 Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 784,7798 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,1797 m = 16,7634 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 16,7634 kPa = 118,0884 kPa P desain = 1,2 × 118,0884 = 141,7061 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
141,7061 58,8433 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 141,7061
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1631 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
(Peters, dkk., 2004)
Universitas Sumatera Utara
t=
141,7061 58,8433 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 141,7061
t = 0,1631 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 58,8433 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1577 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. LC.3 Tangki Penyimpanan Stirena Oksida (C8H8O) (TT-103) Fungsi
: Menyimpan stirena oksida untuk kebutuhan 30 hari
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 141,5894 kg/jam
ρ stirena oksida,
ρ = 1019,4837 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Stirena oksida =
141,5894 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 99,9961 m3 3 1019,4837 kg / m
V Stirena oksida = 26415,9636 gal
Universitas Sumatera Utara
Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, 1988). Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 99,9961 = 119,9953 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 119,9953 =
5 3 D 3 + D 16 12
119,9953 =
19 3 D 48
Maka diameter tangki, D = 4,5861 m = 180,5543 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 5,7326 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 1,1465 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 8,0257 m
Universitas Sumatera Utara
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
99,9961 m 3 8,0257 m 6,688 m 119,9953 m 3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1019,4837 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 6,688 m = 66,8199 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 66,8199 kPa = 168,1449 kPa P desain = 1,2 × 168,1449 = 201,7738 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
201,7738 180,5543 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 201,7738
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,2914 in tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
201,9968 180,5543 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 201,9968
(Peters, dkk., 2004)
Universitas Sumatera Utara
t = 0,2913 in tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 180,5543 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,2252 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
LC.4 Tangki Penyimpanan 2-Feniletanol (C8H10O) (TT-201) Fungsi
: Menyimpan stirena oksida untuk kebutuhan 30 hari
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T = 30oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 138,8889 kg/jam
ρ 2-feniletanol,
ρ = 1003,2031 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Stirena oksida =
138,8889 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 99,6807 m3 1003,2031 kg / m 3
V Stirena oksida = 26332,6526 gal Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, 1988). Faktor kelonggaran = 20%
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = 1,2 × 99,6807 = 119,6168 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
D2Hh
6
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 119,6168 =
5 3 D 3 + D 16 12
119,6168 =
19 3 D 48
Maka diameter tangki, D = 4,5813 m = 180,3643 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D
D 5,7266 m
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 1,1453 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 8,0172 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Universitas Sumatera Utara
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
99,6807m 3 Tinggi cairan dalam tangki, h = 8,0172 m 6,6810 m 119,6168 m 3 Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1003,2031 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 6,681 m = 65,6836 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 65,6836 kPa = 167,0086 kPa P desain = 1,2 × 167,0086 = 200,4103 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
200,4103 180,3643 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 200,4103
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,2901 in tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
200,4103 180,3643 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 200,4103
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,29 in tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in.
Universitas Sumatera Utara
Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 180,3643 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,2251 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
LC. 5 Gudang Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) dan Katalis Pd/C 1% Fungsi
: Menyimpan natrium hidroksida dan katalis Pd/C 1% dalam kemasan plastik selama 150 hari
Bahan Konstruksi
: Dinding dari beton dan atap dari seng
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Natrium Hidroksida Temperatur,
T = 30oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 150 hari
Laju alir massa,
F = 0,0368 kg/jam
ρ natrium hidroksia,
ρ = 2130 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Kapasitas gudang = 0,0368 kg/jam × 24 jam/hari × 150 hari = 132,5277 kg. Natrium hidroksida dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 10 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan =
132,5277kg 13,2528 goni 10kg / goni
Asumsi: Tebal 1 goni : 10 cm Lebar 1 goni : 25 cm Panjang 1 goni: 40 cm Volume 1 goni = panjang x lebar x tebal = 0,4 x 0,25 x 0,1 = 0,01 m3/ goni Volume tempat goni yang dibutuhkan = 13,2528 goni x 0,01 m3/ goni = 0,1325 m3
Universitas Sumatera Utara
Katalis Pd/C 1% Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 150 hari
Laju alir massa,
F = 1,2743 kg/jam
ρ katalis Pd/C 1%,
ρ = 2016,813 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Kapasitas gudang = 1,2743 kg/jam × 24 jam/hari × 150 hari = 4587,497 kg. Katalis Pd/C 1% dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 50 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan =
4587,497kg 91,7499 goni 50kg / goni
Tinggi gudang: Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 15 buah Faktor kelonggaran = 50% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,5 × 15 cm × 15 = 3,375 m = 3,5 m. Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 3 goni × 2goni Dimana panjang 1 goni = 60 cm Faktor kelonggaran = 30% Untuk jalan dalam gudang = 30% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,6 × 60 cm × 3 = 2,88 m = 3 m. Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 30 % Dimana lebar 1 goni 45 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 45 cm × 20 = 1,17 m = 1,5 m
LC.6
Vertical Knockout Drum (FG-201)
Fungsi
: Memisahkan fasa gas hidrogen dari produk keluaran reaktor
Jenis
: Vertical knockout drum
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Data Perhitungan : Temperatur
= 40 oC
Tekanan
= 19 atm
Lama Hold-up
= 20 menit
Kondisi umpan gas masuk Knock Out Drum Laju alir massa H2 = 0,4751 kg/jam = 1,0474 lbm/jam Densitas H2
= 0,041 kg/m3
Tabel LC.1 Kondisi umpan cair masuk Knock Out Drum Laju
%
Densitas
ρ
massa
Berat
(kg/m3)
campuran
(kg/jam)
(x)
CH3OH
2690,1986
0,94919
774,9601
735,5855
C8H10O
143,8649
0,05080
993,7333
50,4773
NaOH
0,0368
0,00001
2130
0,0213
Total
2834,2003
1
Komponen
Laju alir massa cairan
Densitas gas
= 2834,2003
(ρ . x)
786,0905
kg 2,2046 lbm lbm x 6248,3748 jam 1 kg jam
kg 2,2046 lbm 0,028317 m 3 lbm x 0,0026 3 = 0,4751 3 x 3 1 kg m 1ft ft
Densitas cairan = 786,0905
kg 2,2046 lbm 0,028317 m 3 lbm x x 49,0745 3 3 3 1 kg m 1ft ft
Laju alir volumetri gas (Qg) =
F 0,4751 409,6498 ft 3 /jam ρ 0,0026
= 6,8275 ft3/min = 0,1138 ft3/s Laju alir volumetri cairan (Ql) =
F 2834,2003 127,3241 ft 3 /jam ρ 49,0745
= 2,1221 ft3/min = 0,0354 ft3/s
Universitas Sumatera Utara
Vertical knockout drum yang digunakan mempunyai efisiensi sangat tinggi sehingga nilai k = 0,25 (Walas, 1988).
uk
49,0745 1 g 1 0,25 0,0026 = 34,634 ft/s
Diameter wire mesh yg dibutuhkan = Q g u 4 =
0,1138 34,634 4
= 1,7597 ft Diameter rancangan untuk vertical knockout drum adalah 2,75 ft = 33,003 in Ruang untuk uap minimum 4,5 ft. Kedalaman cairan:Untuk hold-up 20 menit
H cairan
=
Ql .waktu hold up / 4D 2 2,1221 ft 3 menit .20 menit π/4 7,5625 ft 2
= 7,1427 ft Htotal = Hcairan + Hgas = 7,1427 ft + 4,5 ft = 11,6427 ft H/D = 11,6427 ft/2,75 ft = 4,2337 (H/D 3-5, memenuhi) D = 2,75 ft = 0,8382 m Tinggi knock out drum = 11,6427 ft + 2 x 0,6875 = 13,0176 ft
Poperasi = 19 atm = 1925,175 kPa Pdesign = 1,2 x Poperasi = 1,2 x 101,325 kPa = 121,59 kPa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h = 7,1427 ft = 2,1771 m
Universitas Sumatera Utara
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 768,0905 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,1771 m = 16,7717 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 1925,175 kPa + 16,7717 kPa = 1941,9467 kPa P desain = 1,2 × 1941,9467 = 2330,3361 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
2330,3361 33,0003 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 2330,3361
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,4805 in tebal shell standar yang digunakan = ½ in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,4 P
t=
2330,3361 33,0003 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,4 2330,3361
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,4774 in tebal shell standar yang digunakan = ½ in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,4 P
t=
2310,21 33,0003 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,4 2310,21
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,4744 in tebal shell standar yang digunakan = ½ in.
Universitas Sumatera Utara
LC.7 Mixer I (M-101) Fungsi
: Tempat pencampuran umpan cair berupa stirena oksida, metanol, dan natrium hidroksida
Tipe
: Tangki Berpengaduk
Bentuk
: Silinder vertikal dengan tutup dan alas ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
1. Volume Tang ki Tabel LC.2 Komposisi Umpan Masuk ke Mixer Umpan Masuk (M-101) Komponen
Laju alir (kg/jam)
ρ (kg/m3)
V (m3/jam)
Metanol
2.690,199
784,7798
3,42797
Stirena Oksida
141,5894
1019,4837
0,13888
NaOH
0,0368
2130
0,00002
Total
4.746,2922
796,5323
3,5669
Tangki dirancang dengan space time (τ), τ = 1 jam
V Vo
V Vo
V = 1 jam × 3,5669 m3/jam = 3,5669 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 3,5669 = 4,2802 m3
2. Diameter (Di) dan Tinggi Reaktor (HR) Asumsi
Hs : Di = 1 : 1 Hh : Di = 1 : 4
Volume tangki (VR) = volume tutup dan alas + volume silinder 4,2802 m
3
Di 3 Di 2 = 2 4 H s 24
Universitas Sumatera Utara
4,2802 m
3
4,2802 m3 Di
Di 3 Di 2 = 2 4 Di 24 = 1,0476 Di3 = 1,5987 m = 62,9391 in
Tinggi silinder (Hs)
= 1,5987 m
Tinggi tutup (h)
= 0,3997 m
Tinggi tangki (H)
= Hs + 2h = 2,398 m
3. Tebal silinder (ts) dan tebal head (th) Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
3,5669m 3 Tinggi cairan dalam tangki, h = 2,398 m 1,9983 m 4,2802 m 3 Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 796,5323 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,9983 m = 15,5989 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 15,5989 kPa = 116,9239 kPa P desain = 1,2 × 116,9239 = 140,3087 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
(Peters, dkk., 2004)
Universitas Sumatera Utara
t=
140,3087 62,9391 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 140,3087
t = 0,1653 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
140,3087 62,9391 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 140,3087
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1653 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 62,9391 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1599 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. 4. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun enam bilah datar
Jumlah baffle
: 4 buah
(Badger ,dkk., 1950)
Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ;
1/3 × 1,5987 = 0,5329 m
E/Da
=1
;
0,5329 m
L/Da
=¼
;
¼ × 0,5329
= 0,1332 m
W/Da = 1/5 ;
1/5 × 0,5329 = 0,1066 m
J/Di
1/12 × 1,5987 = 0,1332 m
= 1/12 ;
Dimana : Da
= diameter impeller
Di
= diameter tangki
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
Universitas Sumatera Utara
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Tabel LC.3 Viskositas bahan mixer umpan cair (M-101) Komponen
Laju alir (kg/jam) N (kmol)
Xi
μ (cP)
ln μ
Xi ln μ
Metanol
2690,1986
83,9596
0,98615
0,55
-0,5978 -0,589556
Stirena Oksida
141,5894
1,1784
0,01384
0,39
-0,9416 -0,013033
0,0368
0,0001
0,00001
1,1
2831,8248
85,1389
1
Natrium Hidroksida Total
0,093
0,00001 -0,602588
Viskositas campuran dapat dihitung dengan persamaan Heric-Brewer (Green & Perry, 2008) ln μ = Σ Xi ln μ ln μ = -0,602588 μ = exp (-0,602588) μ = 0,5474 cP Kecepatan pengadukan, N = 0,3 putaran / detik Bilangan Reynold (NRe) =
N Di 2 123963,1
Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 1, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 5. Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5 Daya pengaduk = 5 × 796,5323 × 0,33 × (0,5329)5 = 4,6207 hp. = 5,7758 hp (efisiensi 80%)
LC.8 Reaktor Hidrogenasi (R-101) Fungsi
: Tempat terjadinya reaksi hidrogenasi stirena oksida membentuk 2-feniletanol
Tipe
: Shell-Tube Fixed Bed Reactor
Bentuk
: Silinder vertikal dengan tutup dan alas ellipsoidal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
1. Volume reaktor Tabel LC.4 Komposisi bahan masuk ke Reaktor Hidrogenasi (R-101) Komponen
Laju alir (kg/jam)
ρ (kg/m3)
Vcampuran (m3/jam)
Metanol
2690,1986
774,9601
3,47140
Stirena Oksida
141,5894
1010,9135
0,14006
0,0368
2130
0,00002
Hidrogen
2,8506
1,5312
1,86167
Total
2834,6754
785,9856
5,47315
Natrium Hidroksida
Tabel LC.5 Komposisi bahan keluar ke Reaktor Hidrogenasi (R-101) Komponen
Laju alir (kg/jam)
ρ (kg/m3)
Vcampuran (m3/jam)
Metanol
2690,1986
774,9601
3,47140
0,0368
2130
0,00002
Hidrogen
2,8506
1,5312
1,86167
2-Feniletanol
143,9649
993,7333
0,14487
Total
2834,6754
785,9590
5,47796
Natrium Hidroksida
Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ) karena perubahan jumlah mol selama reaksi, yaitu : ρ Campuran masuk = 785,9856 kg/m3 ρ Campuran keluar = 785,9590 kg/m3 perubahan densitas sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Maka harga faktor volume (ε) yaitu ε = 0. Reaktor dirancang dengan space time (τ), τ = 2 jam
V Vo
V Vo
Universitas Sumatera Utara
V = 2 jam × 5,47315 m3/jam = 10,9463 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 10,9463 = 13,1356 m3
2. Diameter dan tinggi shell Volume reaktor, Vt = 10,0871 m3 Direncanakan, Hs : Di = 3 : 1 Hh : Di = 1 : 4 Ada 7 tube Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2 Hs Vs = ¾ π D3 Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh =
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 13,1356 =
10 3 D 12
Maka diameter tangki,
D = 1,7117 m
tinggi shell tangki,
H Hs = s D 5,1352 m D
tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,42793 m D
tinggi tangki
Ht = Hs + 2 Hh = 5,9911 m
Vs = ¾ π D3 = 11,8220 m3 = 11,8220 m3/7 = 1,6889 m3/ tube Diameter tube = V tube x 4 / π . Hs = 0,6470 m = 25,4713 in 3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 2026,5 kPa
Universitas Sumatera Utara
Pdesain
= 1,2 × 2026,5 kPa = 2431,8 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
10,9463 m 3 Tinggi cairan dalam tangki, h = 5,9911 m 2,8237 m 13,1356 m 3 Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 785,9856 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,837 m = 21,7502 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 2026,5 kPa + 21,7502 kPa = 2048,2502 kPa P desain = 1,2 × 2048,2502 = 2457,9003 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tube : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
2457,9003 25,4713 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 2457,9003
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,4146 in tebal shell standar yang digunakan = ½ in. Luas tube = π/4 x (Diameter tube + 2 x tebal shell tube) = π/4 x (25,47133 + 2 x 0,5) = 2752,8711 in2 Asumsi jarak tiap tube = 2 in Diameter Reaktor = 3 x (Diameter tube + 2 x tebal shell tube) + 4 x jarak tiap tube = 3 x 26,4713 + 4 x 2 = 87,414 in = 2,2203 m Tinggi Reaktor
= 5,9911 m
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell reaktor : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
2457,9003 87,414 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 2457,9003
(Peters, dkk., 2004)
t = 1,1073 in tebal shell standar yang digunakan = 1¼ in. Tebal tutup reaktor bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
2457,9003 87,414 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 2457,9003
(Peters, dkk., 2004)
t = 1,0972 in tebal shell standar yang digunakan = 1¼ in. Tebal tutup reaktor atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
2431,8 87,414 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 2431,8
(Peters, dkk., 2004)
t = 1,0972 in tebal shell standar yang digunakan = 1¼ in.
Air Pendingin: Jumlah air pendingin = 2618,157 kg/jam ρ air pendingin = 998 kg/m3 V air pendingin =
2618,157 2,6234 m3/jam 998
Luas yang dilalui air pendingin (A) A = A reaktor – A tube = ¼ π D2 – 7 x ¼ π (Diameter tube + 2 x tebal shell tube) 2 = ¼ π 87,4142 – 7 x ¼ π 26,47132 = 6003,8006 – 3854,0195 = 2149,7811 in2 = 1,3880 m2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan superficial air pendingin (v) v=
Vair pendingin A
2,6324 1,8915 m/jam 1,3880
LC.9 Tangki Akumulator (ACC-201) Fungsi
: Menyimpan destilat dari kolom destilasi (TD-201)
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T = 69,14oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 45 menit
Laju alir massa,
F = 3265,6728 kg/jam
ρ metanol,
ρ = 744,8493 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Metanol =
3265,6728 kg / jam 45menit 1 / 60 jam / menit = 3,2883 m3 744,8493 kg / m 3
V Metanol = 868,6584 gal Untuk tangki dengan volume lebih kecil daripada 1000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, 1988). Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 3,2883 = 3,9459 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Universitas Sumatera Utara
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
D2Hh
6
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 3,9459 =
5 3 D 3 + D 16 12
3,9459 =
19 3 D 48
Maka diameter tangki, D = 1,4693 m = 57,8454 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 1,8366 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,3673 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 2,5712 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
3,2883 m 3 2,5712 m 2,1427 m 3,9459 m 3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 744,8493 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,1427 m = 15,6406 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 15,6406 kPa = 116,9656 kPa P desain = 1,2 × 116,9656 = 140,3588 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
140,3588 57,8454 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 140,3588
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,621 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
140,3588 57,8454 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 140,3588
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1621 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,59 57,8454 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1571 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in.
Universitas Sumatera Utara
LC.10 Tray Distillation Tower (TD-201) Fungsi
: Memisahkan metanol dari campuran produk
Jenis
: Sieve – tray
Bentuk
: Silinder vertikal dengan tutup alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
-
Jumlah tahap teoritis
:8
-
Slope garis operasi bawah
: 1,00723
-
Slope garis operasi atas
: 0,18732
-
Rasio refluks
: 0,2116
-
Laju umpan (feed)
: 85,138 kmol/jam
-
Produk atas, D
: 84,001 kmol/jam
-
Laju alir uap , V
: D (1 + R) = 84,001 (1 + 0,2116) = 101,7766 kmol/jam
-
Produk bawah, B
: 1,137 kmol/jam
-
Aliran uap di bawah feed, Vm
: 157,2089 kmol/jam
-
Aliran cairan dibawah feed, Lm
: 158,3459 kmol/jam
Sifat Fisik Asumsi : efisiensi kolom = 90% dan penurunan tekanan per plate = 100 mm air. Jumlah tahap sebenarnya =
8 1 = 7,77 = 8 tahap 0,9
Penurunan tekanan kolom : ΔPt
= 9,81 x 1000 x 10-3 x htx N = 9,81 x 1000 x 10-3 x 100 x 8 = 7848 Pa
dimana, ΔPt
: Total penurunan tekanan di dalam kolom (Pa)
ht
: total penurunan tekanan pada plat (mm cairan)
Universitas Sumatera Utara
N
: jumlah tahap sebenarnya
Tekanan pada puncak kolom = 1 atm = 101325 Pa Estimasi tekanan pada dasar kolom = 101325 Pa + 7848 = 109173 Pa = 1,09173 bar Untuk temperatur dasar 215,4757 0C, 2-feniletanol 99,95% ρv ρl
= 0,7970 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
= 797,4845 kg/m
3
(Green & Perry, 2008)
Tegangan permukaan, metode Sudgen σ=
𝑃𝑐ℎ (ρl− ρv) 4 𝑀
(Sinnott, 2005)
x 10-22
dimana, Pch
: Sudgen’s parachor
ρl
: densitas cairan (kg/m3)
ρv
: densitas uap jenuh (kg/m3)
M
: Berat molekul
Untuk 2-feniletanol, perhitungan Pch dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LC.6 Perhitungan Pch untuk 2-feniletanol Atom Rings 6 membered C H-C O H-O total
Jumlah
Kontribusi
Jumlah x kontribusi
1
6,1
6,1
2 4 1 1
4,8 17,1 20 11,3
9,6 68,4 20 11,3 115,4
115,4(797,4845− 0,797) 4
σ
=
σ
= 0,3208 x 10-3 N/m
122,166
x 10-12
Pada puncak kolom, temperatur 69,14 0C, metanol 99,95 % ρv
= 1,1873 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
ρl
= 744,8493 kg/m3
(Green & Perry, 2008)
Tegangan permukaan, metode Sudgen
(Sinnott, 2005)
Universitas Sumatera Utara
σ=
𝑃𝑐ℎ (ρl− ρv) 4 𝑀
x 10-22
dimana, Pch
: Sudgen’s parachor
ρl
: densitas cairan (kg/m3)
ρv
: densitas uap jenuh (kg/m3)
M
: Berat molekul
Untuk metanol, perhitungan Pch dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LC.7 Perhitungan Pch untuk metanol Atom
Jumlah
Kontribusi
C H-C O H-O total
1 3 1 1
4,8 17,1 20 11,3
87,4(744,8493− 1,1873) 4
σ
=
σ
= 16,9313 x 10-3 N/m
32,0416
Jumlah x kontribusi 4,8 51,3 20 11,3 87,4
x 10-12
Diameter Kolom Flv bottom
ρv
= Slope garis operasi bawah = 1,00723
ρl
0,797 797,4845
= 0,0318
Flv top
= Slope garis operasi atas = 0,1873
ρv ρl
1,1873 744,8493
= 0,0075
Dipakai plate spacing = 0,9 m
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 11.27 (Sinnott, 2005, hal. 568), diperoleh : base K1
= 0,15
top K1
= 0,12
Koreksi untuk tegangan permukaan : 0,2
σ 2−feniletanol
base K1
=
top K1
=
base uf
= Base K1
20 σ metanol
0,3208 0,2
x base K1=
20
0,2
x top K1
20
x 0,15
16,9313 0,2
=
20
= 0,0613
x 0,12
ρl 2−feniletanol −ρv 2−feniletanol
= 0,1161
= 0,0613
ρv 2−feniletanol
797,4845−0,797 0,797
= 1,9368 m/s top uf
ρl metanol −ρv metanol
= Top K1
ρv metanol
= 0,1161
744,8493−1,1873 1,1873
= 2,9048 m/s
Rancangan untuk 85% flooding pada laju alir maksimum : base uv
=
1,9368 x 0,85
=
1,6463 m/s
top uv
=
2,9048 x 0,85
=
2,4691 m/s
Laju alir volumetrik maksimum : base
=
top
=
𝑉𝑚 𝑥 𝑀 2−𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ρv air x 3600 𝑉 𝑥 𝑀 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ρv metanol x 3600
= =
157,2089 𝑥 122,166 0,797 x 3600 101,7766 𝑥 32,0416 1,1873 x 3600
= 6,6940 m3/s = 0,7630 m3/s
Luas netto yang diperlukan : bottom
=
top
=
𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 max 𝑏𝑎𝑠𝑒 base Uv 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 max 𝑡𝑜𝑝 top Uv
= =
6,6940 1,6463 0,7360 2,4691
= 4,0662 m2 = 0,3090 m2
Digunakan asumsi downcomer area = 12% total luas. Luas penampang kolom : base
= 4,0662 m2 / 0,88
=
4,6206 m2
top
= 0,3090 m2 / 0,88
=
0,3511 m2
Universitas Sumatera Utara
Diameter kolom : base
=
top
=
4,6206 x 4
= 2,4250 m
π 0,3511x 4
= 0,6685 m
π
Digunakan diameter puncak dan dasar yang sama yakni, Di = 2,4250 m. Di = 2,425 m = 95,4737 in Maka digunakan ID 98 in (2,4892 m) dengan asumsi ketebalan 1 in (OD = 99 in)
Pola Aliran Cairan Laju alir volumetrik maksimum cairan
= =
𝐿𝑚 𝑥 𝑀 2−𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ρl 2−feniletanol x 3600 158,3459 𝑥 122,166 797,4845 x 3600
= 0,001892 m3/s Dari Fig. 11.28 (Sinnott, 2005, hal. 569), digunakan single pass plate.
Rancangan Plate Diameter kolom, Dc
=
2,4892 m
Luas kolom, Ac
=
π/d x Dc2
=
π/d x 2,48922
=
4,8684 m2
Luas downcomer , Ad
=
12% x 48684
=
0,5842 m2
Luas netto, An
=
Ac - Ad
=
4,8684 - 0,5842
=
4,2842 m2
=
4,8684 – 2(0,5842)
=
3,7 m2
=
0,37 m2
=
0,12
Luas aktif, Aa
=
Ac - 2Ad
Luas hole, Ah diasumsikan 10% Ad/Ac
=
0,5842 / 4,8684
Dari Fig. 11.31 (Sinnot, 2005, hal. 573), untuk Ad/Ac = 0,12 diperoleh lw/Dc = 0,76. Panjang weir
=
lw/Dc x Dc = 0,76 x 2,4892
Weir height, hw
=
40 mm
Hole diameter, hd
=
6 mm
=
1,8918 m
Digunakan :
Universitas Sumatera Utara
Tebal plat, pt
=
3 mm
Mengecek Weeping Laju cairan maksimum
= = =
𝐿𝑚 𝑥 𝑀 2−𝑓𝑒𝑛𝑖𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 3600 158,3459 𝑥 122,166 3600
1,4093 kg/s
Laju cairan minimum pada turn-down 80% = 0,8 x 1,62147 kg/s = 1,1275 kg/s Maximum , how
Minimum , how
𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑐𝑎𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑥
=
750 𝑥
=
750 𝑥
=
25,0336 mm cairan
=
750 𝑥
=
750 𝑥
=
21,5733 mm cairan
2
3
ρl air x lw 2
1,4093
3
797,4845 x 1,8918
𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑐𝑎𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑖𝑛
2
3
ρl air x lw 2
1,1275
3
797,4845 x 1,8918
Pada laju minimum, hw + how = 50 + 21,5733 = 61,5733 mm Dari Fig. 11.30 (Sinnott, 2005, hal. 571), untuk , hw + how = 61,5733 mm, diperoleh K2 = 30,2. uh (minimum)
= = =
Kecepatan minimum aktual
= = =
𝐾2 𝑥 0,9 (25,4−ℎ𝑑) ρv 2−feniletanol
1
2
30,5 𝑥 0,9 (25,4−6) 0,797
1
2
14,2708 m/s 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑢𝑎𝑝 𝑚𝑖𝑛 Ah 0,8 𝑥 6,6940 0,37
14,4735 m/s
Jadi, laju operasi minimum (14,4735 m/s ) melebihi weep point 14,2708 m/s. Penurunan Tekanan Plat Penurunan tekanan plat kering Laju uap maksimum melalui hole :
Universitas Sumatera Utara
uh
=
6,694 0,024069
=
18,9018 m/s
Dri Fig. 11.34 (Sinnot, 2005, hal. 576), untuk perbandingan tebal plat : diameter hole = 1 dan Ah/Ap ≈ Ah/Aa = 0,1, maka diperoleh Co = 0,84.
hd
=
hr
=
51 x
𝑢ℎ 2 ρv 𝐶𝑜
= 51 x
ρl
1,25 𝑥 10^3 ρl
18,9018 2 0,84
1,25 𝑥 10^3
=
797,4845
0,797 797,4845
= 14,7105 mm cairan
= 15,6732 mm cairan
Total penurunan tekanan : ht = hd + (hw +how) + hr ht = 14,7105 + 61,5733 + 15,6732 ht = 91,9581 mm cairan 100 mm diasumsikan sebelumnya untuk menghitung tekanan dasar. Pengulangan perhitungan hanya akan mengubah sedikit sifat fisik sehingga hanya memberikan sedikit pengaruh terhadap rancangan plat. 91,9581 mm per plat dapat diterima.
Downcomer Liquid Back-up Kehilangan tekanan pada downcomer Diambil hap = hw – 5 = 40 – 5 = 35 mm Luas di bawah apron, Aap = hap x lw = 35x10-3 x 1,8918 = 0,0662 m2 Karena nilai Aap lebih kecil daripada Ad = 0,5842 m2, maka digunakan Aap berikut ini, hdc
=
166 x
Lwd
2
ρl x Am
= 166 x
1,4093 797,4845 x 0,0662
2
= 1,7957 ≈ 2 mm cairan
Back-up pada downcomer hb = (hw +how) + ht + hdc hb = 61,5733 + 91,9581 + 2 hb = 155,5315 mm = 0,1555 m ½ (plate spacing + hw) = ½ (400 + 50) = 452,5 mm = 0,452 m hb< ½ (plate spacing + hw) , dengan demikian spacing dapat diterima. Mengecek waktu tinggal :
Universitas Sumatera Utara
tr
=
tr
>
𝐴𝑑 𝑥 ℎ𝑏 𝑥 ρl laju cairan max
0,5842 𝑥 0,156 𝑥 797,4845
=
1,4093
= 51,4149 s
3 s, memenuhi persyaratan.
Mengecek entrainment uv
=
% flooding
=
Flv bottom
=
6,6940
=
4,2842 𝑢𝑣 base uf
=
1,5625 m/s 1,5625 1,9368
=
80,6741
0,0318
Dari Fig. 11.29 (Sinnott, 2005, hal. 570), diperoleh ψ = 0,09, di bawah 0,1. Karena % flooding di bawah asumsi rancangan sebesar 85%, diameter kolom dapat dikurangi, namun hal ini akan meningkatkan penurunan tekanan.
Trial Layout Digunakan konstruksi jenis cartriadge. Dipakai unperforated strip round plate edge sebesar 50 mm dan lebar calming zone 50 mm. Perforated Area Dari Fig. 11.32 (Sinnott, 2005, hal. 574), pada lw/Dc = 0,76, diperoleh θc = 990. Sudut yang ditempati tepi alat = 1800 – 990 = 810
Panjang rata-rata unperforated edge strip =(Dc - unperforated strip round plate edge) x π x sudut yang ditempati tepi alat/180 = (2,4892 – 50x10-3) x π x 81/180 = 3,4497 m Luas unperforated edge strip = unperforated strip round plate edge x panjang rata-rata unperforated edge strip = 50x10-3 3,4497 = 0,1725 m2 Panjang rata-rata calming zone
= lw + lebar unperforated strip = 1,8918 + 50x10-3 = 1,9418 m
Luas calming zone
= 2 x panjang rata-rata calming zone x lebar calming zone
Universitas Sumatera Utara
= 2 x 1,9418 x 50x10-3 = 0,1942 m2 Total luas untuk perforasi, Ap = Aa – A unperforated edge strip – A calming zone = 3,7 - 0,1725 – 0,1942 = 3,3333 m2 Ah/Ap
= 0,37/3,333 = 0,111
Dari Fig. 11.33 (Sinnott, 2005, hal. 575), diperoleh lp/dh = 2,8 (memenuhi batasan nilai antara 2,5-4). Jumlah Hole Dipakai ukuran hole = 5 mm Luas 1 hole = π/4 x hd2 Jumlah hole =
=
𝐴ℎ
=
Luas 1 hole
π/4 x (5x10-3)2 0,37 2,8286x10−5
= 2,8286x10-5
= 13080,74 ≈ 13080
40 mm
990
Lw = 0,4826 m
Dc = 0,635 m
40 mm
Gambar LC.1 Plate specification Spesifikasi Plat ID Plat
=
2,4892 m
=
Ukuran Hole
=
6 mm
Pitch hole
=
13 mm, triangular
Hole aktif
=
13080
Turn-down
=
80% laju maksimum
Bahan plat
=
stainless steel
Plate spacing
=
0,9 m
98 in
Universitas Sumatera Utara
Ketebalan plat
=
3 mm
ΔP plat
=
91,9582 mm cairan
=
0,8539 kPa
Spesifikasi Kolom Distilasi Tinggi kolom
=
7,2 m
Tinggi tutup
=
¼T
=
1,8 m
Tinggi total
=
7,2 + 2 (1,8)
=
10,8 m
Tekanan operasi
=
108,1562 kPa
Faktor kelonggaran
=
20 %
Maka, Pdesign
=
(1,2) x (108,1562 kPa) =
Allowable working stress ( S )
129,7874 kPa
=
88920 kPa
(Walas, 1988)
=
94458,212 kPa
Joint efficiency ( E )
=
0,85
(Peters, 2004)
Corossion allowance ( C )
=
1/8 in
(Perry, 2008)
Umur alat
=
10 tahun
Tebal shell tangki ts = ts =
𝑃𝑅 SE −0,6 P
+ n. C 122,2485 𝑘𝑃𝑎 (
94458,212 kPa
ts = 0,00556 m=
0,635 2
𝑚)
0,850 −(0,6)(122,2485 𝑘𝑃𝑎 )
+ 0,000508 (10)
0,21905 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in Dengan 12 in < Di> 36 in Di rancangan = 25 in (memenuhi batas Di) Tebal tutup tangki Tebal tutup tangki yang digunakan = tebal shell yang digunakan = ¼ in
LC.11 Heater I (E-101) Fungsi
: Menaikkan temperatur hidrogen sebelum masuk ke reaktor (R-101)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 3 2 in IPS, 16 ft, 3 hairpin
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Saturated steam Laju alir fluida masuk (W)
: 0,1863 kg/jam
= 0,4106 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 230 oC
= 446 oF
Temperatur keluar (T2)
: 230 oC
= 446 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 2,8506 kg/jam
= 6,2845 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 30 oC
= 86 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 104 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Fluida dingin : Hidrogen
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 337,4522 kJ/jam
= 319,8418 Btu/jam
(2) t = beda suhu sebenarnya Tabel LC.8 Data Suhu Heater I (E-101) Fluida panas (oF) T1 = 446
T2 = 446 T1 – T2 = 0 LMTD
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 104
t2 = 342
t1 = 86
t1 = 360
t2 – t1 = 18
t1 - t2 = 18
360 342 t1 t 2 = = 350,9231 F t1 ln( 360 / 342 ) ln( ) t 2
(3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc = tc =
T1 T2 446 446 o 446 F 2 2 t1 t 2 86 104 95 oF 2 2
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran, D2
Fluida dingin: pipa (4) ID =
3,068 0,25567 ft 12
2,3750 D 0,19792 ft 1 12
ap
2,067 0,17225 ft 12
D 2 4
0,02331 ft 2
Untuk 2 in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,622 ft2/ft Tabel 11 Kern, 1965) a
a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
0,02058 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 De D 1 0,13235 ft
(5’) Kecepatan massa Ga
W aa
(5) Kecepatan massa
Ga
0,4106 0,02058
(Kern, 1965)
19,9521
dengan menggunakan persamaan 7.2
lb m
Gp
w ap
Gp
6,2845 269,58042 0,02331
jam ft 2
lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 446 F = 0,0170 cP = 0,04114 lbm/(ft) (jam) (Fig. 15 Kern, 1965)
D G a Re a e μ
(6) Pada tc = 95F, diperoleh: = 0,0125 cP = 0,03025 lbm/(ft) (jam) (Fig.14 Kern, 1965)
Re p
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,17225 269,58042 1535,04885 0,03025
Universitas Sumatera Utara
0,13235 19,9521 0,04114 64,1876
Re a
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 2,9 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 95 F, c = 3,45456 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,00011 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Green & Perry, 2008) 1 1 c 3 3,45456 0,03025 3 9,84264 0,00011 k
1 k c 3 (9)hi = J H D k w
(9.’) ho untuk condensing steam = 1500 Btu/(jam)(ft2)(0F) (Kern, 1965, hal. 204)
Asumsi w
hi = 2,9
0 ,14
0 ,14
=1
0,00011 9,8426 1 0,17225
= 0,01816 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hi0 = hi
ID 2,067 0,01816 OD 2,375
= 0,01581 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(11)Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o 0,01581 1500 0,0158054Btu/jam.ft 2 .F h io h o 0,01581 1500
Universitas Sumatera Utara
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 0,0158054
UD = 0,015846 Btu/(jam)(ft2)(0F) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 319,8418 57,6685 ft2 U D t 0,015846 350,9231
Panjang yang diperlukan =
57,6685 92,7146 ft 0,622
Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 16 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 3 x 2 x 16 x 0,622 = 59,712 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 3 x 2 x 16 = 96 ft
(14) Luas permukaan baru UD =
Q 575,0737 0,01526 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 59,712 355,329
RD =
U C U D 0,0158054 0,01526 2,2451 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 0,0158054 0,01526
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 1535,04885 aliran laminar
dengan heat transfer De’
= (D2 – D1)
jadi menggunakan persamaan : f
(Kern, 1965 )
= (0,25567 – 0,19792) ft = 0,05775 ft
D G a Re a e μ
Re a
0,05775 19,95211 0,04114
16 Re
diperoleh : f = 0,01042 Pada tc = 90,5 F diperoleh ρ = 0,09829 lb/ft3
Universitas Sumatera Utara
Rea = 20,0076
(Green & Perry, 2008)
Dengan menggunakan persamaan 3.46 Kern, 1965, diperoleh :
f
16 Re
= 0,57127 (Kern, 1965) Dari tabel 7 (Kern, 1965) diperoleh volume spesific steam pada suhu 446 adalah 1,032 ft3/lb. Dengan demikian,
=
1 0,96899lbm / ft 3 v 2
4fG a L Fa = 0,00193 ft (2’) 2g 2 D e
(3’) V =
Ga 19,95211 fps 3600 3600 0,96899
= 0,09169 fps
V2 Fi 3 ' 2g 0,09169 2 3 2 32,2 Pa =
(2)
Fp =
4fGp 2 L 0,2091 ft 2g 2 D e
Pp =
0,291 0,09829 144
= 0,00014 psi Pp yang diperbolehkan < 2 psi.
0,00039 ft
Dengan demikian rancangan dapat diterima.
(0,00193 0,00039 ) 0,96899 psi 144
= 0,00002 psi Pa yang diperbolehkan < 2 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
LC.12 Heater II (E-102) Fungsi
: Menaikkan temperatur umpan cair sebelum masuk ke reaktor (R-101)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1¼ in IPS, 6 ft, 1 hairpin
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Saturated steam Laju alir fluida masuk (W)
: 39,6151 kg/jam
= 87.3369 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 230 oC
= 446 oF
Temperatur keluar (T2)
: 230 oC
= 446 oF
Fluida dingin : Campuran umpan cair Laju alir fluida masuk (w)
: 2834,6754 kg/jam
= 6249,4222 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 30 oC
= 86 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 104 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 71770,7514 kJ/jam = 68025,2795 Btu/jam (2) t = beda suhu sebenarnya Tabel LC.9 Data Suhu Heater II (E-102) Fluida panas (oF) T1 = 446
T2 = 446 T1 – T2 = 0 LMTD
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 104
t2 = 342
t1 = 86
t1 = 360
t2 – t1 = 18
t1 - t2 = 18
360 342 t1 t 2 = = 350,9231 F t1 ln( 360 / 342 ) ln( ) t 2
Universitas Sumatera Utara
(3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) T1 T2 446 446 o 446 F 2 2
Tc = tc =
t1 t 2 86 104 95 oF 2 2
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin: pipa (4) ID =
2,067 0,17225 ft 12
D2
1,66 D 0,13833 ft 1 12
ap
1,38 0,115 ft 12
D 2 4
0,01039 ft 2
Untuk 1¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft (Tabel 11 Kern, 1965) a
a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
0,00828 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 De D 1 0,07615 ft
(5’) Kecepatan massa
(5) Kecepatan massa
Ga
W aa
dengan menggunakan persamaan 7.2
Ga
87,3369 0,00828
Gp
w ap
Gp
6249,4222 601422,30934 0,01039
10552,1699
(Kern, 1965)
lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 446 F = 0,0170 cP = 0,04114 lbm/(ft) (jam)
lb m jam ft 2
(6) Pada tc = 95F, diperoleh: = 0,5018 cP = 1,2144 lbm/(ft) (jam) (Fig.14 Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
(Fig. 15 Kern, 1965)
Re a
D G e a μ
0,07615 10552,1699 0,04114 19351,78606
Re a
Re p
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,115 601422,3094 56952,28766 1,2144
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 110 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 95 F, c = 0,61 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,12188 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Kern, 1965) 1 1 c 3 0,61 1,2144 3 1,82499 k 0,12188
(9.’) ho untuk condensing steam = 1500 Btu/(jam)(ft2)(0F) (Kern, 1965, hal. 204)
0 ,14 1 k c 3 (9)hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 110
0 ,14
=1
0,12188 1,82499 1 0,115
= 212,75018 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hi0 = hi
ID 0,115 212,75018 OD 0,13833
= 176,86461 Btu/(jam)(ft2)(0F)
Universitas Sumatera Utara
(11)Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o 176,86461 1500 158,2101Btu/jam.ft 2 .F h io h o 176,86461 1500
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 158,2101
UD = 107,288 Btu/(jam)(ft2)(0F) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 68025,2795 1,80679 ft2 U D t 107,288 350,9231
Panjang yang diperlukan =
1,80679 4,15354 ft 0,435
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 6 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 1 x 2 x 6 x 0,435 = 5,22 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 1 x 2 x 6 = 12 ft
(14) Luas permukaan baru UD =
Q 68025,2795 37,13538 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 5,22 350,9231
RD =
U C U D 158,2101 37,13538 0,02061 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 158,2101 37,13538
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 56952,2877 aliran
De’
dengan heat transfer
turbulen jadi menggunakan persamaan
= (D2 – D1)
3.47b.
= (0,17225– 0,13833) ft = 0,03392 ft
Universitas Sumatera Utara
D G a Re a e μ
Re a
f = 0,0035 +
0,03392 10552,1699 0,04114
0,264 Re0,42 p
(Kern, 1965 ) diperoleh : f = 0,00616
Rea = 8699,42711
Dengan menggunakan persamaan 3.47b Pada tc = 95 F diperoleh ρ = 49,42301 lb/ft3 Kern, 1965, diperoleh : f = 0,0035 +
(Green & Perry, 2008)
0,264 Re0,42 a
f = 0,00935 (Kern, 1965) Dari tabel 7 (Kern, 1965) diperoleh volume spesific steam pada suhu 446 adalah 1,032 ft3/lb. Dengan demikian,
=
1 0,96899lbm / ft 3 v 2
(2’)
Fa =
4fG a L 1,87668 ft 2g 2 D e
(2) (3’) V =
Ga 10552,1699 fps 3600 3600 0,96899
Fp =
4fGp 2 L 0,45516 ft 2g 2 D e
Pp =
0,45516 49,42301 144
= 19,50058 fps
V2 Fi 1 ' 2g 19,5008 2 1 2 32,2 Pa =
= 0,15622 psi
5,90485 ft
(1,87668 5,90485 ) 0,96899 144
Pp yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
= 0,05236 psi Pa yang diperbolehkan < 2 psi.
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian rancangan dapat diterima.
LC.13 Heater III (E-201) Fungsi
: Menaikkan temperatur produk dari knock out drum (FG-201) sebelum masuk ke menara destilasi (TD-201)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 3 2 in IPS, 20 ft, 1 hairpin
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Saturated steam Laju alir fluida masuk (W)
: 149,0429 kg/jam
= 328,585 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 230 oC
= 446 oF
Temperatur keluar (T2)
: 230 oC
= 446 oF
Fluida dingin : Campuran metanol dan 2-feniletanol Laju alir fluida masuk (w)
: 2834,2003 kg/jam
= 6248,3748 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 40 oC
= 104 oF
Temperatur keluar (t2)
: 83,7791 oC
= 182,8024 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 270020,9579 kJ/jam = 255929,4807 Btu/jam (2) t = beda suhu sebenarnya Tabel LC.10 Data Suhu Heater III (E-201) o
Fluida panas ( F) T1 = 446
T2 = 446 T1 – T2 = 0
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 182,8024
t2 = 263,198
t1 = 104
t1 = 342
t2 – t1 = 78,9024
t1 - t2 =105,8024
Universitas Sumatera Utara
LMTD
=
342 263,198 t1 t 2 = = 300,8809 F t ln( 1 ) ln(342 / 263,198) t 2
(3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) T1 T2 446 446 o 446 F 2 2
Tc = tc =
t1 t 2 104 182,8024 143,4012 oF 2 2
Fluida panas : anulus
Fluida dingin: pipa
(4’) Luas aliran, D2
(4) ID =
3,068 0,25567 ft 12
2,3750 D 0,19792 ft 1 12
ap
2,067 0,17225 ft 12
D 2 4
0,02331 ft 2
Untuk 2 in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,622 ft2/ft (Tabel 11 Kern, 1965) a
a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
0,02058 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,13235 ft
De
(5’) Kecepatan massa
(5) Kecepatan massa
Ga
W aa
dengan menggunakan persamaan 7.2
Ga
328,585 0,02058
Gp
w ap
Gp
6248,3748 268030,3408 0,02331
51361,34797
(Kern, 1965)
lb m jam ft 2
lb m jam ft 2
Universitas Sumatera Utara
(6) Pada tc = 143,2012 F, diperoleh: (6’) Pada Tc = 446 F
= 0,4018 cP = 0,9723 lbm/(ft) (jam)
= 0,0170 cP
(Green & Perry, 2008)
= 0,04114 lbm/(ft) (jam) (Fig. 15 Kern, 1965)
Re a
D G e a μ
0,13235 22324,62438 0,04114 71820,19533
Re p
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,17225 268030,3408 47484,1631 0,9723
Re a
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 52 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 143,2012 F, c = 0,63 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,114 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965) 1 1 c 3 0,63 0,9723 3 1,7515 0,114 k
(9.’) ho untuk condensing steam = 1500 Btu/(jam)(ft2)(0F) (Kern, 1965, hal. 204)
0 ,14 1 k c 3 (9)hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 52
0 ,14
=1
0,114 1,7515 1 0,17225
= 60,2780 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965
Universitas Sumatera Utara
hi0 = hi
ID 2,067 60,2780 OD 2,375
= 52,4609 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(11)Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o 52,4609 1500 50,6882Btu/jam.ft 2 .F h io h o 52,4609 1500
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 50,6882
UD = 43,9977 Btu/(jam)(ft2)(0F) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 255929,4807 19,3329 ft2 U D t 43,9977 300,8809
Panjang yang diperlukan =
19,3329 29,2037 ft 0,662
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 1 x 2 x 20 x 0,662 = 26,48 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 1 x 2 x 20 = 40 ft
(14) Luas permukaan baru UD =
Q 255929,4807 32,1224 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 26,48 300,8809
RD =
U C U D 50,6882 32,1224 0,0114 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 50,6882 32,1224
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
Universitas Sumatera Utara
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda dengan heat transfer De’
(1) Untuk Rep = 47484,1621 aliran turbulen jadi menggunakan persamaan :
= (D2 – D1) = (0,25567 – 0,19792) ft = 0,0578 ft
D G a Re a e μ
f = 0,0035 +
0,264 Re0,42 p
(Kern, 1965 ) diperoleh : f = 0,0064
0,0578 15965,18633 Re a 0,04114
Pada tc = 129,9012 F diperoleh
Rea = 22411,0236
ρ = 47,68 lb/ft3
Dengan menggunakan persamaan 3.47b (Green & Perry, 2008) Kern, 1965, diperoleh : f = 0,0035 +
0,264 Re0,42 a
= 0,0074 (Kern, 1965) Dari tabel 7 (Kern, 1965) diperoleh volume spesific steam pada suhu 446 adalah 1,032 ft3/lb. Dengan demikian,
=
1 0,969lbm / ft 3 v 2
(2’)
Fa =
(3’) V =
4fG a L 6,6845 ft 2g 2 D e
Ga 15965,18633 fps 3600 3600 0,96899
= 73,3665 fps
V2 Fi 1 ' 2g 73,3665 2 1 2 32,2
(2)
Fp =
4fGp 2 L 0,2236 ft 2g 2 D e
Pp =
0,2236 47,68 144
= 0,074 psi Pp yang diperbolehkan < 10 psi.
83,5813 ft
Dengan demikian rancangan dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
Pa =
(6,6845 83,5813 ) 0,96899 psi 144
= 0,6074 psi Pa yang diperbolehkan < 2 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
LC.14 Cooler II (E-204) Fungsi
: Menurunkan temperatur produk yang keluar dari menara destilasi (TD-201) sebelum masuk ke mixing point (M-104)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 3 2 in IPS, 20 ft, 3 hairpin
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Metanol Laju alir fluida masuk (W)
: 2695,3114 kg/jam
= 5942,1756 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 69,14 oC
= 156,4520 oF
Temperatur keluar (T2)
: 30 oC
= 86 oF
: 3932,1818 kg/jam
= 8669,0222 lbm/jam
Fluida dingin : Air pendingin Laju alir fluida masuk (w)
o
Temperatur masuk (t1)
: 25 C
= 77 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 100,4 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 213517,47 kJ/jam
= 202374,718 Btu/jam
(2) t = beda suhu sebenarnya
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.11 Data Suhu Cooler I (E-204) o
Fluida panas ( F) T1 = 156,452
T2 = 86
Keterangan
=
Selisih (oF)
t2 = 100,4
t2 = 56,052
t1 = 77
t1 = 9
t2 – t1 = 23,4
t2 - t1 = 47,052
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah
T1 – T2 = 70,452 LMTD
Fluida dingin (oF)
Selisih
56,052 9 t 2 t1 = = 25,7248 F t ln( 2 ) ln(56,052 / 9) t1
(3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) T1 T2 156,452 86 o 121,226 F 2 2
Tc = tc =
t1 t 2 100,4 77 88,7 oF 2 2
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran, D2
Fluida dingin: pipa (4) ID =
3,068 0,25567 ft 12
2,3750 D 0,19792 ft 1 12
ap
2,067 0,17225 ft 12
D 2 4
0,02331 ft 2
Untuk 2 in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,622 ft2/ft (Tabel 11 Kern, 1965) a
a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
0,02058 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,13235 ft
De
(5’) Kecepatan massa Ga
W aa
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
Ga
5942,1756 0,02058
288716,599
Gp
w ap
Gp
8669,0222 371866,4545 0,02331
lb m jam ft 2
lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 121,226 F (6) Pada tc = 88,7 F, diperoleh:
= 0,4101 cP = 0,9924 lbm/(ft) (jam)
= 1 cP = 2,42 lbm/(ft) (jam)
(Green & Perry, 2008)
(Fig. 15 Kern, 1965)
D G a Re a e μ
Re p
0,13235 288718,599 0,9924 38504,9493
DG p μ
(Kern, 1965)
0,17225 371866,4545 26468,5937 2,42
Re a
Re p
(7’) Taksir JH dan diperoleh
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 280
JH = 125 (Fig. 24, Kern, 1965)
(Fig. 24, Kern, 1965)
(8’) Pada Tc = 121,226 F,
(8) Pada tc = 88,7 F,
c = 0,625 Btu/(lbm)( 0F)
c = 0,19 Btu/(lbm)( 0F)
k = 0,1142 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
k = 1 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965)
(Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965)
1 1 c 3 0,625 0,9924 3 0,1142 k
1 1 c 3 0,19 2,42 3 0,7718 1 k
= 1,7578 0 ,14 1 k c 3 (9’)ho = J H D k w
Asumsi w
ho = 125
0 ,14
=1
0,1153 1,7578 1 0,13235
1 k c 3 (9)hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 280
0 ,14
0 ,14
=1
1 0,7718 1 0,17225
Universitas Sumatera Utara
= 189,5825 Btu/(jam)(ft2)(0F)
= 1254,6477 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hi0 = hi
ID 2,067 1254,6477 OD 2,375
= 1091,9397 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(11) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o 1091,9397 189,5825 161,5365Btu/jam.ft 2 .F h io h o 1091,9397 189,5825
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 161,5365
UD = 108,8074 Btu/(jam)(ft2)(0F) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 202374,718 72,3014 ft2 U D t 108,8074 25,7248
Panjang yang diperlukan =
72,3014 116,2401 ft 0,662
Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 3 x 2 x 20 x 0,622 = 74,64 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 3 x 2 x 20 = 120 ft
(14) Luas permukaan baru UD =
Q 202374,718 105,3982 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 74,64 25,7248
RD =
U C U D 161,5365 105,3982 0,0033 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 161,5365 105,3982
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 50942,1882 aliran
dengan heat transfer De’ = (D2 – D1) = (0,25567 – 0,19792) ft = 0,05775 ft
D G a Re a e μ
Re a
turbulen jadi menggunakan persamaan : f = 0,0035 +
0,264 Re0,42 p
(Kern, 1965 ) diperoleh :
0,05775 288716,599 0,9924
Rea = 16801,2593
f = 2,7716 Pada tc = 88,7 F diperoleh ρ = 62,288 lb/ft3
Dengan menggunakan persamaan 3.47b (Geankoplis, 2003) Kern, 1965, diperoleh : f = 0,0035 +
0,264 Re0,42 a
= 0,0079 Pada Tc = 121,226 F diperoleh ρ = 47,804 lb/ft3 (Green & Perry, 2008) 2
(2’)
Fa =
4fG a L 2,8779 ft 2g 2 D e
(2) (3’) V =
Ga 288718,599 fps 3600 3600 47,804
Fp =
4fGp 2 L 0,8512 ft 2g 2 D e
Pp =
0,8512 62,288 144
= 1,176 fps
V2 Fi 3 ' 2g 1,176 2 0,0644 ft 3 2 32,2 (2,8779 0,0644) 47,804 Pa = psi 144
= 0,3682 psi Pp yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
= 0,9768 psi Pa yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
LC.15 Cooler III (E-205) Fungsi
: Menurunkan temperatur produk bottom yang keluar dari menara destilasi (TD-201) sebelum masuk ke tangki 2feniletanol (TT-201)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 3 2 in IPS, 20 ft, 2 hairpin
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : 2-Feniletanol : 138,8889 kg/jam
Laju alir fluida masuk (W)
o
= 306,1992 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 215,4757 C
= 419,8563 oF
Temperatur keluar (T2)
: 30 oC
= 86 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 902,7692 kg/jam
= 1990,2757 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 25 oC
= 77 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 100,4 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Fluida dingin : Air pendingin
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 49020,3661 kJ/jam = 46462,1596 Btu/jam (2) t = beda suhu sebenarnya Tabel LC.12 Data Suhu Cooler III (E-205) Fluida panas (oF) T1 = 419,8563
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 100,4
t2 = 319,456
Universitas Sumatera Utara
T2 = 86
Temperatur yang
T1 – T2 = 333,8563
LMTD
=
t1 = 9
t1 = 77
lebih rendah
t2 – t1 = 23,4
Selisih
t2 - t1 = 310,456
319,456 9 t 2 t1 = = 86,9773 F t ln( 2 ) ln(319,456 / 9) t1
(3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc =
T1 T2 419,8563 86 o 252,9281 F 2 2
tc =
t1 t 2 100,4 77 88,7 oF 2 2
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran, D2
Fluida dingin: pipa (4) ID =
3,068 0,25567 ft 12
2,3750 D 0,19792 ft 1 12
ap
2,067 0,17225 ft 12
D 2 4
0,02331 ft 2
Untuk 2 in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,622 ft2/ft (Tabel 11 Kern, 1965) a
a
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2
(D 2 D 2 ) 2
1
4
0,02058 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,13235 ft
De
(5) Kecepatan Massa
(5’) Kecepatan massa Ga Ga
dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
W aa
Gp
w ap
Gp
1990,2757 85374,8864 0,02331
306,1992 0,02058
14877,5119
lb m jam ft 2
lb m jam ft 2
Universitas Sumatera Utara
(6) Pada tc = 88,7 F, diperoleh: (6’) Pada Tc = 252,9281 F
= 1 cP = 2,42 lbm/(ft) (jam)
= 0,2702 cP
(Fig. 15 Kern, 1965)
= 0,65399 lbm/(ft) (jam) (Green & Perry, 2008)
Re a
D G e a μ
Re p
Re p
0,13235 14877,5119 0,65399 3010,8204
DG p μ
(Kern, 1965)
0,17225 85374,8864 6076,7869 2,42
Re a
(7’) Taksir JH dan diperoleh JH = 11
JH = 25 (Fig. 24, Kern, 1965)
(Fig. 24, Kern, 1965) (8’) Pada Tc = 252,9281 F, c = 0,48 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,09 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965) 1 1 c 3 0,48 0,65399 3 0,09 k
= 1,1296 0 ,14 1 k c 3 (9’)ho = J H D k w
Asumsi w
ho = 11
(7) Taksir JH dan diperoleh
0 ,14
=1
0,09 1,1296 1 0,13235
(8) Pada tc = 88,7 F, c = 0,19 Btu/(lbm)( 0F) k = 1 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965) 1 1 c 3 0,19 2,42 3 0,7718 1 k
0 ,14 1 k c 3 (9)hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 30
0 ,14
=1
1 0,7718 1 0,17225
= 112,0221 Btu/(jam)(ft2)(0F)
= 8,4494 Btu/(jam)(ft2)(0F) (10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hi0 = hi
ID 2,067 112,0221 OD 2,375
Universitas Sumatera Utara
= 97,4946 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(11) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o 97,4946 8,4494 7,7755Btu/jam.ft 2 .F h io h o 97,4946 8,4494
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 7,7755
UD = 7,5983 Btu/(jam)(ft2)(0F) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 46462,1596 70,3035 ft2 U D t 7,5983 86,9773
Panjang yang diperlukan =
70,3035 113,0281 ft 0,662
Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 3 x 2 x 20 x 0,622 = 74,64 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 3 x 2 x 20 = 120 ft
(14) Luas permukaan baru UD =
Q 46462,1596 7,1569 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 74,64 86,9773
RD =
U C U D 7,7755 7,1569 0,0111 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 7,7755 7,1569
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus (1’)
De’
untuk pressure drop berbeda
dengan heat transfer
Fluida dingin : inner pipe (1) Untuk Rep =7875,1677 aliran turbulen jadi menggunakan persamaan 3.47b :
Universitas Sumatera Utara
De’ = (D2 – D1) = (0,25567 – 0,19792) ft = 0,05775 ft
Re a
D G e a μ
Re a
0,05775 14877,5119 0,65399
f = 0,0035 +
0,264 Re0,42 p
(Kern, 1965 ) diperoleh : f = 0,0096 Pada tc = 88,7 F diperoleh
Rea = 1313,7421
ρ = 62,288 lb/ft3
Dengan menggunakan persamaan 3.46
(Geankoplis, 2003)
Kern, 1965, diperoleh :
f
16 Re
= 0,0122 Pada Tc = 252,9281 F diperoleh ρ = 56,8141 lb/ft3 (Green & Perry, 2008) 2
(2’)
Fa =
4fG a L 0,0083 ft 2g 2 D e
(2) (3’) V =
Ga 14877,5119 fps 3600 3600 56,8141
Fp =
4fGp 2 L 0,0645 ft 2g 2 D e
Pp =
0,0645 62,288 144
= 0,2272 fps
V2 Fi 2 ' 2g 0,2272 2 0,0024 ft 2 2 32,2 (0,0083 0,0024) 56,8141 Pa = psi 144
= 0,0279 psi Pp yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
= 0,0042 psi Pa yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
LC.16 Kondensor (E-202) Fungsi
: Mengkondensasikan uap metanol yang keluar dari kolom destilasi (TD-201)
Jenis
: Shell and tube heat exchanger
Dipakai
: ¾ in BWG 18, panjang 20 ft, 2 pass
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Metanol Laju alir fluida masuk (W)
: 3265,6728 kg/jam
= 7199,6137 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 83,7791 oC
= 182,8024 oF
Temperatur keluar (T2)
: 69,12 oC
= 156,452 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 56228,2 kg/jam
= 123963 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 25 oC
= 77 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 100,4 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Fluida dingin : Air pendingin
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 3053189 kJ/jam
= 2893853 Btu/jam
(2) t = beda suhu sebenarnya Tabel LC.13 Data Suhu Kondensor (E-202) Fluida panas (oF) T1 = 182,8024
T2 = 156,452 T1 – T2 = 26,3504 LMTD
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 100,4
t2 = 82,4024
t1 = 77
t1 = 79,452
t2 – t1 = 23,4
t2 - t1 = 2,9504
82,4024 79,452 t 2 t1 = = 80,9182 F t ln( 2 ) ln(82,4024 79,452) t1
Universitas Sumatera Utara
R=
T1 T2 26,3504 = 1,12608 23,4 t2 t1
S=
t 2 t1 23,4 0,22117 T1 t1 182,8024 77
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 1 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 80,9182 oF (3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc =
T1 T2 182,8024 156,452 o 169,6272 F 2 2
tc =
t1 t 2 100,4 77 88,7 oF 2 2
Dalam rancangan ini digunakan heat exchanger dengan spesifikasi: pitch
= persegi
diameter luar tube (OD)
= ¾ in
jenis tube
= 18 BWG
panjang
= 20 ft
Trial 1. a. Dari tabel 8 Kern, diharapkan UD = 2-50 Btu/(j.ft2.oF) Coba UD = 45 Btu/(j.ft2.oF) Ditempatkan aliran yang kecil di dalam shell dan ditempatkan aliran yang besar dalam pipa (tube) Luas perpindahan panas, A =
Q 2893853 2 794,726 ft . U D .t 45 80,9182
Luas permukaan per ft panjang pipa ¾ “ OD = 0,1963 ft2 [Tabel 10, Kern] Jumlah tube =
794,726 161,268 buah 0,1963 20
b. Coba tube passes = 2 (n=2) Dari tabel 9, untuk ¾ “ OD dan 1” square pitch, maka tube counts (tube sheet lay out) yang terdekat adalah 166 tubes dengan ID shell = 17 ¼ in.
Universitas Sumatera Utara
c. Pembetulan harga UD A = 166 × 20 × 0,1963 = 651,716 ft2. UD =
Q 2893853 54,8747 Btu/(j.ft2.oF) A t 651,716 80,9182
Fluida panas : shell side
Fluida dingin: tube side
(4’) Luas aliran (as)
(4) Luas aliran (aa)
B=
Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843)
ID 17,25 3,45 in 5 5
at’ = 0,334 in2
C’ = PT – OD at =
C’ = 1 – 0,75 = 0,25 17,25 (0,25) 3,45 as = ID C 'B = 144 PT n'
= 0,1925 ft
144 1 2
0,0517 ft2
=
(5’) Kecepatan massa Gs
Nt at ' 166 0,334 = 144 n 144 2
(5) Kecepatan massa
W as
dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
7199,6137 0,0517 lb m 139365 jam ft 2
Gs
Gt
w ap
Gt
lb m 123963 643915 0,1925 jam ft 2
(6’) Pada Tc = 169,6272 F
(6) Pada tc = 88,7 F, diperoleh:
= 0,02 cP
= 1 cP = 2,42 lbm/(ft) (jam)
= 0,0484 lbm/(ft) (jam)
(Fig. 15 Kern, 1965)
(Green & Perry, 2008) De =
De =
Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843)
4 x( PT2 .do 2 / 4) .do
4 x(12 .(3 / 4) 2 / 4)
.(3 / 4)
De = 0,0789 ft
untuk ¾ in 18 BWG Dt = 0,652 in
= 0,0543 ft
= 0,95 in Re t
DG t μ
(Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
Re s
D G e s μ
Re p
0,0543 643915 2783,18 2,42
0,0789 139365 0,0484 227229
Re s
(7’) Taksir JH dan diperoleh (7) Taksir JH dan diperoleh
JH = 300 (Fig. 28, Kern, 1965)
JH = 8 (Fig. 24, Kern, 1965)
(8’) Pada Tc = 169,6272F, c = 0,65 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,114 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(8) Pada tc = 88,7 F, c = 0,19 Btu/(lbm)( 0F)
(Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965)
k = 1 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
1 1 c 3 0,65 0,0484 3 0,114 k
(Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965)
= 0,65106 0 ,14 1 k c 3 (9’)ho = J H Ds k w
Asumsi w
ho = 300
0 ,14
=1
0,114 0,65106 1 0,0789
= 282,156 Btu/(jam)(ft2)(0F)
1 1 c 3 0,19 2,42 3 0,77183 1 k
0 ,14 1 k c 3 (9)hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 8
0 ,14
=1
1 0,77183 1 0,0543
= 113,644 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hi0 = hi
ID 0,75 113,644 OD 0,652
= 98,7945Btu/(jam)(ft2)(0F)
Universitas Sumatera Utara
(11) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
h io h o 98,7945 282,156 73,1735Btu/jam.ft 2 .F h io h o 98,7945 282,156
UC
UD = 54,8747 Btu/(jam)(ft2)(0F) RD =
U C U D 73,1735 54,8747 0,00456 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 73,1735 54,8747
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) untuk Res = 227229
(1) Untuk Ret = 3606,84
Dari
Gambar
29,
hal.
839 Dari Gambar 26, hal. 836 diperoleh f =
diperoleh f = 0,0012 ft2/in2
0,0004 ft2/in2
Spesifik gravity (s) = 1
Spesifik gravity (s) = 1
Ds = 1,4375 ft
Φt = 1
Φs
=
c w
0 ,14
= 1
(2’) jumlah crosses
(2) ∆Pt =
N + 1 = 12 L / B N + 1 = 12 . (20 / 3,45) = 69,5652
(3’)
f Gs 2 Ds N 1 ∆Ps = 5,22.1010 De s s
0,0012 138365 2 1,4375 69,5652 5,22.1010 0,0789 1 1
∆Ps = 0,5658 psi
f Gt 2 L n 5,22.1010 Dt s t
0,0004 643915 2 20 2 5,22.1010 0,0543 1 1 = 2,33905 psi Pt yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
Ps yang diperbolehkan < 2 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
LC.17 Reboiler (E-203) Fungsi
: Menguapkan sebagian hasil bawah menara destilasi (TD-201)
Jenis
: Shell and tube heat exchanger
Dipakai
: ¾ in BWG 18, panjang 20 ft, 2 pass
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Saturated Steam Laju alir fluida masuk (W)
: 1679,085 kg/jam
= 3701,768 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 230 oC
= 446 oF
Temperatur keluar (T2)
: 230 oC
= 446 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 3405,4275 kg/jam
= 7507,72 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 83,7791 oC
= 182,802 oF
Temperatur keluar (t2)
: 215,4757 oC
= 419,856 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Fluida dingin : Produk
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 3041998 kJ/jam
=2883246 Btu/jam
(2) t = beda suhu sebenarnya Tabel LC.14 Data Suhu Reboiler (E-203) Fluida panas (oF) T1 = 446
T2 = 446
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah
T1 – T2 = 0 LMTD
R=
=
Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 419,8563
t2 = 26,1437
t1 = 182,8024
t1 = 263,198
t2 – t1 = 237,0539
t2 - t1 = 237,054
237,054 263,198 t 2 t1 = = 102,652 F t ln( 2 ) ln( 26,1437 / 263,198) t1
0 T1 T2 01 = 237,0539 t2 t1
Universitas Sumatera Utara
t 2 t1 237,0539 0,9007 T1 t1 446 182,8024
S=
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 1 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 102,652 oF (3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc =
T1 T2 446 446 o 446 F 2 2
tc =
t1 t 2 182,8024 419,8563 301,3293 oF 2 2
dalam rancangan ini digunakan heat exchanger dengan spesifikasi: pitch
= persegi
diameter luar tube (OD)
= ¾ in
jenis tube
= 18 BWG
panjang
= 20 ft
Trial 1. d. Dari tabel 8 Kern, diharapkan UD = 5-50 Btu/(j.ft2.oF) Coba UD = 7 Btu/(j.ft2.oF) Ditempatkan aliran yang kecil di dalam shell dan ditempatkan aliran yang besar dalam pipa (tube) Luas perpindahan panas, A =
Q 2883246 2 4012,5105 ft . U D .t 7 102,652
Luas permukaan per ft panjang pipa ¾ “ OD = 0,1963 ft2 [Tabel 10, Kern] Jumlah tube =
4012,5105 1022,0353 buah 0,1963 20
e. Coba tube passes = 2 (n=2) Dari tabel 9, untuk ¾ “ OD dan 1” square pitch, maka tube counts (tube sheet lay out) yang terdekat adalah 1024 tubes dengan ID shell = 39 in. f. Pembetulan harga UD A = 1024 × 20 × 0,1963 = 4020,224 ft2.
Universitas Sumatera Utara
UD =
Q 2883246 6,9866 Btu/(j.ft2.oF) A t 4020,224 102,652
Fluida panas : shell side
Fluida dingin: tube side
(4’) Luas aliran (as)
(4) Luas aliran (aa)
B=
Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843)
ID 39 7,8 in 5 5
at’ = 0,334 in2
C’ = PT – OD at =
C’ = 1 – 0,75 = 0,25 39 (0,25) 3,45 as = ID C 'B = 7,8 144 PT n'
Nt at ' 1024 0,334 = 144 n 144 2
= 1,1876 ft
144 1 2
= 0,2641 ft2 (5’) Kecepatan massa Gs
(5) Kecepatan massa
W as
dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
3701,768 Gs 0,2641 139365
Gt
w ap
Gt
lb m 7507,72 6321,9962 1,1876 jam ft 2
lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 446 F
(6) Pada tc = 301,3293 F, diperoleh:
= 0,017 cP
= 0,1507 cP = 0,3648 lbm/(ft) (jam)
= 0,04114 lbm/(ft) (jam)
(Fig. 15 Kern, 1965)
(Green & Perry, 2008) De =
De =
Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843)
4 x( PT2 .do 2 / 4) .do
4 x(12 .(3 / 4) 2 / 4)
.(3 / 4)
De = 0,0789 ft
Re a
D G e a μ
untuk ¾ in 18 BWG Dt = 0,652 in = 0,95 in
Re t
Re t
DG p μ
= 0,0543 ft (Kern, 1965)
0,0543 6321,9962 1118,3033 0,36477
Universitas Sumatera Utara
0,0789 139365 0,04114 26890,137
Re s
(7) Taksir JH dan diperoleh (7’) Taksir JH dan diperoleh JH = 190
JH = 3,5 (Fig. 24, Kern, 1965)
(Fig. 28, Kern, 1965) (8) Pada tc = 301,3293F, (8’) Pada Tc = 446 F, c = 0,48 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,02 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965) 1 1 c 3 0,48 0,04114 3 0,002 k
= 0,9958 0 ,14 1 k c 3 (9’)ho = J H Ds k w
Asumsi w
ho = 190
0 ,14
=1
0,002 0,9958 1 0,0789
c = 0,74 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,114 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Fig. 2 dan Tabel 4, Kern, 1965) 1 1 c 3 0,74 x0,114 3 1,3328 k 0,114
0 ,14 1 k c 3 (9)hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 3,5
0 ,14
=1
0,114 1,3328 1 0,0543
= 9,7878 Btu/(jam)(ft2)(0F)
= 47,9498 Btu/(jam)(ft2)(0F) (10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hi0 = hi
ID 0,75 9,7878 OD 0,652
= 8,5089 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(11) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o 8,5089 47,9498 7,2265Btu/jam.ft 2 .F h io h o 8,5089 47,9498
Universitas Sumatera Utara
UD = 6,9866 Btu/(jam)(ft2)(0F) RD =
U C U D 7,2265 6,9866 0,00475 (jam)(ft2)(0F)/Btu U C U D 7,2265 6,98662
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) untuk Res = 26890,137
(2) Untuk Ret = 1118,30333
Dari
Gambar
29,
hal.
839 Dari Gambar 26, hal. 836 diperoleh f =
diperoleh f = 0,0018 ft2/in2
0,0003 ft2/in2
Spesifik gravity (s) = 1
Spesifik gravity (s) = 1
Ds = 3,25 ft
Φt = 1
Φs
=
c w
0 ,14
= 1
(2’) jumlah crosses N + 1 = 12 L / B N + 1 = 12 . (20 / 7,8) = 30,7692
(3’)
f Gs 2 Ds N 1 ∆Ps = 5,22.1010 De s s
0,0018 14018,53 2 3,25 30,7692 5,22.1010 0,0789 1 1
(2) ∆Pt =
f Gt 2 L n 5,22.1010 Dt s t
0,0003 6321,9962 2 20 2 5,22.1010 0,0543 1 1 = 0,000017 psi Pt yang diperbolehkan < 2 psi.
∆Ps = 0,00858 psi
Dengan demikian rancangan dapat Ps yang diperbolehkan < 2 psi.
diterima.
Dengan demikian rancangan dapat diterima.
LC.18 Pompa Metanol (J-101) Fungsi
: Memompa metanol dari tangki penyimpanan metanol ke Mixing Point III (M-104)
Tipe
: Centrifugal Pump
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 30 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 1,8864 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 784,7798 kg/m3 = 48,9921 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,55 cP = 0,00037 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
1,8864 kg / jam = 6,68. 10-7 m3/s = 2,358. 10-5 ft3/s 3 784,7798 kg / m
Desain pompa: Untuk aliran laminar, NRe < 2100 Di,opt = 0,133 mv0,4 μ 0,2
(Peters, dkk., 2004)
= 0,133 × (6,68. 10-7 m3/s) 0,4 × (0,00055) 0,12 = 0,0001004 m = 0,00395 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
Diameter luar (OD)
: 0,405 in
Inside sectional area, A
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,00002358 ft 3 / s 0,05895 ft/s A 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 48,9921 0,05895 0,0224 175,1618 (aliran laminar) 0,00037
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 175,1618 diperoleh harga factor fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,09 (Geankoplis, 2003).
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : 1 sharp edge entrance
0,05895 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0 , 5 ( 1 0 ) 2(1 / 2)(32,174) A1 2gc
hc = 0,000059 ft lbf/lbm 3 elbow 90
0,05895 2 V2 0,00012 ft.lbf/lbm hf = nKf 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
0,05895 2 V2 0,000108 ft.lbf/lbm hf = nKf 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
(100)(0,05895) 2 Lv2 Ff = 4 f = 4 (0,09) (0,0224)(2)(32,174) D 2 gc
o
Ff = 0,086721 ft.lbf/lbm 2
1sharp edge exict
A1 v 2 0,05895 2 2 1(1-0) he x = n 1 2(1 / 2)(32,174) A2 2gc hex = 0,000108 ft.lbf/lbm
Total friction loss
Σ F = 0,087117 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 1 m = 3,2808 ft
0
32,174 3,2808 0 0,087117 Ws 0 32,174
-Ws = 3,3679 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 4,2099 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa, P =
Wp mv 550
4,2099 0,000000664 49,2932 0,0000088 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.19 Pompa Stirena Oksida (J-102) Fungsi
: Memompa stirena oksida dari tangki penyimpanan stirena oksida ke Mixer I (M-101)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 30 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 141,5894 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 1019,4837 kg/m3 = 63,6441 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,39 cP = 0,00026 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
141,5894 kg / jam = 3,86. 10-5 m3/s = 0,00136 ft3/s 1019,4837 kg / m 3
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 × (3,86. 10-5 m3/s) 0,45 × (1019,4837) 0,13 = 0,009222 m = 0,36309 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 3/8 in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 0,493 in = 0,0411 ft
Universitas Sumatera Utara
Diameter luar (OD)
: 0,675 in
Inside sectional area, A
: 0,00133 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,00136 ft 3 / s 1,02431 ft/s A 0,0013 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 63,64414 1,02431 0,0411 10219,6323 (aliran turbulen) 0,00026
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 10219,6323 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00365 diperoleh harga factor 0,0411 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,009 (Geankoplis, 2003).
Friction loss : 1 sharp edge entrance
1,0243 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0 , 5 ( 1 0 ) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,009 ft lbf/lbm 3 elbow 90
1,0243 2 V2 0,0367 ft.lbf/lbm hf = nKf 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
1,0243 2 V2 0,0326 ft.lbf/lbm hf = nKf 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 30 ft
(30)(1,0243) 2 Lv2 Ff = 4 f = 4 (0,009) (0,0411)(2)(32,174) D 2 gc
o
Ff = 0,4286 ft.lbf/lbm 2
1sharp edge exict
A1 v 2 1,0243 2 1(1-0)2 hex = n 1 2(1)(32,174) A2 2gc hex = 0,0163 ft.lbf/lbm
Total friction loss
Σ F = 0,5232 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
Universitas Sumatera Utara
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 5,6 m = 18,37248 ft
0
32,174 18,37248 0 0,5232 Ws 0 32,174
-Ws = 18,8957 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 23,6186 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
23,6186 0,00136 63,644 0,003724 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.20 Pompa Mixer I (J-103) Fungsi
: Memompa umpan cair dari Mixer I (M-101) ke Mixing Point II (M-103)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 30 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 2831,82481 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 796,5323 kg/m3 = 49,7258 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,55 cP = 0,00037 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik:
Universitas Sumatera Utara
mv =
2831,82481 kg / jam = 9,88. 10-4 m3/s = 0,0348735 ft3/s 3 796,5323 kg / m
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 × (9,88. 10-4 m3/s) 0,45 × (796,5323) 0,13 = 0,03843 m = 1,5128 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 1,61 in = 0,1342 ft
Diameter luar (OD)
: 1,9 in
Inside sectional area, A
: 0,01414 ft2
mv 0,0348735 ft 3 / s Kecepatan linier, V = 2,4663 ft/s A 0,01414 ft 2 Bilangan Reynold: NRe =
V D 49,7258 2,4663 0,1342 44731,88993 (aliran turbulen) 0,00055
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 44731,8893 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00112 diperoleh harga factor 0,1342 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,009 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance
2,4663 2 A2 V 2 hc = 0,5 1 0,5(1-0) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,0473 ft lbf/lbm 3 elbow 90o
hf = nKf
2,4663 2 V2 0,2127 ft.lbf/lbm 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
hf = nKf
2,4663 2 V2 0,1891 ft.lbf/lbm 1(2) 2(32,174) 2 gc
Universitas Sumatera Utara
Pipa lurus 100 ft
Ff = 4 f
(100)(2,4663) 2 Lv2 = 4 (0,009) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
Ff = 2,5364 ft.lbf/lbm 2
A v2 2,4663 2 1(1-0)2 hex = n 1 1 2(1)(32,174) A2 2gc
1sharp edge exict
hex = 0,0945 ft.lbf/lbm Σ F = 3,0799 ft.lbf/lbm
Total friction loss Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 19 atm = 279,224 psi Tinggi pemompaan, ∆z = 4 m = 13,1232 ft
0
32,174 13,1232 279,224 / 49.,258 3,0799 Ws 0 32,174
-Ws = 21.8184 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 27,273 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
27,273 0,0348735 49,7258 0,086 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.21 Pompa Knock Out Drum (J-201) Fungsi
: Memompa produk dari knock out drum (FG-201) ke heater III (E-201)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 25 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 2834,2003 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 786,0905 kg/m3 = 49,0739 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,5 cP = 0,00034 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
2834,2003 kg / jam = 1. 10-3 m3/s = 0,03537 ft3/s 3 786,0905 kg / m
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 × (1. 10-3 m3/s) 0,45 × (786,0905) 0,13 = 0,0386 m = 1,51977 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 1,61 in = 0,1342 ft
Diameter luar (OD)
: 1,9 in
Inside sectional area, A
: 0,01414 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,03537 ft 3 / s 2,50116 ft/s A 0,01414 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 49,07391 2,50116 0,1342 48834,8692 (aliran turbulen) 0,0005
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 48834,8692dan ε/D =
0,00015 ft 0,00112 diperoleh harga factor 0,1342 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,008 (Geankoplis, 2003).
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : 1 sharp edge entrance
2,50116 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0 , 5 ( 1 0 ) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,0486 ft lbf/lbm 3 elbow 90
2,50116 2 V2 0,2187 ft.lbf/lbm hf = nKf 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
2,50116 2 V2 0,1944 ft.lbf/lbm hf = nKf 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
(100)(2,50116) 2 Lv2 Ff = 4 f = 4 (0,009) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
o
Ff = 2,3188 ft.lbf/lbm 2
1sharp edge exict
2 A1 v 2 2 2,50116 1(1-0) he x = n 1 2(1)(32,174) A2 2gc
hex = 0,0972 ft.lbf/lbm Total friction loss
Σ F = 2,8778 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 8 m = 26,2464 ft
0
32,174 26,2464 0 2,8778 Ws 0 32,174
-Ws = 29,1242 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 36,4052 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa, P =
Wp mv 550
36,4052 0,03537 49,07391 0,1149 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.22 Pompa Akumulator I (J-202) Fungsi
: Memompa destilat dari tangki akumulator (ACC-201) ke kolom destilasi (TD-201)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 69,14 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 570,361 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 744,849 kg/m3 = 46,99316 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,15 cP = 0,000101 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
570,361 kg / jam = 2,13. 10-4 m3/s = 0,007511 ft3/s 744,849 kg / m 3
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004) -4
3
= 0,363 × (2,13. 10 m /s)
0,45
× (744,849)
0,13
= 0,01909 m = 0,75152 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ¾ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 0,824 in = 0,0687 ft
Diameter luar (OD)
: 1,05 in
Universitas Sumatera Utara
Inside sectional area, A Kecepatan linier, V =
: 0,00371 ft2
mv 0,007511 ft 3 / s 2,0246 ft/s A 0,00371 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 46,499316 2,0246 0,0687 64121,4 (aliran turbulen) 0,00015
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 64121,4 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00218 diperoleh harga factor fanning 0,0687 ft
(Fig 2.10-3) , f = 0,007 (Geankoplis, 2003).
Friction loss : 1 sharp edge entrance
2,0246 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0,5(1-0) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,0319 ft lbf/lbm 3 elbow 90
2,0246 2 V2 0,1433 ft.lbf/lbm hf = nKf 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
2,0246 2 V2 0,1274 ft.lbf/lbm hf = nKf 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
(100)(2,0246) 2 Lv2 Ff = 4 f = 4 (0,009) (0,0687)(2)(32,174) D 2 gc
o
Ff = 2,5975 ft.lbf/lbm 2
1sharp edge exict
2 A1 v 2 2 2,0246 1(1-0) he x = n 1 2(1)(32,174) A2 2gc
hex = 0,0637 ft.lbf/lbm Total friction loss
Σ F = 2,9638 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 9 m = 29,5272 ft
0
32,174 29,5272 0 2,9638 Ws 0 32,174
-Ws = 32,49102 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 40,6138 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
40,6138 0,007511 46,499316 0,0258 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.23 Pompa Akumulator II (J-203) Fungsi
: Memompa destilat dari tangki akumulator (ACC-201) ke cooler II (E-204)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 69,14 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 2695,31114 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 744,8493 kg/m3 = 46,99316 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,15 cP = 0,000101 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
2695,311417kg / jam = 1,01. 10-3 m3/s = 0,035495 ft3/s 3 744,8493 kg / m
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 × (1,01. 10-3 m3/s) 0,45 × (744,8493) 0,13 = 0,03840 m = 1,51164 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 1,61 in = 0,1342 ft
Diameter luar (OD)
: 1,9 in
Inside sectional area, A
: 0,01414 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,035495 ft 3 / s 2,51029 ft/s A 0,01414 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 46,499316 2,51029 0,1342 155340,55383 (aliran turbulen) 0,00015
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 155340,55383 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00112 diperoleh harga factor 0,1342 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,0055 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance
2,51029 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0,5(1-0) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,048965 ft lbf/lbm 3 elbow 90o
hf = nKf
2,51029 2 V2 0,22034 ft.lbf/lbm 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
hf = nKf
2,51029 2 V2 0,195858 ft.lbf/lbm 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
Ff = 4 f
(100)(2,51029) 2 Lv2 = 4 (0,0055) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
Universitas Sumatera Utara
Ff = 1,605812 ft.lbf/lbm 2
A v2 2,51029 2 1(1-0)2 hex = n 1 1 2(1)(32,174) A2 2gc
1sharp edge exict
hex = 0,097929 ft.lbf/lbm Σ F = 2,168904 ft.lbf/lbm
Total friction loss Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 0,5 m = 1,6404 ft
0
32,174 1,6404 0 2,168904 Ws 0 32,174
-Ws = 3,8093 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 4,7616 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
4,7616 0,035495 46,499316 0,0143 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.24 Pompa Cooler II (J-204) Fungsi
: Memompa metanol dari cooler II (E-204) ke mixing point III (M-104)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Data perhitungan: Temperatur,
T = 30 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 2695,31114 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 765,748027 kg/m3 = 47,80398 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,41 cP = 0,000276 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
2695,31142kg / jam = 9,78. 10-4 m3/s = 0,03453 ft3/s 768,748027 kg / m 3
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004) -4
3
= 0,363 × (9,78. 10 m /s)
0,45
× (765,748027)
0,13
= 0,03806 m = 1,48313 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 1,61 in = 0,1342 ft
Diameter luar (OD)
: 1,9 in
Inside sectional area, A
: 0,01414 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,03453 ft 3 / s 2,44178 ft/s A 0,01414 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 47,80398 2,44178 0,1342 56831,97302 (aliran turbulen) 0,00041
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 56831,97302 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00112 diperoleh harga factor 0,1342 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,0095 (Geankoplis, 2003).
Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
2,44178 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0,5(1-0) 2(1)(32,174) A1 2gc
1 sharp edge entrance
hc = 0,04633 ft lbf/lbm 3 elbow 90o
hf = nKf
2,44178 2 V2 0,20848 ft.lbf/lbm 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
hf = nKf
2,44178 2 V2 0,18531 ft.lbf/lbm 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
Ff = 4 f
(100)(2,44178) 2 Lv2 = 4 (0,0095) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
Ff = 2,62434 ft.lbf/lbm 2
A v2 2,44178 2 1(1-0)2 hex = n 1 1 2(1)(32,174) A2 2gc
1sharp edge exict
hex = 0,09266 ft.lbf/lbm Σ F = 3,15712 ft.lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 0,5 m = 1,6404 ft
0
32,174 1,6404 0 3,15712 Ws 0 32,174
-Ws = 4,7975 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 5,9969 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
5,9969 0,03453 47,80398 0,018 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
Universitas Sumatera Utara
LC.25 Pompa Kolom Destilasi (J-205) Fungsi
: Memompa produk bottom dari kolom destilasi (TD201) ke reboiler (E-203)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 215,4757 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 3405,42749 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 771,5564 kg/m3 = 48,16658 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,4 cP = 0,000270 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
3405,42749kg / jam = 1,23. 10-3 m3/s = 0,04329 ft3/s 3 771,5564 kg / m
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 × (1,23. 10-3 m3/s) 0,45 × (771,5564) 0,13 = 0,04218 m = 1,66056 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 1,61 in = 0,1342 ft
Diameter luar (OD)
: 1,9 in
Inside sectional area, A
: 0,01414 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,04329 ft 3 / s 3,06187 ft/s A 0,01414 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold: NRe =
V D 48,16658 3,06187 0,1342 73289,69682 (aliran turbulen) 0,0004
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 73289,69682 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00112 diperoleh harga factor 0,1342 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,0095 (Geankoplis, 2003).
Friction loss : 1 sharp edge entrance
3,06187 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0 , 5 ( 1 0 ) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,0728 ft lbf/lbm 3 elbow 90
3,06187 2 V2 0,3278 ft.lbf/lbm hf = nKf 3(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
3,06187 2 V2 0,2914 ft.lbf/lbm hf = nKf 1(2) 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
(100)(3,06187) 2 Lv2 Ff = 4 f = 4 (0,0095) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
o
Ff = 4,1265 ft.lbf/lbm 2
1sharp edge exict
2 A1 v 2 2 3,06187 1(1-0) he x = n 1 2(1)(32,174) A2 2gc
hex = 0,1457 ft.lbf/lbm Total friction loss
Σ F = 4,9642 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2
Universitas Sumatera Utara
∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 2 m = 6,5616 ft
0
32,174 6,5616 0 4,9642 Ws 0 32,174
-Ws = 11,5258 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 14,4073 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
14,4073 0,04329 48,16658 0,0546 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.26 Pompa Reboiler (J-206) Fungsi
: Memompa produk bottom dari reboiler (E-203) ke cooler III (E-205)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 215,4757 oC
Laju alir metilen klorida,
F = 138,88889 kg/jam
Densitas metilen klorida,
ρ = 771,5564 kg/m3 = 48,16658 lbm/ft3
Viskositas metilen klorida,
μ = 0,4 cP = 0,000270 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
138,88889kg / jam = 5. 10-5 m3/s = 0,001766 ft3/s 771,5564 kg / m 3
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45 ρ 0,13 -5
(Peters, dkk., 2004) 3
= 0,363 × (5. 10 m /s)
0,45
× (771,5564)
0,13
Universitas Sumatera Utara
= 0,009996 m = 0,393531 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter luar (OD)
: 0,84 in
Inside sectional area, A
: 0,00211 ft2
Kecepatan linier, V =
mv 0,001766 ft 3 / s 0,83685 ft/s A 0,00211 ft 2
Bilangan Reynold: NRe =
V D 48,16658 0,83685 0,0518 7738,73998 (aliran turbulen) 0,0004
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Geankoplis, 2003) pada NRe = 7738,73998 dan ε/D =
0,00015 ft 0,00289 diperoleh harga factor 0,0518 ft
fanning (Fig 2.10-3) , f = 0,009 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance
0,83685 2 A V2 hc = 0,5 1 2 0 , 5 ( 1 0 ) 2(1)(32,174) A1 2gc
hc = 0,00544 ft lbf/lbm 3 elbow 90
0,83685 2 V2 0,02449 ft.lbf/lbm 3(0,75) hf = nKf 2(32,174) 2 gc
1 check valve
0,83685 2 V2 0,02177 ft.lbf/lbm 1(2) hf = nKf 2(32,174) 2 gc
Pipa lurus 100 ft
(100)(0,83685) 2 Lv2 Ff = 4 f = 4 (0,0095) (0,0518)(2)(32,174) D 2 gc
o
Ff = 0,7559 ft.lbf/lbm 2
1sharp edge exict
2 A1 v 2 2 0,83685 1(1-0) he x = n 1 2(1)(32,174) A2 2gc
Universitas Sumatera Utara
hex = 0,01088 ft.lbf/lbm Σ F = 0,81848 ft.lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli :
1 g P P 2 2 v2 v1 z2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Dimana : V1=V2 ∆v2 = 0 P1=P2 ∆P = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 6 m = 19,6848 ft
0
32,174 19,6848 0 0,81848 Ws 0 32,174
-Ws = 20,5033 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp= -Ws/ η = 25,6291 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
25,6291 0,001766 48,16658 0,004 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LC.27 Conveyor (C-101) Fungsi
: Mengangkut natrium hidroksida ke mixer I (M-101)
Bentuk
: Screw conveyor
Bahan konstruksi : Self-Lubricated Bronze Jumlah
: 1 unit
Jarak angkut
: 5 m (16,404 ft)
Kondisi operasi
: Temperatur = 25 °C Tekanan = 1 atm
Laju alir NaOH
: F = 0,03681 kg/jam = 1,02 x 10-5 kg/detik
Densitas NaOH
: ρ = 2130 kg/m3= 132,9713 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik: Q =
0,03681 kg / jam 2130 kg / m 3
= 1,73 x 10-5 m3/jam = 6,1 x 10-4 ft3/jam
Perhitungan daya motor screw conveyor Direncanakan screw conveyor berdiameter = 4 in Dari Tabel 5.4 (a) dan 5.4 (c) (Walas, 1988) diperoleh nilai A, N, dan F A = 33 ; N = 15 rpm ; F = 0,7 P = 10-6 (A.L.N + Q.ρ.L.F) dimana :
A = faktor ukuran (size factor) L = jarak angkut (ft) N = maksimal (r/menit) untuk ukuran diameter yang direncanakan Q = Laju alir volumetrik (ft3/jam) ρ
= densitas material (lbm/ft3)
F = faktor material (material factor) Maka : P = 10-6 (33 . 5 . 15 + 1,73 x 10-5. 132,9713 . 5 . 0,7) = 0,0081 hp Untuk efisiensi daya motor screw conveyor 80 %, maka : Daya motor yang dibutuhkan = 0,0081 / 0,8 = 0,0102 hp Dipilih daya motor ¼ hp.
LC.28 Expander I (JC-101) Fungsi : Menurunkan tekanan gas hidrogen dari 30 atm menjadi 20 atm sebelum masuk ke reaktor R-101 Jenis
: Centrifugal Blower
Laju alir = 2,3755 kg/jam hidrogen(g)
= 2,4142 kg/m3
Laju alir volumetri (Q) =
F 2,3755 0,0002733 m 3 /s ρ 3600 x 2,4142 = 0,009652 ft3/s
Perencanaan Expander Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
Universitas Sumatera Utara
= 0,363 ( Q ) 0,45 ( )0,13
De
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0002733) 0,45 (2,4142)0,13 = 0,010143 m = 0,39934 in Dipilih material pipa commercial steel ½ in schedule 40 :
Diameter dalam (ID) = 0,622 in
Diameter luar (OD) = 0,84 in
Luas penampang (A) = 0,00211 in2
Data: Tekanan masuk (P1)
= 30 atm = 440,88 psi
Tekanan keluar (P2)
= 20 atm = 293,92 psi
Temperatur masuk
= 25 oC
Rasio spesifik (k)
= 1,406985
Daya (Power)
P -5 3,03 x 10 k P1 Q 2 P1 Power = k 1
k 1 k
1
(Peters, dkk., 2004)
Keterangan: Power = Daya (Hp) P
= Tekanan (psi = lbf/ft2)
Q
= Laju alir volumetrik (ft3/min) lbf ft 3 3,03 x 10 x 1,406985 x 440,88 2 x 0,5791154 min ft -5
Power =
1, 406985 1 1, 406985 293 , 92 1 440,88
1,406985 1
P = 0,008724 Hp P’ =
P
0,008724 0,010905 hp. 0,80
Digunakan expander dengan daya motor standar ¼ hp.
Universitas Sumatera Utara
LC.29 Kompresor (JC-201) Fungsi
: Menaikkan tekanan gas hidrogen dari knock out drum (FG-201) ke mixing point I (M-102)
Jenis
: Reciprocating Compressor
Jumlah
: 1 unit dengan 4 tahap
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan : Laju alir gas masuk = 0,475 kg/jam k 1 / kNs t k P 2 Pad = 2,78 × 10 Nst mvl P1 1 k 1 P1 -4
(Peters ,dkk., 2004)
Dimana : Nst
= jumlah tahap kompresi
mvl
= laju alir gas volumetrik (m3/jam)
P1
= tekanan masuk (0,24 atm) (24,3180 kPa)
P2
= tekanan keluar (1 atm) (101,325 kPa)
η
= efisiensi kompresor = 80%
(Peters, dkk., 2004)
k
= rasio panas spesifik gas H2O = 1,1809
(Geankoplis, 2003)
mvl
=
0,475 0,0032 m3/s 3600 x0,041
1, 4071 / 1, 407x 4 1,407 2026,5 1 Pad = 2,78 × 10 (4) (0,0032) (101,325) 1,407 1 101,325 -4
Pad = 0,000304 hp P =
Pad
0,000304 0,00038 hp. 0,80
Digunakan kompresor dengan daya motor standar ¼ hp. Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De = 0,363 (mvl)0,45(ρ)0,13 0,45
De = 0,363 (0,0032)
(Peters, dkk., 2004) 0,13
(0,041)
De = 0,0181 m = 0,7134 in
Universitas Sumatera Utara
Dipilih material pipa commercial steel ¾ in Sch 40 : Diameter dalam (ID)
= 0,824 in
Diameter luar (OD)
= 1,05 in
Luas penampang (A)
= 0,00371 ft2
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS LD.1 Screening (S-01) Fungsi
: Menyaring partikel-partikel padat yang besar.
Jenis
: Bar screen
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Data Perhitungan : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 2031,9632 kg/jam
Laju alir volumetrik (Q) =
(Geankoplis, 2003)
2031,9632 kg/jam 3
997,08 kg/m x 3600 s/jam
= 5,66 x 10-4 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 = 30o Direncanakan ukuran screening: Panjang screen = 2 m
;
Lebar screen = 2 m
Misalkan, jumlah bar = x Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2040000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30 % screen tersumbat.
Q2 (0,000566)2 Head loss (h) = 2 2 2 (9,8) (0,6)2 (2,04)2 2 g Cd A 2 = 1,09131.10-8 m dari air
= 1,09. 10-5 mm dari air
Universitas Sumatera Utara
2m
20 mm 2m
20 mm
Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas)
LD.2 Pompa Screening (J-01) Fungsi
: Memompa air dari sungai ke water reservoir (V-01)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 3
997,08 kg/m x 3600 s/jam
= 5,7 x 10-4 m3/s = 0,02 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (0,00057 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0308 m = 1,2126 in
Universitas Sumatera Utara
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,38 in = 0,115 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,66 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0104 ft2 Kecepatan linier, v =
0,02 ft 3/s Q = = 1,9221 ft/s A 0,0104 ft 2
Bilangan Reynold : NRe = =
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,9221 ft/s)(0,115 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 23942,7068 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0013, pada NRe = 23942,7068 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 1,92212 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0287 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
1,92212 v2 hf = n.Kf. = 3(0,75) = 0,1292 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 gate valve
hf = n Kf
Pipa lurus 165 ft
165. 1,9221 L v 2 Ff = 4f = 4(0,007) D 2 gc 0,115232,174
1,92212 v2 = 1(0,17) = 0,0098 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174) 2
= 2,3067 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,92212 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc
Universitas Sumatera Utara
= 0,0574 ft lbf/lbm F = 2,5317 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 1,3 m = 4,265 ft
0
32,174 4,265 0 2,5317 Ws 0 32,174
-Ws = 6,7968 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 8,496 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
8,4960,0262,2455 = 0,0192 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.3 Water Reservoir (V-01) Fungsi
: Tempat penampungan air sementara
Jumlah
: 1 unit
Bahan kontruksi : Beton kedap air
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 997,08 kg/m
3
= 2,0379 m3/s
Desain Perancangan : Bak dibuat persegi panjang Perhitungan ukuran bak : Waktu tinggal air = 2 jam
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Volume air diolah = 2,0379 m3/jam × 2 jam = 4,0758 m3 Bak terisi 90 maka volume bak =
4,0758 = 4,5287 m3 0,9
Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l)
; p = 2l
tinggi bak (t)
:t=l
= lebar bak (l)
Volume bak V = p × l × t 4,5287 m3 = 2l × l × l l = 1,3132 m
Jadi,
panjang bak (p) = 2,6263 m lebar bak (l)
= 1,3132 m
tinggi bak (t)
= 1,3132 m
luas bak (A)
= 3,4487 m2
tinggi air (h)
= 0,9 (1,3132) m = 1,1818 m
LD.4 Pompa Water Reservoir (J-02) Fungsi
: Memompa air dari water reservoir ke bak sedimentasi
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 3
997,08 kg/m x 3600 s/jam
= 5,7 x 10-4 m3/s = 0,02 ft3/s
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (0,00057 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0308 m = 1,2126 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,38 in = 0,115 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,66 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0104 ft2
0,02 ft 3/s Q Kecepatan linier, v = = = 1,9221 ft/s A 0,0104 ft 2 Bilangan Reynold : NRe = =
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,9221 ft/s)(0,115 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 23942,7068 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0013, pada NRe = 23942,7068 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A2 v2 1,92212 0 , 5 ( 1 0 ) = 0,5 1 = 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0287 ft lbf/lbm
1,92212 v2 = 3(0,75) = 0,1292 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
3 elbow 90°
hf = n.Kf.
1 gate valve
1,92212 v2 hf = n Kf = 1(0,17) = 0,0098 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Universitas Sumatera Utara
20. 1,9221 L v 2 = 4(0,007) D 2 gc 0,115232,174 2
Pipa lurus 20 ft
Ff = 4f
= 0,2796 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,92212 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0574 ft lbf/lbm
F = 0,5047 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 1,3 m = 4,26504 ft
0
32,174 4,26504 0 0,5047 Ws 0 32,174
-Ws = 4,7697 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 5,9621 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
5,96210,0262,2455 = 0,0135 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.5 Bak Sedimentasi (V-02) Fungsi
: untuk mengendapkan partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring dan terikut dengan air
Jumlah
: 1 unit
Jenis
: Beton kedap air
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 997,08 kg/m
3
= 2,0379 m3/s
Desain Perancangan : Bak dibuat persegi panjang Perhitungan ukuran bak : Waktu tinggal air = 2 jam
(Perry, 1997)
Volume air diolah = 2,0379 m3/jam × 2 jam = 4,0758 m3 Bak terisi 90 maka volume bak =
4,0758 = 4,5287 m3 0,9
Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l)
; p = 2l
tinggi bak (t)
:t=l
= lebar bak (l)
Volume bak V = p × l × t 4,5287 m3 = 2l × l × l l = 1,3132 m
Jadi,
panjang bak (p) = 2,6263 m lebar bak (l)
= 1,3132 m
tinggi bak (t)
= 1,3132 m
luas bak (A)
= 3,4487 m2
tinggi air (h)
= 0,9 (1,3132) m = 1,1818 m
LD.6 Pompa Sedimentasi (J-03) Fungsi
: Memompa air dari Bak Sedimentasi (V-02) ke Clarifier (V-05)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 997,08 kg/m 3 x 3600 s/jam
= 5,7 x 10-4 m3/s = 0,02 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (0,00057 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0308 m = 1,2126 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,38 in = 0,115 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,66 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0104 ft2 Kecepatan linier, v =
0,02 ft 3/s Q = = 1,9221 ft/s A 0,0104 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,9221 ft/s)(0,115 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 23942,7068 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0013, pada NRe = 23942,7068 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 1,92212 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0287 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
3 elbow 90°
hf = n.Kf.
1,92212 v2 = 3(0,75) = 0,1292 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 gate valve
hf = n Kf
1,92212 v2 = 1(0,17) = 0,0098 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Pipa lurus 20 ft
Ff = 4f
20. 1,9221 L v 2 = 4(0,007) D 2 gc 0,115232,174 2
= 0,2796 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,92212 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0574 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,5047 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 1 m = 3,2808 ft
0
32,174 3,2808 0 0,5047 Ws 0 32,174
-Ws = 3,7855 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 4,7318 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
4,73180,0262,2455 = 0,0107 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.7 Tangki Pelarutan Alum (V-03) Fungsi
: Membuat larutan alum Al2(SO4)3
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Tekanan
= 101,325 kPa
Al2(SO4)3 yang digunakan
= 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3 (F)
= 0,1016 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 (ρ)
= 1363 kg/m3 = 85,0891 lbm/ft3
(Perry, dkk., 2004)
Viskositas Al2(SO4)3 30 (μ) = 6,72 10-4 lbm/ft s = 1 cP Kebutuhan perancangan
(Othmer, 1968)
= 30 hari
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Larutan Alum =
0,1016 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 0,1789 m3 0,3x1363 kg / m3
Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,1789 = 0,2147 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh
Universitas Sumatera Utara
0,2147 =
5 3 D 3 + D 16 12
0,2147 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 0,5567 m = 21,9187 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 0,6959 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 0,9743 m
D 0,1392 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,1789m3 0,9743 m 0,8119 m 0,2147 m3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1363 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,8119 m = 10,8449 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 10,8449 kPa = 112,1699 kPa P desain = 1,2 × 112,1699 = 134,6039 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
134,6039 x 21,9187 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 134,6039
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1385 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
134,6039 21,9187 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 134,6039
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1385 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 21,9187 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1372 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. 5. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun enam bilah datar
Jumlah baffle
: 4 buah
(Badger ,dkk., 1950)
Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ;
1/3 × 0,5567 = 0,1856 m
E/Da
=1
;
0,1856 m
L/Da
=¼
;
¼ × 0,1856
= 0,0464 m
W/Da = 1/5 ;
1/5 × 0,1856 = 0,0371 m
J/Di
1/12 × 0,5567 = 0,0464 m
= 1/12 ;
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
Da
= diameter impeller
Di
= diameter tangki
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 0,4 putaran / detik
N Di 2 18775,4751 Bilangan Reynold (NRe) = Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 1, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 5. Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5 Daya pengaduk = 5 × 1363 × 0,43 × (0,1856)5 = 0,12 hp. Efisiensi motor = 80% Daya motor = 0,12 hp Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.8 Pompa Alum (J-04) Fungsi
: Memompa larutan alum dari Tangki Pelarutan Alum (V-03) ke Clarifier (V-05)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas alum ()
= 1363 kg/m3 = 85,0891 lbm/ft3
Viskositas alum (μ) = 6,72 10-4 lbm/ft s = 1 cP
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Laju alir massa (F) = 0,1016 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
0,1016kg/jam = 2,07 x 10-8 m3/s 3 1363kg/m x 3600 s/jam
Universitas Sumatera Utara
= 7,31 x 10-7 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran viscous NRe < 2100 Di,opt = 0,133 Q 0,4 μ 0,2
(Peters, 2004)
= 0,133 (2,07. 10-8)0,4 (1/1000)0,2 = 2,82 x 10-5 m = 1,11 x 10-3in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0004 ft2 -7 3 Q 7,31 x 10 ft /s = = 0,0018 ft/s Kecepatan linier, v = 0,0004 ft 2 A
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (85,0891 lbm/ft 3 )(0,0018 ft/s)(0,0224 ft ) = 6,72 x 10- 4 lbm/ft s
= 5,1884 (aliran laminar)
Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 5,1884 diperoleh harga faktor fanning f = 0,175 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 0,00182 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1 / 2)(32,174) A1 2 gc = 5,19.10-8 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
hf = n.Kf.
0,00182 v2 =3(0,75) = 1,17.10-7 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf = n Kf
0,00182 v2 = 1(2) = 1,04.10-7ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
20. 0,0018 L v 2 = 4f = 4 (0,175) D 2 gc 0,0224232,174 2
Pipa lurus 20 ft
Ff
Universitas Sumatera Utara
= 3,24 .10-5ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 0,00182 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1/ 2)(32,174) A2 2 gc = 1,04.10-7 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 3,28 .10-5 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 dimana ∆z = 2 m = 6,5616 ft
0
32,174 6,5616 0 0,0000328 Ws 0 32,174
Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 8,2020 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
8,20200,00000073185,0891 = 9,3 x 10-7 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp.
LD.9 Tangki Pelarutan Soda Abu (V-04) Fungsi
: Membuat larutan soda abu Na2CO3
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elippsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Tekanan
= 101,325 kPa
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat)
Universitas Sumatera Utara
Laju massa Na2CO3 (F)
= 0,0549 kg/jam
Densitas Na2CO3 30 (ρ)
= 1327 kg/m3 = 82,8417 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas Na2CO3 30 (μ)
= 3,69 10-4 lbm/ft s = 0,5491 cP
(Othmer, 1968)
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Larutan soda abu =
0,0549kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 0,0992 m3 3 0,3x1327 kg / m
Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0992 = 0,1191 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 0,1191 =
5 3 D 3 + D 16 12
0,1191 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 0,4574 m =18,0089 in
Universitas Sumatera Utara
Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 0,5718 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,1144 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 0,8005 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,0992m3 0,8005 m 0,6671 m 0,1191m3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1327 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,6671 m = 8,6751 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 8,6751 kPa = 110,0001 kPa P desain = 1,2 × 110,0001 = 132,0001 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
132,000118,0089 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 132,0001
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1359 in
Universitas Sumatera Utara
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
132,0001 18,0089 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 132,0001
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1358 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 18,0089 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1350 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. 4. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun enam bilah datar
Jumlah baffle
: 4 buah
(Badger ,dkk., 1950)
Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ;
1/3 × 0,4574 = 0,1525 m
E/Da
=1
;
0,1525 m
L/Da
=¼
;
¼ × 0,1525
= 0,0381 m
W/Da = 1/5 ;
1/5 × 0,1525 = 0,0305 m
J/Di
1/12 × 0,4718 = 0,0381 m
= 1/12 ;
Dimana : Da
= diameter impeller
Di
= diameter tangki
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan pengadukan, N = 0,5 putaran / detik
N Di 2 28090,8394 Bilangan Reynold (NRe) = Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 1, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 5. Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5 Daya pengaduk = 5 × 1327 × 0,53 × (0,1525)5 = 0,0684 hp. Efisiensi motor = 80% Daya motor = 0,0854 hp Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.10 Pompa Soda Abu (J-05) Fungsi
: Memompa larutan soda abu dari Tangki Pelarutan Soda Abu (V-02) ke Clarifier (V-05)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas soda abu ()
= 1327 kg/m3 = 82,8417 lbm/ft3
Viskositas soda abu (μ)
= 3,69 10-4 lbm/ft s = 0,549 cP
Laju alir massa (F)
= 0,0549 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
F 0,0549 kg / jam ρ 1327 kg/m 3 3600 s / jam
= 1,15.10-8 m3/s = 4,06.10-7 ft3/s Desain pompa : untuk aliran viscous NRe < 2100 Di,opt = 0,133 Q 0,4 0,2
(Peters, 2004) -8
3
= 0,133 (1,15. 10 m /s)
0,4
(0,549/1000 Pa s)
0,2
= 1,98 x 10-5 m = 7,78 x 10-4 in
Universitas Sumatera Utara
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in = 0,0338 ft
Inside sectional area A
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v =
-7 3 Q 4,06.10 ft /s = = 0,0101 ft/s 0,0004 ft 2 A
Bilangan Reynold : NRe=
ρ v D (82,8417 lbm/ft 3 )(0,0101 ft/s)(0,0224 ft ) = = 51,0234 (aliran laminar) 0,000369 lbm/ft s
Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 51,0234 diperoleh harga faktor fanning f = 0,175 (Geankoplis, 2003).
Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A2 v2 0,01012 = 0,5 1 = 0,5 (1 0) 2(1 / 2)(32,174) A1 2 gc = 1,6.10-6 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
hf
=n.Kf.
v2 0,01012 =3(0,75) = 3,59.10-6 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf
=n.Kf.
0,01012 v2 = 1(2) = 3,19.10-6 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
20. 0,0101 L v 2 = 4(0,175) D 2 gc 0,0224232,174 2
Pipa lurus 20 ft
Ff
= 4f
= 9,98.10-4 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 0,01012 2 = n 1 1 = 1 1 0 21 / 232,174 A2 2 gc = 3,19 . 10-6 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 1,01 . 10-3 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 2 m = 6,5616 ft
0
32,174 6,5616 0 0,00101 Ws 0 32,174
Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 8,2035 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
8,02330,00000040682,8417 5,01.107 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp.
LD.11 Clarifier (V-05) Fungsi
: Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Jenis
: External Solid Recirculation Clarifier
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240, Grade 340
Data Perhitungan : Laju massa air (F1)
= 2031,9632 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,1016 kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,0549 kg/jam
Laju massa total, m
= 2032,1197 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3
= 2710 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas Na2CO3
= 2533 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas air
= 997,08 kg/m3
(Geankoplis,2003)
Reaksi koagulasi : Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2
Universitas Sumatera Utara
Dari Metcalf, 1984, untuk clarifier tipe upflow diperoleh : Kedalaman air = 3-10 m Settling time
= 1-3 jam
Dipilih : kedalaman air (h) = 3 m, waktu pengendapan = 1 jam
Diameter dan Tinggi clarifier 2032,1197 = 997,2071 kg/m3 2031,9632 0,1016 0,0549 997,08 2710 2533
Densitas larutan,
Volume cairan, V =
2031,9632 kg/jam 1 jam 2,0378m3 3 997,271kg/ m
Faktor kelonggaran
= 20%
Volume clarifier
= 1,2 x 2,0378 m3 = 2,4454 m3
a.
Diameter dan tinggi clarifier
Hs
½D
Volume silinder clarifier (Vs) = Vs =
πD2 ? ?? ? (Brownell & Young, 1959) 4
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3 Vs =
πD3 3
Volume alas clarifier kerucut (Vc) ½D Hc
Vs =
πD2 Hc 12
............................................................................. (Perry, 1999)
Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2
Universitas Sumatera Utara
Vc =
πD3 .................................................................................. 24
(Perry, 1999)
Volume clarifier (V) V = Vs + Ve =
3πD3 8
3
2,4454 m = 1,178097 D3 D = 1,2754 m = 50,2144 in b.
; Hs = (4/3) x D = 1,7006 m
Diameter dan tinggi kerucut Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter clarifier (Hh : D) = 1: 2 Diameter tutup = diameter tangki = 1,2754 m 1,2754m Tinggi tutup = = 0,6377 m 2
Tinggi total clarifier = 1,7006 m + 0,6377 m = 2,3383 m c.
Daya Pengaduk Daya Clarifier P = 0,006 D2 ................................................................................ (Ulrich, 1984) Dimana : P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga, P = 0,006 x (1,2754)2 = 0,0098 kW = 0,01309 hp Bila efisiensi motor = 80%, maka :
P
0,01309 hp 0,0164hp 0,8
Maka dipilih motor dengan daya ¼ hp.
LD.12 Pompa Clarifier (J-06) Fungsi
: Memompa air dari Clarifier (V-05) ke Tangki Filtrasi (V-06)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 3
997,08 kg/m x 3600 s/jam
= 5,7 x 10-4 m3/s = 0,02 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (0,00057 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0308 m = 1,2126 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,38 in = 0,115 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,66 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0104 ft2 Kecepatan linier, v =
0,02 ft 3/s Q = = 1,9221 ft/s A 0,0104 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,9221 ft/s)(0,115 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 23942,7068 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0013, pada NRe = 23942,7068 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
A v2 1,92212 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0287 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
1,92212 v2 hf = n.Kf. = 3(0,75) = 0,1292 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 gate valve
1,92212 v2 hf = n Kf = 1(0,17) = 0,0098 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Pipa lurus 20 ft
20. 1,9221 L v 2 Ff = 4f = 4(0,007) D 2 gc 0,115232,174 2
= 0,2796 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A1 v 2 1,92212 2 1 0 = n 1 =1 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0574 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,6047 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 2,25 m = 7,3818 ft
0
32,174 7,3818 0 0,6047 Ws 0 32,174
-Ws = 7,9915 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 9,9894 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
9,98940,0262,2455 = 0,0226 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
Universitas Sumatera Utara
LD.13 Tangki Filtrasi (V-06) Fungsi
: Menyaring endapan (flok-flok) yang masih terikut dengan air yang keluar dari Clarifier (V-05)
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Laju massa air (F)
= 2031,963 kg/jam
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Tangki Filtrasi dirancang untuk penampungan 1 jam operasi. Direncanakan Volume bahan penyaring = 1/3 Volume tangki = 20
Faktor keamanan
Tangki filtrasi dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki
Perhitungan: a. Volume tangki Volume air, Va
2031,963 kg/jam 1 jam = 2,0379 m3 3 997,08 kg/m
Volume tangki = 1,2 2,0379 m3 = 2,4455 m3
b. Diameter tangki
Volume silinder tangki (Vs)
Hs
½D
Universitas Sumatera Utara
πD2 ? ?? ? ....................................................................... 4
Vs =
(Brownell, 1959)
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4 : 3 πD3 3
Vs =
Volume ellipsoidal (Ve)
½D
He
Perbandingan tinggi ellipsoidal dengan diameter tangki (He : D) = 1:4 πD3 .................................................................................. 24
Ve =
(Perry, 1999)
Volume tangki (V) V = Vs + 2Ve = 3
5πD3 12 3
2,4455 m = 1,308997 D
D = 1,2315 m = 48,4823 in Hs = (4/3) x D = 1,6419 m c. Diameter ellipsoidal = diameter tangki = 1,2315 m 1,2315 m Tinggi tutup = = 0,3079 m 4
Tinggi total tangki = 1,6419 + (2 x 0,3079 m) = 2,2577 m Tinggi penyaring = 1/4 x 2,2577 m = 0,5644 m Tinggi air dalam tangki = 3/4 x 2,2577 m = 1,6932 m
d. Tebal tangki Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,6932 = 16,5454 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 16,5454 kPa = 117,8704 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (117,8704 kPa) = 141,445 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency : E = 0,8
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress : S = 128900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
1
Faktor korosi : C = /80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat : n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
141,445 48,4823 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 141,445
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1563 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
141,445 48,4823 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 141,445
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1563 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,59 48,4823 10 (1/ 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1519 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. LD.14 Pompa Filtrasi (P-07) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Filtrasi (V-06) ke Tangki Air (V-07)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 3
997,08 kg/m x 3600 s/jam
= 5,7 x 10-4 m3/s = 0,02 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (0,00057 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0308 m = 1,2126 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,38 in = 0,115 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,66 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0104 ft2
0,02 ft 3/s Q Kecepatan linier, v = = = 1,9221 ft/s A 0,0104 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,9221 ft/s)(0,115 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 23942,7068 (aliran turbulen)
Universitas Sumatera Utara
Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0013, pada NRe = 23942,7068 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 1,92212 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0287 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
1,92212 v2 hf = n.Kf. = 3(0,75) = 0,1292 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 gate valve
hf = n Kf
Pipa lurus 40 ft
40. 1,9221 L v 2 Ff = 4f = 4(0,007) D 2 gc 0,115232,174
1,92212 v2 = 1(0,17) = 0,0098 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174) 2
= 0,5592 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,92212 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0574 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,8893ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 10 m = 32,808 ft
0
32,174 32,808 0 0,8893 Ws 0 32,174
-Ws = 33,6973 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 42,1217 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
42,12170,0262,2455 = 0,0953 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
Universitas Sumatera Utara
LD.15 Tangki Air (V-07) Fungsi
: Menampung air sebelum didistribusikan
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Laju massa air (F)
= 2031,963 kg/jam
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 3 jam
(Geankoplis, 2003)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Air =
2031,963kg / jam 3 jam = 6,1137 m3 3 997,08kg / m
Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 6,1137 = 7,3365 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh =
6
D2Hh
Universitas Sumatera Utara
Vh =
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 7,3365 =
5 3 D 3 + D 16 12
7,3365 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 1,8067 m = 71,1294 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 2,2584 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,4517 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 3,1617 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
6,1137m3 3,1617m 2,6348 m 7,3365 m3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,6348 m = 25,7452 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 25,7452 kPa = 127,0702 kPa P desain = 1,2 × 127,0702 = 152,4843 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Universitas Sumatera Utara
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
152,4843 71,1294 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 152,4843
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1745 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
152,4843 71,1294 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 152,4843
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1745 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 71,1294 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1645 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. LD.16 Pompa Tangki Air (J-08) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Air (V-07) ke Cation Exchanger (V09) dan Tangki Utilitas (V-15)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2031,9632 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
2031,9632 kg/jam 3
997,08 kg/m x 3600 s/jam
= 5,7 x 10-4 m3/s = 0,02 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (0,00057 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0308 m = 1,2126 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,38 in = 0,115 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,66 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0104 ft2 Kecepatan linier, v =
0,02 ft 3/s Q = = 1,9221 ft/s A 0,0104 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,9221 ft/s)(0,115 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 23942,7068 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0013, pada NRe = 23942,7068 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
A v2 1,92212 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0287 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
1,92212 v2 hf = n.Kf. = 3(0,75) = 0,1292 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 gate valve
1,92212 v2 hf = n Kf = 1(0,17) = 0,0098 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Pipa lurus 100 ft
100. 1,9221 L v 2 Ff = 4f = 4(0,007) D 2 gc 0,115232,174 2
= 1,398 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A1 v 2 1,92212 2 1 0 = n 1 =1 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0574 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 1,7281ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 1 m = 3,2808 ft
0
32,174 3,208 0 1,7281 Ws 0 32,174
-Ws = 5,0089 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 6,2611 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
6,26110,0262,2455 = 0,0142 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.17 Tangki Pelarutan Asam Sulfat (V-08) Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat H2SO4
Universitas Sumatera Utara
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Tekanan
= 101,325 kPa.
H2SO4 yang digunakan berupa larutan 5 ( berat) Laju massa H2SO4 (F)
= 0,05 kg/jam
Densitas H2SO4 5 (ρ)
= 1028,86 kg/m3 = 64,2295 lbm/ft3
Viskositas H2SO4 5 (μ) = 3,5 cP Kebutuhan perancangan
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 30 hari
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Larutan Alum =
0,05 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 0,7001 m3 3 0,05 x1028,86 kg / m
Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,7001 = 0,8402 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal
Universitas Sumatera Utara
Vh = Vh =
D2Hh
6
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 0,8402=
5 3 D 3 + D 16 12
0,8402 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 0,8774 m = 34,5416 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 1,0967 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,2193 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 1,5354 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,7001m3 1,5354 m 1,2795m 0,8402 m3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1028,86 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,2795 m = 12,9008 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 12,9008 kPa = 114,2258 kPa P desain = 1,2 × 114,2258 = 137,071 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
137,071 34,5416 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 137,071
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1466 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
137,071 34,5416 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 137,071
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1466 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 34,5416 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1442 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. 4. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun enam bilah datar
Jumlah baffle
: 4 buah
(Badger ,dkk., 1950)
Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ;
1/3 × 0,8774 = 0,2925 m
E/Da
0,2925 m
=1
;
Universitas Sumatera Utara
L/Da
=¼
;
¼ × 0,2925
= 0,731 m
W/Da = 1/5 ;
1/5 × 0,2925 = 0,0585 m
J/Di
1/12 × 0,8774 = 0,731 m
= 1/12 ;
Dimana : Da
= diameter impeller
Di
= diameter tangki
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 0,15 putaran / detik Bilangan Reynold (NRe) =
N Di 2 3771,3072
Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 1, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 5. Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5 Daya pengaduk = 5 × 1028,86 × 13 × (0,2925)5 = 0,0371 hp. Efisiensi motor = 80% Daya motor = 0,0464 hp Digunakan daya motor standar 1 hp.
LD.18 Pompa Asam Sulfat (P-09) Fungsi
: Memompa larutan asam sulfat dari Tangki Pelarutan Asam Sulfat (V-08) ke Cation Exchanger (V-09)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas asam sulfat () = 1028,86 kg/m3 = 64,2295 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Viskositas asam sulfat (μ) = 3,5 cP = 0,00235 lbm/ft s Laju alir massa (F)
(Othmer, 1968)
= 0,05 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
0,05 kg / jam F ρ 64,2295 kg / m 3 .3600s / jam
= 1,35.10-8 m3/s = 4,77.10-7 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran viscous NRe < 2100 Di,opt = 0,133 Q 0,4 0,2
(Peters, 2004)
= 0,133 (1,35.10-8 m3/s)0,4 (3,5/1000 Pa s)0,2 = 0,0000305 m = 0,0012 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in
Inside sectional area A
: 0,0004 ft2
-7 3 Q 4,77.10 ft /s Kecepatan linier, v = = 0,0012 ft/s A 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : (64,2295 lbm/ft 3 )(0,0012 ft/s)(0,0224 ft ) NRe= ρ v D = = 0,7299 (aliran viscous) 0,00235 lbm/ft s
Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 4,4918 diperoleh harga faktor fanning f = 0,175 (Geankoplis, 2003).
Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A v2 0,0012 2 = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1 / 2)(32,174) A1 2 gc = 2,21.10-8 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
3 elbow 90°
hf
=n.Kf.
0,0012 2 v2 =3(0,75) = 4,97.10-8 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf
= n Kf
0,0012 2 v2 = 1(2) = 4,42.10-8 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
20. 0,0012 L v 2 = 4(0,175) D 2 gc 0,0224232,174 2
Pipa lurus 20 ft
Ff
= 4f
= 1,38.10-5 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
A v2 0,0012 2 = n 1 1 = 1 1 02 21 / 232,174 A2 2 gc
hex
= 4,42.10-8 ft lbf/lbm F = 1,4 . 10-5 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 1997)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 2 m = 6,5616 ft
0
32,174 6,5166 0 1,4.10 5 Ws 0 32,174
-Ws = 6,5616 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 8,202 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
8,202 4,77.10 -7 64,2295 550
4,57.10 7 hp
Digunakan daya motor standar 1/64 hp.
LD.19 Cation Exchanger (V-09) Fungsi
: Mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240, Grade 340 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Laju massa air (F)
= 242,8308 kg/jam
Densitas air ()
= 997,08
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
(Geankoplis, 2003)
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 2 ft = 0,6096 m = 24,0002 in
- Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
Faktor keamanan : 20 % Tinggi resin
= 2,5 ft = 0,762 m
Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup
= ¼ 0,6096 m= 0,1524 m
Tinggi cation exchanger = 0,9144 + 2 (0,1524) = 1,2192 m Tebal dinding tangki Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 = 7,4459 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 7,4459 kPa = 108,7709 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (108,7709 kPa) = 130,5251 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
130,5251 24,0002 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 130,5251
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1393 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
130,5251 24,0002 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 130,5251
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1393 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 24,0002 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1393 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. LD.20 Pompa Cation Exchanger (J-11) Fungsi
: Memompa air dari Cation Exchanger (V-09) ke Anion Exchanger (V-11)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Universitas Sumatera Utara
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 242,8308 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
242,8308 kg/jam F ρ 997,08 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,0000677 m3/s = 0,0024 ft3/s Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0000677 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0118 m = 0,4662 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in
Inside sectional area A
: 0,0021 ft2
Kecepatan linier, v =
3 Q 0,0024 ft /s = = 1,1316 ft/s A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (62,2455 lbm/ft 3 )(1,1316 ft/s)(0,0518 ft ) = 0,00057 lbm/ft s
= 6353,3611 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002; /D = 0,0022, pada NRe = 6353,3611 diperoleh harga faktor fanning f = 0,008 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A2 v2 1,1316 2 = 0,5 1 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,01 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
hf
= n.Kf.
1,1316 2 v2 = 3(0,75) = 0,0448 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Universitas Sumatera Utara
1 check valve
hf
1,1316 2 v2 = 1(2) = 0,0398 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
= n Kf
20. 1,1316 L v 2 = 4(0,008) D 2 gc 0,0687232,174 2
Pipa lurus 20 ft
Ff
= 4f
= 0,3072 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,1316 2 = n 1 1 = 1 1 02 2132,174 A2 2 gc = 0,0199 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,4216 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 2,5 m = 8,202 ft
0
32,174 8,202 0 0,4216 Ws 0 32,174 -Ws = 8,6236 ft lbf/lbm
Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp = -Ws / η = 10,7795 ft. lbf/lbm Daya pompa : P =
Wp.Q. 10,7795 0,0024 62,2455 0,0029 hp 550 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.21 Tangki Pelarutan NaOH (V-10) Fungsi
: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH)
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240, Grade 340 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Tekanan
= 101,325 kPa
NaOH yang digunakan berupa larutan 4 ( berat) Laju massa NaOH (F)
= 0,0794 kg/jam
Densitas NaOH 4 (ρ)
= 1039,76 kg/m3 = 64,9099 lbm/ft3
Viskositas NaOH 4 (μ)
= 0,00043 lbm/ft s = 0,64 cP
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Na OH =
0,0794kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 1,375 m3 3 0,04 x1039,76kg / m
Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 1,375 = 1,65 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh
Universitas Sumatera Utara
1,65 =
5 3 D 3 + D 16 12
1,65 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 1,0987 m = 43,2565 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 1,3734 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,2747 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 1,9228 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
1,375m 3 1,9228 m 1,6023m 1,65m 3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1039,76 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,6023 m = 16,3268 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 16,3268 kPa = 117,6518 kPa P desain = 1,2 × 117,6518 = 141,1822 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
Universitas Sumatera Utara
t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
141,1822 43,2565 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 141,1822
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1529 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
141,1822 43,2565 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 141,1822
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1529 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 43,2565 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,149 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. 4. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun enam bilah datar
Jumlah baffle
: 4 buah
(Badger ,dkk., 1950)
Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ;
1/3 × 1,0987 = 0,3662 m
E/Da
=1
;
0,3662 m
L/Da
=¼
;
¼ × 0,3662
= 0,0916 m
W/Da = 1/5 ;
1/5 × 0,3662 = 0,0732 m
J/Di
1/12 × 1,0987 = 0,0916 m
= 1/12 ;
Dimana : Da
= diameter impeller
Universitas Sumatera Utara
Di
= diameter tangki
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 0,1 putaran / detik
N Di 2 10985,6235 Bilangan Reynold (NRe) = Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 1, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 5. Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5 Daya pengaduk = 5 × 1039,76 × 0,13 × (0,3662)5 = 0,0043 hp. Efisiensi motor = 80% Daya motor = 0,0054 hp Digunakan daya motor standar 1/4 hp.
LD.22 Pompa NaOH (J-10) Fungsi
: Memompa larutan NaOH dari Tangki Pelarutan NaOH (V-10) ke Anion Exchanger (V-11)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Densitas NaOH ()
= 1039,76 kg/m3 = 64,9099 lbm/ft3
Viskositas NaOH (μ)
= 0,00043 lbm/ft s = 0,64 cP
Laju alir massa (F)
= 0,07943 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
F 2,12.10-8 m3/s = 7,4933.10-7 ft3/s ρ
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : untuk aliran viscous NRe < 2100 Di,opt = 0,133 Q 0,4 0,2
(Peters, 2004)
= 0,133 (2,12.10-8 m3/s)0,4 (0,64/1000 Pa s)0,2 = 2,6.10-5 m = 0,00103 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in
Inside sectional area A
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v =
Q = 0,0019 ft/s A
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (64,9099 lbm/ft 3 )(0,0019 ft/s)(0,0224 ft ) = 0,00043 lbm/ft s
= 6,3381 (aliran viscous)
Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 39,0034 diperoleh harga faktor fanning f = 0,175 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A2 v2 0,0019 2 0 , 5 ( 1 0 ) = 0,5 1 = 2(1 / 2)(32,174) A1 2 gc = 5,45.10-8 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
hf = n.Kf.
0,0019 2 v2 = 3(0,75) = 1,23.10-7 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
0,0019 2 v2 = n Kf = 1(2) = 1,09.10-7 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf
Pipa lurus 20 ft
L v 2 20. 0,00192 Ff = 4f = 4(0,175) D 2 gc 0,0224232,174 = 3,41 . 10-5 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 sharp edge exit
hex
A v2 0,0019 2 = n 1 1 = 1 1 02 21 / 232,174 A2 2 gc = 1,09.10-7 ft lbf/lbm
F = 3,45 . 10-5 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 1997)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 2 m = 6,5616 ft
0
32,174 6,5616 0 3,45.10 5 Ws 0 32,174
-Ws = 6,5616 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 8,202 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
8,202 7,4933.10 -7 64,9099 550
7,23.10 7 hp
Digunakan daya motor standar 1/64 hp.
LD.23 Anion Exchanger (V-11) Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat di dalam air
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240, Grade 340 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Laju massa air (F)
= 242,8308 kg/jam
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 2 ft = 0,6096 m
- Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
Faktor keamanan : 20 % Tinggi resin
= 2,5 ft = 0,7620 m
Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m = 2 ft = 24,0002 in Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup
= ¼ 0,6096 m= 0,1524 m
Tinggi anion exchanger = 0,9144 + 2 (0,1524) = 1,2192 m
Tebal dinding tangki Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 = 7,4459 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 7,4459 kPa = 108,7709 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (108,7709 kPa) = 130,5251 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
130,5251 24,0002 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 130,5251
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1393 in
Universitas Sumatera Utara
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
130,5251 24,0002 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 130,5251
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1393 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 24,0002 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1393 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. LD.24 Pompa Anion Exchanger (J-12 ) Fungsi
: Memompa air dari Anion Exchanger (V-11) ke Deaerator (V-12) dan RU
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,00057 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003) (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 242,8308 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
242,8308 kg/jam F ρ 997,08 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,0000677 m3/s = 0,0024 ft3/s
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0000677 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0118 m = 0,4662 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in
Inside sectional area A
: 0,0021 ft2
Kecepatan linier, v =
3 Q 0,0024 ft /s = = 1,1316 ft/s A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (62,2455 lbm/ft 3 )(1,1316 ft/s)(0,0518 ft ) = 0,00057 lbm/ft s
= 6353,3611 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002; /D = 0,0022, pada NRe = 6353,3611 diperoleh harga faktor fanning f = 0,008 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A v2 1,1316 2 = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,01 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
1 check valve
hf
1,1316 2 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,0448 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
hf
1,1316 2 v2 = n Kf = 1(2) = 0,0398 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
30. 1,1316 L v 2 = 4f = 4(0,008) D 2 gc 0,0687232,174 2
Pipa lurus 30 ft
Ff
= 0,3225 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,1316 2 = n 1 1 = 1 1 02 2132,174 A2 2 gc = 0,0199 ft lbf/lbm
F = 0,4369 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 2 m = 6,5616 ft
0
32,174 6,5616 0 0,4369 Ws 0 32,174 -Ws = 6,9985 ft lbf/lbm
Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp = -Ws / η = 8,7482 ft. lbf/lbm Wp.Q. 8,7482 0,0024 62,2455 0,0024 hp 550 550
Daya pompa : P =
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.25 Deaerator (V-12) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut di dalam air
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240, Grade 340 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 90oC
Laju massa air (F)
= 242,8308 kg/jam
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 24 jam
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tang ki V Deaerator =
242,8308kg / jam 24 jam = 1,9483 m3 3 997,08kg / m
V Deaerator = 514,6918 gal Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 1,9483 = 2,338 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 2,338 =
5 3 D 3 + D 16 12
2,338 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 1,2341 m = 48,5849 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 1,5426 m D
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,3085 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 2,1596 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
1,9483m 3 2,1596 m 1,7997m Tinggi cairan dalam tangki, h = 2,338 m 3 Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,7997 m = 17,5853 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 17,5853 kPa = 119,9103 kPa P desain = 1,2 × 119,9103 = 142,6923 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
142,6923 48,5849 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 142,6923
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1567 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in.
Universitas Sumatera Utara
Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
142,6923x48,5849 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 142,6923
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1566 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 48,5849 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1520 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. LD.26 Pompa Deaerator (J-13) Fungsi
: Memompa air dari Deaerator (V-12) ke Ketel Uap (V-13)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,855 cP = 0,000575 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003) (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 242,8308 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
242,8308 kg/jam F ρ 997,08 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,0000677 m3/s = 0,0024 ft3/s
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0000677 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,0118 m = 0,4662 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in
Inside sectional area A
: 0,0021 ft2
Kecepatan linier, v =
3 Q 0,0024 ft /s = = 1,1322 ft/s A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (62,2455 lbm/ft 3 )(1,1322 ft/s)(0,0518 ft ) = 0,000575 lbm/ft s
= 6356,6776 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002; /D = 0,0029, pada NRe = 6356,6776 diperoleh harga faktor fanning f = 0,007 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A v2 1,1322 2 = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,001 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
1 check valve
hf
1,1322 2 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,0448 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
hf
1,1322 2 v2 = n Kf = 1(2) = 0,0398 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
100. 1,1322 L v 2 = 4f = 4(0,007) D 2 gc 0,0687232,174 2
Pipa lurus 100 ft
Ff
= 1,0761 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,1322 2 = n 1 1 = 1 1 02 2132,174 A2 2 gc = 0,0199 ft lbf/lbm
Total friction loss
F =1,1907 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 1 m = 3,2808 ft
0
32,174 3,2808 0 1,1907 Ws 0 32,174 -Ws = 4,4715 ft lbf/lbm
Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp = -Ws / η = 5,5893 ft. lbf/lbm Daya pompa : P =
Wp.Q. 5,5893 0,0024 62,2455 0,0015 hp 550 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.27 Ketel Uap (V-13) Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Ketel pipa api
Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah
: 1 unit
Data : Uap jenuh (saturated steam) yang digunakan bersuhu 230 oC Tekanan saturated steam, P = 27,8102 atm = 2797,6 kPa Kalor laten steam = 1811,7 kJ/kg = 778,8908 Btu/lbm Total kebutuhan uap = 2428,308 kg/jam = 5353,5307 lbm/jam
Universitas Sumatera Utara
Daya Ketel Uap W
34,5 P 970,3 H
dimana: P = daya ketel uap (hp) W = kebutuhan uap (lbm/jam) H = kalor steam (Btu/lbm)
P
5353,5307 1811,7 = 124,5638 hp 34,5 970,3
Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A = P 10 ft2/hp = 124,5638 hp 10 ft2/hp = 1245,6377 ft2
Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: - Panjang tube, L = 20 ft - Diameter tube, 2 in - Luas permukaan pipa, a = 0,622 ft2/ft
(Kern, 1965)
Jumlah tube
Nt
A 1245,6377 = 100,1316 101 buah ' 20 0,622 La
LD.28 Tangki Pelarutan Kaporit (V-14) Fungsi
: Membuat larutan kaporit Ca(ClO)2
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Stainless Steel SA-240, Grade 340
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Tekanan
= 101,325 kPa
Universitas Sumatera Utara
Laju massa Ca(ClO)2 (F)
= 0,00176 kg/jam
Densitas Ca(ClO)2 70 (ρ)
= 1272 kg/m3 = 79,408 lbm/ft3
Viskositas Ca(ClO)2 70 (μ) = 0,00067 lbm/ft s = 1 cP Kebutuhan perancangan
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 90 hari
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
0,00176 kg/jam 90 hari 24 jam/hari 0,7 x 1272 kg/m
3
= 0,0043 m3
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0043 m3 = 0,0051 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 0,0051 =
5 3 D 3 + D 16 12
0,0051 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 0,1604 m = 6,3153 in
Universitas Sumatera Utara
Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 0,2005 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,0401 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 0,2807 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,0043m 3 0,2807 m 0,2339m 0,0051m 3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1272 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,2339 m = 2,9161 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 2,9161 kPa = 104,2411 kPa P desain = 1,2 × 104,2411 = 125,0893 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
125,0893 6,3153 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 125,0893
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1286 in
Universitas Sumatera Utara
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
125,0893 6,3153 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 125,0893
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1286 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 6,3153 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1285 in tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in. 4. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun enam bilah datar
Jumlah baffle
: 4 buah
(Badger ,dkk., 1950)
Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ;
1/3 × 0,1604 = 0,0535 m
E/Da
=1
;
0,0535 m
L/Da
=¼
;
¼ × 0,0535
= 0,0134 m
W/Da = 1/5 ;
1/5 × 0,0535 = 0,0107 m
J/Di
1/12 × 0,1604 = 0,0134 m
= 1/12 ;
Dimana : Da
= diameter impeller
Di
= diameter tangki
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan pengadukan, N = 5 putaran / detik
N Di 2 18183,1667 Bilangan Reynold (NRe) = Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 1, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 5. Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5 Daya pengaduk = 5 × 1272 × 53 × (0,0134)5 = 0,3475 hp. Efisiensi motor = 80% Daya motor = 0,4343 hp Digunakan daya motor standar ½ hp.
LD.29 Pompa Kaporit (J-14) Fungsi
: Memompa larutan kaporit dari Tangki Pelarutan Kaporit (V-14) ke Tangki Utilitas (V-15)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Densitas Ca(ClO)2 ()
= 1272 kg/m3 = 79,4092 lbm/ft3
Viskositas Ca(ClO)2 (μ) = 0,00067 lbm/ft s = 1 cP Laju alir massa (F)
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 0,00176 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
F = 3,85.10-10 m3/s = 1,36.10-8 ft3/s ρ
Desain pompa : untuk aliran viscous NRe < 2100 Di,opt = 0,133 Q 0,4 0,2
(Peters, 2004)
= 0,133 (3,85. 10-10 m3/s)0,4 (1/1000 Pa s)0,2 = 5,73. 10-6 m = 0,000226 in
Universitas Sumatera Utara
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in
Inside sectional area A
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v =
Q = 3,4. 10-5 ft/s A
Bilangan Reynold : NRe =
ρ vD
(Peters, 2004)
(79,4082 lbm/ft 3 )(3,4.10 5 ft/s)(0,0224 ft ) = 0,000672 lbm/ft s
= 0,0901 (aliran viscous)
Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 0,1075 diperoleh harga faktor fanning f = 1,25 (Geankoplis, 2003).
Friction loss: 1 sharp edge entrance hc hc 3 elbow 90°
hf
A2 v2 (3,4.10 5 ) 2 = 0,5 1 = 0,5 (1 0) 2(1 / 2)(32,174) A1 2 gc = 1,8.10-11 ft.lbf/lbm
v2 (3,4.10 5 ) 2 = n.Kf. = 3(0,75) 2 gc 2(32,174) = 4,04.10-11 ft.lbf/lbm
1 check valve
hf
= n Kf
v2 (3,4.10 5 ) 2 = 1(2) 2 gc 2(32,174)
= 3,59.10-11 ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft
Ff
= 4f
L v 2 30.(3,4.10 5 ) 2 = 4(1,25) D 2 gc 0,0224232,174
= 1,2.10-7 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 sharp edge exit
A v2 3,4.10 -5 2 = n 1 1 = 1 1 0 21 / 232,174 A2 2 gc
hex
2
= 3,59.10-11 ft lbf/lbm F = 1,2.10-7 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 1997)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 4 = 13,1232 ft
0
32,174 13,1232 0 1,2.10 7 Ws 0 32,174
Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 16,4040 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
16,404 1,36.10 -8 79,4082 550
3,2 10 8 hp
Digunakan daya motor standar 1/64 hp.
LD.30 Tangki Utilitas (V-15) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan untuk kebutuhan domestik
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240, Grade 340 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Laju massa air (F)
= 617,3587 kg/jam
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 24 jam
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
617,3587 kg/jam 24 jam 997,08 kg/m
3
= 14,86 m3
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 14,86 m3 = 17,832 m3 2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki
Hs : D = 5 : 4
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2Hs Vs =
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal Vh = Vh =
6
D2Hh
24
D3
Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 17,832 =
5 3 D 3 + D 16 12
17,832 =
19 D 3 48
Maka diameter tangki, D = 2,4292 m = 95,6356 in Tinggi shell tangki,
H Hs = s D 3,0364 m D
Tinggi tutup tangki,
H Hh = h D 0,6073 m D
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 4,2510 m
Universitas Sumatera Utara
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi cairan dalam tangki, h =
14,86m 3 4,251m 3,5425m 17,832m 3
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,5425 m = 34,6152 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: P operasi = 101,325 kPa + 34,6152 kPa = 135,9402 kPa P desain = 1,2 × 135,9402 = 163,1283 kPa Joint efficiency, E = 0,85
(Peters, dkk., 2004)
Allowable stress, S = 128.900 kPa
(Peters, dkk., 2004)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, dkk., 2004)
Umur alat, n = 10 tahun Tebal shell tangki : t=
P D nC 2SE 1,2 P
t=
163,1283 95,6356 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 1,2 163,1283
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1963 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in. Tebal tutup tangki bawah : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
163,1283 95,6356 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 163,1283
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1962 in
Universitas Sumatera Utara
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in. Tebal tutup tangki atas : t=
P D nC 2SE 0,2 P
t=
121,5900 95,6356 10 (1 / 80) 2 128900 0,85 0,2 121,5900
(Peters, dkk., 2004)
t = 0,1781 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in..
LD.31 Pompa Domestik (J-15) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas (V-15) ke kebutuhan domestik
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,000575 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003) (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 617,3587 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
617,3587 kg/jam F ρ 997,08 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,000172 m3/s = 0,00607 ft3/s Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,000172 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,018 m = 0,7094 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ¾ in
Schedule number
: 40
Universitas Sumatera Utara
Diameter Dalam (ID)
: 0,824 in = 0,0687 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,05 in
Inside sectional area A
: 0,0037 ft2
3 Q 0,00607 ft /s = = 1,6371 ft/s Kecepatan linier, v = A 0,0037 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
ρ v D (62,2455 lbm/ft 3 )(1,6371 ft/s)(0,0687 ft ) = = 0,000575 lbm/ft s = 12175,9408 (aliran turbulen)
Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002; /D = 0,00022, pada NRe = 12175,9408 diperoleh harga faktor fanning f = 0,0008 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A2 v2 1,63712 0 , 5 ( 1 0 ) = 0,5 1 = 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0208 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
1 check valve
hf
1,63712 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,0937ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
hf
1,6371 2 v2 = n Kf = 1(2) = 0,0833 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
200. 1,6371 L v 2 = 4f = 4(0,008) D 2 gc 0,0874232,174 2
Pipa lurus 200 ft
Ff
= 3,8818 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A1 v 2 1,63712 2 = n 1 = 1 1 0 2132,174 A2 2 gc = 0,0416 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 4,1213ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 5 m = 16,404 ft
0
32,174 16,404 0 4,1213 Ws 0 32,174 -Ws = 20,5253 ft lbf/lbm
Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp = -Ws / η = 25,6566 ft. lbf/lbm Daya pompa : P =
Wp.Q. 25,6566 0,00607 62,2455 0,0176 hp 550 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.32 Pompa Cooling Tower (J-16) Fungsi
: Memompa air dari Water Cooling Tower (WCT) ke kebutuhan air pendingin
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 25 oC
Densitas air ()
= 997,08 kg/m3 = 62,2455 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,000575 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003) (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 63083,3776 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
63083,3776 kg/jam F ρ 997,08 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,01757 m3/s = 0,621 ft3/s Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,01757 m3/s)0,45 (997,08 kg/m3)0,13 = 0,145 m = 5,6899 in
Universitas Sumatera Utara
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 6 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 6,065 in = 0,5054 ft
Diameter Luar (OD)
: 6,625 in
Inside sectional area A
: 0,2006 ft2
Kecepatan linier, v =
3 Q 0,621 ft /s = = 3,0938 ft/s A 0,2006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (62,2455 lbm/ft 3 )(3,0938 ft/s)(0,5054 ft ) = 0,000575 lbm/ft s
= 169366,093 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002; /D = 0,00022, pada NRe = 169366,093 diperoleh harga faktor fanning f = 0,004 (Geankoplis, 2003). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A v2 3,0938 2 = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0744 ft lbf/lbm
3 elbow 90°
hf
= n.Kf.
3,0938 2 v2 = 3(0,75) = 0,3347 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf
= n Kf
3,0938 2 v2 = 1(2) = 0,2975 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
200. 3,0938 L v 2 = 4(0,004) D 2 gc 0,0874232,174 2
Pipa lurus 200 ft
Ff
= 4f
= 0,9418 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 3,0938 2 2 = n 1 1 = 1 1 0 2132,174 A2 2 gc = 0,1487 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 1,797 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 5 m = 16,404 ft
0
32,174 16,404 0 1,797 Ws 0 32,174 -Ws = 18,201 ft lbf/lbm
Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, dkk., 2004)
Wp = -Ws / η = 22,7513 ft. lbf/lbm Daya pompa : P =
Wp.Q. 22,7513 0,621 62,2455 1,598 hp 550 550
Digunakan daya motor standar 2 hp.
LD.33 Water Cooling Tower (WCT) Fungsi
: Menurunkan temperatur air pendingin bekas dari temperatur 40 oC menjadi 25 oC
Jenis
: Mechanical draft cooling tower
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-53 grade B
Jumlah
: 1
Temperatur air masuk, T2
= 40 oC = 104 oF
Temperatur air keluar, T1
= 25 oC = 77 oF
Suhu udara (TG1)
= 30 C = 86 F
Dari Gambar 9.3-2 Geankoplis(2003) diperoleh suhu bola basah, Tw = 18oC = 64,4oF dan H = 0,01 kg uap air/kg udara kering Dari Gambar 12-14, Perry dan Green (1997) diperoleh konsentrasi air = 1,7 gal/ft2menit Densitas air (40oC)
= 992,25 kg/m3
Laju massa air pendingin bekas
= 61911,6039 kg/jam
Laju volumetrik air pendingin
= 61911,6039/992,25 = 62,3324 m3/jam
Kapasitas air, Q
(Geankoplis, 2003)
= 62,3324 m3/jam 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam = 274,4389 gal/menit
Universitas Sumatera Utara
Faktor keamanan
= 20%
Luas menara, A
= 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (274,4389 gal/menit/(1,7 gal/ft2.menit) = 193,721602 ft2
62,3324 kg/jam 1 jam (3,2808 ft) 2 Laju alir air tiap satuan luas (L) = 193,721602 ft 2 3600 s 1 m 2 = 0,2913 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan
=5:6
Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G)
= 6/5 . 0,2913 = 0,3495 kg/s.m2
Perhitungan Tinggi Menara Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (2003): Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,01).103 (25– 0) + 2,504.103 (0,01) Hy1 = 50609 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (2003) diperoleh: 0,3495(Hy2 – 50609) = 0,2913(4,187.103).(40-25) Hy2 = 102946,5 J/kg 500 450
Entalpi Hy, (J/kg) x 103
400 350 300 250 200 150 Garis Kesetimbangan Garis Operasi
100 50
0 0
10
20
30
40
50
60
70
T cair (oC)
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Water Cooling Tower (WCT)
Universitas Sumatera Utara
Ketinggian menara, z
G M kG a P
Hy 2
Hy1
dHy Hy * Hy
(Geankoplis, 2003)
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin hy (J/kg)
hy* (J/kg)
1/(hy*-hy) (kg/J)
50609
74523,42
0,0000418
68050
96651,66
0,0000350
85495
125350,4
0,0000251
102946,5
162570,8
0,0000168
0.045 1/(Hy*-Hy) , (Kg/J) x 103
0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0
25000
50000
75000
100000
125000
Hy, (J/Kg)
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy)
Luas daerah dibawah kurva = 1,5332 Hy 2
Hy1
dHy = 1,5332 Hy * Hy
Asumsi : kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 Maka ketinggian menara, z
=
(Geankoplis, 2003).
0,3495 1,5332 29 1,207 10 7 1,013 10 5
= 1,3879 m
Universitas Sumatera Utara
Diambil performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry dan Green (1997) diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2 193,7216 ft2 = 5,8116 hp Digunakan daya standar 6 hp.
Perhitungan Unit Pengolahan Limbah Cair LD.34 Pompa Bak Penampung (JL-01) Fungsi
: Memompa limbah cair dari Bak Penampungan (BP) ke Bak Pengendapan Awal (BPA)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1581 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,000575 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir volumetrik (Q) = 6,6 . 10-5 m3/s = 2,33. 10-3 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (6,6 . 10-5 m3/s)0,45 (995,68 kg/m3)0,13 = 0,0117 m = 0,4608 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0021 ft2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linier, v =
3 Q 0,00233 ft /s = = 1,1041 ft/s A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,1041 ft/s)(0,0518 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 6194,1758 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0029, pada NRe = 6194,1758 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,009 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 1,10412 = 0,5 (1 0) 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0095 3 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
1,10412 v2 hf = n.Kf. = 3(0,75) = 0,0426 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf = n Kf
Pipa lurus 30 ft
30. 1,1041 L v 2 Ff = 4f = 4(0,008) D 2 gc 0,0518232,174
1,10412 v2 = 1(2) = 0,0379 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174) 2
= 0,3947 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,40252 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0189 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,5037 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 0,6 m = 1,9685 ft
0
32,174 1,9685 0 0,5037 Ws 0 32,174
-Ws = 2,4722 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 3,0902 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
3,09020,0023362,2002 = 0,0008 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.33 Pompa Bak Pengendapan Awal (JL-02) Fungsi
: Memompa limbah cair dari Bak Pengendapan Awal (BPA) ke Bak Netralisasi (BN)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1581 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,000575 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir volumetrik (Q) = 6,6 . 10-5 m3/s = 2,33. 10-3 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (6,6 . 10-5 m3/s)0,45 (995,68 kg/m3)0,13 = 0,0117 m = 0,4608 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi :
Universitas Sumatera Utara
Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0021 ft2 Kecepatan linier, v =
3 Q 0,00233 ft /s = = 1,1041 ft/s A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,1041 ft/s)(0,0518 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 6194,1758 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0029, pada NRe = 6194,1758 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,009 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 1,10412 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0095 3 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
hf = n.Kf.
1,10412 v2 = 3(0,75) = 0,0426 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf = n Kf
1,10412 v2 = 1(2) = 0,0379 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Pipa lurus 30 ft
Ff = 4f
30. 1,1041 L v 2 = 4(0,008) D 2 gc 0,0518232,174 2
= 0,3947 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,40252 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0189 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
F = 0,5037 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 1 m = 3,2808 ft
0
32,174 3,2808 0 0,5037 Ws 0 32,174
-Ws = 3,7845 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 4,7306 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
4,73060,0023362,2002 = 0,0012 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
LD.34 Pompa Bak Netralisasi (JL-03) Fungsi
: Memompa limbah cair dari Bak Netralisasi (BN) ke tangki sedimentasi
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1581 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
Viskositas air () = 0,86 cP = 0,000575 lbm/ft s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir volumetrik (Q) = 6,6 . 10-5 m3/s = 2,33. 10-3 ft3/s
Desain pompa : untuk aliran turbulen NRe > 2100
Universitas Sumatera Utara
Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, dkk.,2004)
= 0,363 (6,6 . 10-5 m3/s)0,45 (995,68 kg/m3)0,13 = 0,0117 m = 0,4608 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in
Luas penampang dalam (A) : 0,0021 ft2 Kecepatan linier, v =
3 Q 0,00233 ft /s = = 1,1041 ft/s A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold : NRe = =
ρ vD
(Peters, dkk., 2004)
(62,2002 lbm/ft 3 )(1,1041 ft/s)(0,0518 ft ) 0,00057 lbm/ft s
= 6194,1758 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,0002 ; /D = 0,0029, pada NRe = 6194,1758 (diperoleh harga faktor fanning f = 0,009 (Geankoplis, 2003). Friction loss :
A v2 1,10412 1 sharp edge entrance hc = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0095 3 ft lbf/lbm 3 elbow 90°
1,10412 v2 hf = n.Kf. = 3(0,75) = 0,0426 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
1,10412 v2 hf = n Kf = 1(2) = 0,0379 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Pipa lurus 30 ft
30. 1,1041 L v 2 Ff = 4f = 4(0,008) D 2 gc 0,0518232,174 2
Universitas Sumatera Utara
= 0,3947 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,40252 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,0189 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,5037 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 3,5 m = 11,4828 ft
0
32,174 11,4828 0 0,5037 Ws 0 32,174
-Ws = 11,9865 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 14,9831 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
14,98310,0023362,2002 = 0,0039 hp 550
Digunakan daya motor standar ¼ hp.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik pembuatan 2-feniletanol ini digunakan asumsi sebagai berikut : Pabrik beroperasi selama 300 hari dalam setahun Kapasitas maksimum adalah 1.000 ton/tahun Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchased-equipment delivered (Peters, 2004) Harga alat disesuaikan dengan basis 3 Desember 2012, dimana nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah US$ 1 = Rp 9.583,- (Bank Mandiri, 3 Desember 2012)
E.1
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) A.
Biaya Tanah Lokasi Pabrik
Harga tanah untuk kebutuhan pabrik dan industri di daerah Medan Deli adalah Rp. 1.000.000,- /m2 Luas tanah seluruhnya
= 11.000 m2
Harga tanah seluruhnya
= 11.000 m2 Rp. 1.000.000,- /m2 = Rp. 11.000.000.000,-
Biaya perataan tanah diperkirakan 5 dari harga tanah seluruhnya (Peters, 2004). Biaya perataan tanah = 0,05 Rp 11.000.000.000,- = Rp 550.000.000,Total biaya tanah (A) = Rp 11.000.000.000,- + Rp 550.000.000,= Rp 11.550.000.000,-
Universitas Sumatera Utara
B. Harga Bangunan Tabel LE.1 Estimasi Perincian Harga Bangunan Harga Bangunan Pos Jaga Rumah Timbangan Parkir Area Bahan Baku Ruang Kontrol Area Proses Area Produk Perkantoran Laboratorium Poliklinik Kantin Ruang Ibadah Gudang Peralatan Ruang Boiler Bengkel Unit Pemadam Kebakaran Unit Pengolahan Air Unit Pembangkit Listrik Unit Pengolahan Limbah Areal Perluasan Jalan Perumahan Mess Perpustakaan Unit Pemompaan Gudang B3 RTH Total
Luas (m2) 50 50 450 300 100 2.000 200 250 100 50 60 40 50 100 100 100 800 100 400 1.000 750 2.200 960 100 20 50 1.100 11.000
Harga (Rp/m2) 800.000 1.000.000 700.000 2.000.000 2.000.000 2.500.000 2.000.000 3.500.000 3.500.000 1.700.000 1.000.000 800.000 1.000.000 1.500.000 800.000 1.500.000 2.000.000 1.500.000 2.000.000 1.000.000 700.000 1.500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 1.000.000 700.000
Jumlah (Rp) 40.000.000 50.000.000 315.000.000 600.000.000 200.000.000 5.000.000.000 400.000.000 875.000.000 350.000.000 85.000.000 60.000.000 32.000.000 50.000.000 150.000.000 80.000.000 150.000.000 1.600.000.000 150.000.000 800.000.000 1.000.000.000 525.000.000 3.300.000.000 960.000.000 150.000.000 40.000.000 50.000.000 770.000.000 17.782.000.000
Total biaya bangunan (B) = Rp 17.782.000.000,-
C. Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dibagi menjadi 2 bagian yaitu harga peralatan non-Impor dan harga peralatan impor. C.1 Harga Peralatan non-Impor
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.2 Estimasi Harga Peralatan Proses- non-Impor Kode J-101 J-102 J-103 J-201 J-202 J-203 J-204 J-205 J-206 C-101 JC-101 JC-201
Jumlah (Unit) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Total
Ket :
Harga (Rp) 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 14.375.000 12.000.000 33.500.000
Harga Total (Rp) 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 28.750.000 24.000.000 67.000.000 164.750.000
Harga Pompa : PT. Aneka Pompa Teknik Perkasa, 2012 Harga Convenyor, kompressor serta expander : diasumsikan sama dengan harga impor (Alibaba.com)
Untuk beberapa peralatan proses seperti yang ditabelkan di Tabel E.3, harga per alat tersebut merupakan total harga dari tiap bagian peralatan. Contoh : TT-101 Tangki Penyimpanan Hidrogen (TT-101) dari Lampiran C, dengan bagian :
Silinder Diameter : 5,2202 m Tinggi
: 6,5253 m
Tebal
: 0,08255 m (3 ¼ in)
Maka volume silinder tersebut dapat dihitung : V = 5,2202 × 6,5253 × 0,08255 = 2,8119 m3.
Tutup Atas Diameter : 5,2202 m → r = 2,6101 m Tinggi
: 1,3051 m
Tebal
: 0,08255 m ( 3 ¼ in)
Maka volume tutup atas (selimut bola kosong) dapat dihitung : V = 4/6 × 3,14 × (2,6101-(2,6101-0,08255)3)
Universitas Sumatera Utara
V = 3,4213 m3.
Tutup Bawah Diameter : 5,2202 m → r = 2,6101 m Tinggi
: 1,3051 m
Tebal
: 0,08255 m ( 3 ¼ in)
Maka volume tutup atas (selimut bola kosong) dapat dihitung : V = 4/6 × 3,14 × (2,6101-(2,6101-0,08255)3) V = 3,4213 m3. Volume total stainless steel 304 adalah = 2,8119 + 3,4213 + 3,4213 = 9,6545m3 Densitas stainless steel 304 = 7930 kg/m3
(Goodfellow, 2012)
Maka massa stainless steel = 76560,25 kg. Harga per kg stainless steel = Rp 24.000,-
(Alibaba, 2012)
Maka harga tangki = 76560,25× 24.000 = Rp 753.148.145,dengan cara yang sama untuk mendapatkan perkiraan harga untuk alat-alat lainnya seperti ditabelkan di Tabel E.3. Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses - Terangkai Kode TT-101 TT-102 TT-103 M-101 R-101 FG-201 TD-201 ACC-201 TT-201
Jumlah (Unit) 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Harga/Unit (Rp) 753148145 8848468 147066517 25227010 215997765 14289520 603389385 8550219 146756764
Total
Harga Total (Rp) 753.148.145 8.848.468 147.066.517 25.227.010 215.997.765 14.289.520 603.389.385 8.550.219 146.756.764 1.923.273.793
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas - non-Impor *) Kode J-01 J-02 J-03 J-04 J-05
Jumlah (Unit) 2 2 2 2 2
Harga/ Unit (Rp) 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000
Harga Total (Rp) 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas - non-Impor *) (Lanjutan) J-06 J-07 J-08 J-09 J-10 J-11 J-12 J-13 J-14 J-15 J-16
2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 2 2.500.000 30 *) sumber : PT. Aneka Pompa Teknik Perkasa, 2012
5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 80.000.000
Tabel LE.5 Estimasi Harga Peralatan Utilitas – Terangkai Kode S-01 V-01 V-02 V-03 V-04 V-05 V-06 V-07 V-08 V-10 V-12 V-14 V-15
Jumlah (Unit)
Harga/ Unit (Rp) 2.300.000 3.407.343 3.407.343 6.218.331 5.820.269 13.604.347 891.488 12.939.410 8.039.250 9.773.784 6.026.411 5.098.123 31.189.470
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Total
Harga Total (Rp) 2.300.000 3.407.343 3.407.343 6.218.331 5.820.269 13.604.347 891.488 12.939.410 8.039.250 9.773.784 6.026.411 5.098.123 31.189.470 108.715.569
Tabel LE.6 Harga Peralatan Pengolahan Limbah Cair – non-Impor *) Kode JL-01 JL-02 JL-03
Jumlah (unit)
Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) 2.500.000 5.000.000 2.500.000 5.000.000 2.500.000 5.000.000 Total 15.000.000 *) sumber : PT. Aneka Pompa Teknik Perkasa, 2012 2 2 2
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.7 Estimasi Harga Peralatan Pengolahan Limbah Cair – Terangkai Kode BP BPA BN TS Total
Jumlah (Unit) 1 1 1 1
Harga/ Unit (Rp) 25.916.878 812.957 4.296.705 1.042.681
Harga Total (Rp) 25.916.878 812.957 4.296.705 1.042.681 32.069221
C.2 Harga Peralatan Impor Harga peralatan yang diimpor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :
X Cx Cy 2 X1 dimana: Cx
m
Ix I y
(Peters, 2004)
= harga alat pada tahun 2012
Cy
= harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia
X1
= kapasitas alat yang tersedia
X2
= kapasitas alat yang diinginkan
Ix
= indeks harga pada tahun 2012
Iy
= indeks harga pada tahun yang tersedia
m
= faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2012 digunakan metode regresi koefisien korelasi :
r
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2 n ΣYi 2 ΣYi 2
(Montgomery, 1992)
Tabel LE.8 Harga Indeks Marshall dan Swift No 1 2 3 4 5 6 7
Tahun (Xi) 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995
Indeks (Yi) 895 915 931 943 967 993 1028
Xi.Yi 1780155 1820850 1853621 1878456 1927231 1980042 2050860
Xi ² 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025
Yi ² 801025 837225 866761 889249 935089 986049 1056784
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.8 Harga Indeks Marshall dan Swift (Lanjutan) 8 1996 1039 2073844 3984016 1079521 9 1997 1057 2110829 3988009 1117249 10 1998 1062 2121876 3992004 1127844 11 1999 1068 2134932 3996001 1140624 12 2000 1089 2178000 4000000 1185921 13 2001 1094 2189094 4004001 1196836 14 2002 1103 2208206 4008004 1216609 Total 27937 14184 28307996 55748511 14436786 (Sumber : Tabel 6-2, Peters, 2004)
Data :
n = 14
∑ Xi = 27937
∑ XiYi = 28307996 ∑ Xi ² = 55748511
∑ Yi = 14184 ∑ Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE.2, maka diperoleh harga koefisien korelasi : r=
(14) (28307996) - (27937)(14184) 0.984 {[(14) (55748511) - (27937)²]× [(14)(14436786) - (14184)²]}½
r = 0,984 ≈ 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 (2008)
X
= variabel tahun ke n
a, b = tetapan persamaan regresi
Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi a n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Universitas Sumatera Utara
Maka : b =
(14)(28307996) (27937)(14184) 53536 16,8088 3185 (14)(55748511) (27937) 2
a =
(14184)(55748511) (27937)(28307996) 103604228 32528,8 3185 (14)(55748511) (27937) 2
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah : Y=a+bX Y = – 32528,8 + 16,8088 X Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2012 adalah : Y = – 32528,8 + 16,8088 (2012) Y = 1290,5056
Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall dan Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya diasumsikan sebesar 0,6 (Peters, 2004).
Contoh perhitungan harga peralatan : a. Heater (E-101) Kapasitas Heater, X2 = 26,48 ft2. Dari Gambar 14-15 Peters, 2004 diperoleh untuk luas perpindahan panas (X1) 100 ft2 adalah US $ 2500. Dari tabel 6-4, Peters et al, 2004, faktor eksponen untuk (m) 0,44. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) adalah 1103. Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1290,5056. Maka estimasi harga heater untuk X2 = 26,48 ft2 adalah : 26,48 Cx = US$ 2500 60
0 , 44
×
Rp.9583 1290,5056 × 1 US$ 1103
Cx = Rp. 352.013.064,-/unit Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel LE.9 untuk peralatan proses dan Tabel LE.10 untuk peralatan utilitas
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.9 Estimasi Harga Peralatan Proses - Impor Kode E-101 E-102 E-201 E-202 E-203 E-204 E-205
Jumlah (unit) 1 1 1 1 1 1 1 Total
Harga / Unit (Rp) 352.013.064 4.793.637 13.601.793 470.627.429 211.345.406 194.419.729 192.037.339
Harga Total (Rp) 352.013.064 4.793.637 13.601.793 470.627.429 211.345.406 194.419.729 192.037.339 1.438.840.790
Tabel LE.10 Estimasi Harga Peralatan Utilitas - Impor Kode V-09 V-11 V-13
Jumlah (unit) 1 1 1
Harga / Unit (Rp) 34.730.029 34.730.029 1.183.585.152 Total
Harga Total (Rp) 34.730.029 34.730.029 1.183.585.152 1.253.045.210
Tabel LE.11 Estimasi Harga Pembangkit Listrik - Impor Alat Jumlah (unit) Generator 3
Harga / Unit (Rp) 239.575.000
Total Harga generator : Alibaba, 2012
Harga Total (Rp) 718.725.000 718.725.000
Total Harga peralatan Tabel LE.12 Rangkuman Total Harga Peralatan dan Jumlah Peralatan No 1 2 3
Asal
Harga (Rp) 3.410.611.000 2.323.808.593 5.734.419.583
Impor Non-Impor Total
Jumlah alat 13 88 101
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
Biaya transportasi
= 5
-
Biaya asuransi
= 1
-
Bea masuk
= 15
-
PPn
= 10
-
PPh
= 10
Universitas Sumatera Utara
= 0,5
-
Biaya gudang di pelabuhan
-
Biaya administrasi pelabuhan = 0,5
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 43
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
PPn
= 10
-
PPh
= 1,5 (Pasal 22 UU No 21/1997)
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 12,5
Maka, total harga peralatan adalah: Harga impor = 1,43 x (Rp 3.410.611.000,-)
= Rp. 4.877.173.730,-
Harga non impor = 1,125 (Rp. 2.323.808.593,-)
= Rp. 2.614.284.656,Rp. 7.491.458.386,-
Biaya pemasangan diperkirakan 50 dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004). Biaya pemasangan = 0,50 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 3.745.729.193,Sehingga biaya peralatan + pemasangan (C): = Rp. 7.491.458.386,- + Rp. 3.745.729.193,= Rp. 11.237.187.578, Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,26 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 1.947.779.180,-
Universitas Sumatera Utara
Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 70 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,7 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 5.244.020.870, Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instalasi listrik (F)
= 0,2 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 1.498.291.677,-
Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 55 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya insulasi (G) = 0,55 Rp. 7.491.458.386,= Rp 4.120.302.112, Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 7 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,07 Rp 7.491.458.386,= Rp. 524.402.087,-
Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 10 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,1 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 749.145.839,-
Universitas Sumatera Utara
Sarana Transportasi Untuk
mempermudah
pekerjaan,
perusahaan
memberi
fasilitas
sarana
transportasi (J) seperti pada tabel berikut. Tabel LE.13 Biaya Sarana Transportasi No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Jenis Kendaraan
Unit
Tipe
Harga/unit (Rp)
Mobil Dewan Komisaris 3 Land Cruiser Mobil Direktur 1 Toyota Camry Mobil Manager 3 Toyota Vios Mobil Kepala Seksi 14 Avanza Veloz Ambulance 1 Minibus Bus Karyawan 2 Bus Truk 2 Truk Mobil Pemadam Kebakaran 2 Truk Sepeda motor 40 Honda Total Biaya Transportasi Total MITL
1.485.600.000 680.000.000 270.000.000 220.000.000 180.000.000 108.000.000 380.000.000 346.000.000 270.000.000
Harga/total (Rp) 2.971.200.000 680.000.000 270.000.000 660.000.000 2.700.000.000 108.000.000 760.000.000 692.000.000 580.000.000 11.446.800.000
= A+B+C+D+E+F+G+H+I+J = Rp. 66.099.929.343,-
E.1.2 Modal Investasi Tetap Tidak Langsung (MITTL) Pra Investasi Diperkirakan 50 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Pra Investasi (K)
= 0,5 x Rp. 7.491.458.386,= Rp 3.745.729.193,-
Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 42 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L)
= 0,42 x Rp. 7.491.458.386,= Rp. 3.146.412.522,-
Biaya Legalitas Diperkirakan 12 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,12 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 898.975.006,-
Universitas Sumatera Utara
Biaya Kontraktor Diperkirakan 10 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,10 Rp. 7.491.458.386,= Rp. 749.145.839,-
Biaya Tak Terduga Diperkirakan 42 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,42 x Rp. 7.491.458.386,= Rp. 3.146.412.522,-
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp. 11.686.675.081,-
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp. 66.099.929.343,- + Rp. 11.686.675.081,= Rp. 77.786.604.425,-
E.2 Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (90 hari). E.2.1 Persediaan Bahan Baku A. Bahan baku proses 1. Stirena Oksida Kebutuhan
= 141,5894 kg/jam
Harga
= Rp 958.300,- /kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 141,5894 kg/jam Rp 958.300,- /kg
(Alibaba.com, 10 Oktober 2012)
= Rp 293.079.863.563,-
2. Metanol Kebutuhan
= 1,2636 kg/jam
Harga
= Rp. 9.583,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 1,2636 kg/jam x Rp. 9583,-/kg
(Alibaba.com, 10 Oktober 2012)
= Rp 26.157.051,-
Universitas Sumatera Utara
3. Hidrogen Kebutuhan
= 2,3755 kg/jam
Harga
= Rp. 38.332,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 2,3755 kg/jam x Rp. 38.332,-/kg
(Alibaba.com, 10 Oktober 2012)
= Rp 196.683.947,-
4. Natrium Hidroksida Kebutuhan
= 0,0368 kg/jam
Harga
= Rp. 11.000,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 0,0368 kg/jam x Rp. 11.000,-/kg
(CV.Rudang Jaya, 2011)
= Rp 874.683,-
5. Katalis Pd/C 1% Kebutuhan
= 1,0619 kg/jam
Harga
= Rp. 14.374.500,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 1,0619 kg/jam x Rp 114.374.500,-/kg
(Alibaba.com, 10 Oktober 2012)
= Rp 32.941.484.651,-
B. Persediaan bahan baku utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 0,1016 kg/jam
Harga
= Rp 10.000 ,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 0,1016 kg/jam Rp 10.000,- /kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 2.194.520,-
2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 1,2424 kg/jam Harga
= Rp 10.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari x 1,2424 kg/jam Rp 10.000,-/kg = Rp. 26.835.041,-
Universitas Sumatera Utara
3. Kaporit Kebutuhan = 0,00176 kg/jam Harga
= Rp 11.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari 0,00176 kg/jam Rp 11.000,-/kg = Rp 41.910,-
4. H2SO4 Kebutuhan = 0,027 ltr/jam Harga
= Rp 365.000-/l
(CV. Rudang Jaya, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam x 0,027 L/jam Rp 365.000-/L = Rp 21.297.190,-
5. NaOH Kebutuhan
= 0,0794 kg/jam
Harga
= Rp 11.000,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam 0,0794 kg/jam Rp 11.000,-/kg
(PT. Bratachem, 2011)
= Rp 1.887.209,-
6. Solar Kebutuhan = 152,7381 ltr/jam Harga solar untuk industri per 30 Nopember 2012 = Rp. 11.000,-/ltr (Pertamina, 2012) Harga total = 90 hari 24 jam/hari 152,7381 ltr/jam Rp. 11.000,-/ltr = Rp. 3.629.058.131,-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) : = Rp. 329.956.377.895,-
Universitas Sumatera Utara
E.2.2 Kas A. Gaji Pegawai Tabel LE.14 Perincian Gaji Karyawan Jabatan Dewan Komisaris Direktur Sekretaris Staff Ahli Manajer Teknik dan Produksi Manajer Personalia dan Keuangan Manajer Riset & Pengembangan Kepala Teknik Kepala Produksi Kepala Personalia Kepala Keuangan Kepala Seksi Mesin Kepala Seksi Listrik Kepala Seksi Instrumentasi Kepala Seksi Pemeliharaan Pabrik Kepala Seksi Proses Kepala Seksi Utilitas Kepala Seksi K3 Kepala Seksi Akuntansi Kepala Seksi Administrasi Kepala Seksi Kepegawaian Kepala Seksi Humas Kepala Seksi Keamanan Kepala R&D Kepala Seksi QA Kepala Seksi QC Karyawan Proses Karyawan Laboratorium, R&D Karyawan Utilitas Karyawan K3 Karyawan Pemeliharaan Mesin Karyawan Unit Pembangkit Listrik Karyawan Instrumentasi Pabrik Karyawan Pemeliharaan Pabrik Karyawan Bagian Administrasi Karyawan Bagian Kepegawaian Karyawan Bagian Humas Petugas Keamanan Dokter Perawat
Jumlah Gaji/ bulan (Rp) 3 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15 9 9 3 3 3 3 3 3 3 3 6 1 3
25.000.000 20.000.000 15.000.000 12.000.000 10.000.000 10.000.000 10.000.000 7.500.000 7.500.000 7.500.000 7.500.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.000.000 5.000.000 2.500.000
Jumlah gaji/ bulan (Rp) 75.000.000 20.000.000 15.000.000 24.000.000 10.000.000 10.000.000 10.000.000 6.000.000 6.000.000 6.000.000 6.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 52.500.000 31.500.000 31.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000 18.000.000 5.000.000 7.500.000
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.14 Perincian Gaji Karyawan (Lanjutan) Petugas Kebersihan 5 1.750.000 Supir 4 2.500.000 Total 107 .
8.750.000 10.000.000 528.250.000
Total gaji pegawai selama 3 bulan = 3 × Rp 528.250.000= Rp. 1.584.750.000,-
B. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20% dari gaji pegawai = 0,2 × Rp. 1.584.750.000,- = Rp. 316.950.000,-
C. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 dari gaji pegawai =0,2 × Rp. 1.584.750.000,-=Rp. 316.950.000,-
D. Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang-Undang 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 2-Feniletanol Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah
Rp
Bangunan
Rp
Total NJOP
11.000.000.000,17.782.000.000,Rp
28.782.000.000,-
Universitas Sumatera Utara
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
30.000.000,- –
(Rp.
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
28.572.000.000,-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP)
Rp
1.437.600.000,-
Tabel LE.15 Perincian Biaya Kas No. 1 2 3 4
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total
Jumlah (Rp) 1.584.750.000 316.950.000 316.950.000 1.437.600.000 3.656.250.000
D. Biaya Start – Up Diperkirakan 22 dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus et al, 2004). = 0,12
Rp. 77.786.604.425,- = Rp. 17.113.052.973,-
E.2.3 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 2-feniletanol = Rp 1.590.778,- /kg (Alibaba, 2012) Produksi 2-feniletanol
= 138,8889 kg/jam
Hasil penjualan 2-feniletanol tahunan = 138,8889 kg/jam 24 jam/hari 300 hari/thn Rp 1.590.778,- /kg = Rp.1.590.778.001.949,Total penjualan = Rp. 1.590.778.001.949,Piutang Dagang =
1 Rp. 1.590.778.001.949,12
= Rp. 132.564.833.496,-
Universitas Sumatera Utara
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.16 Perincian Modal Kerja No. Biaya
Jumlah (Rp)
1
Bahan baku proses dan utilitas 329.956.377.895,-
2
Kas
3
Start up
4
Piutang Dagang
132.564.833.496,-
Total
483.290.514.365,-
3.656.250.000,17.113.052.973,-
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp. 77.786.604.425,- + Rp 483.290.514.365,=
Rp. 561.077.118.789,-
Modal ini berasal dari: - Modal sendiri
= 60 dari total modal investasi = 0,6 Rp. 561.077.118.789,= Rp 336.646.271.274,-
- Pinjaman dari Bank
= 40 dari total modal investasi = 0,4 Rp. 561.077.118.789,= Rp 224.430.847.516,-
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 528.250.000,= Rp 7.395.500.000,-
B. Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012).
Universitas Sumatera Utara
Bunga bank (Q) = 0,15 Rp 224.430.847.516,= Rp 33.664.627.127,-
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 E.11.
Tabel LE.17 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta Berwujud I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
Masa (tahun)
Tarif (%)
4
25
2. Kelompok 2 3. Kelompok 3
8 16
12,5 6,25
Beberapa Jenis Harta Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri. Mobil, truk kerja Mesin industri kimia, mesin industri mesin
II. Bangunan Permanen 20 5 Bangunan sarana dan penunjang Sumber : (Waluyo, 2000 dan Rusdji, 2004) Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D
PL n
dimana: D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
n
= umur peralatan (tahun)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.18 Perhitungan Biaya Depresiasi
Komponen
Biaya (Rp)
Bangunan Peralatan proses dan utilitas Instrumentrasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi TOTAL
17.782.000.000 7.491.458.386 1.947.779.180 5.244.020.870 1.498.291.677 4.120.302.112 524.402.087 749.145.839 11.446.800.000
Umur (tahun) 20 16 4 4 4 4 4 4 8
Depresiasi (Rp) 889.100.000 468.216.149 486.944.795 1.311.005.217 374.572.919 1.030.075.528 131.100.522 187.286.460 1.430.850.000 6.309.151.590
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. 11.686.675.081,= Rp. 2.921.668.770,-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp. 6.309.151.590,- + Rp 2.921.668.770,= Rp. 9.230.820.361,-
D. Biaya Tetap Perawatan 1. Perawatan mesin dan alat-alat proses
Universitas Sumatera Utara
Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%, diambil 10% dari harga peralatan terpasang di pabrik (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 Rp 11.237.187.578,= Rp. 1.123.718.758,-
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 dari harga bangunan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp 17.782.000.000,-
Perawatan bangunan
= Rp 1.778.200.000,3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 dari harga kendaraan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp 11.446.800.000,-
Perawatan kenderaan
= Rp. 1.144.680.000,4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp. 1.947.779.180,-
Perawatan instrumen
= Rp. 194.777.918,5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 dari harga perpipaan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp. 5.244.020.870,-
Perawatan perpipaan
= Rp. 524.402.087,6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 dari harga instalasi listrik (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan listrik
= 0.1 Rp 1.498.291.677,= Rp. 149.829.168,-
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 dari harga insulasi (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 Rp 4.120.302.112,= Rp. 412.030.211,-
8. Perawatan inventaris kantor
Universitas Sumatera Utara
Diperkirakan 10 dari harga inventaris kantor (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 Rp 524.402.087,= Rp. 52.440.209,9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 Rp749.145.839,= Rp. 74.914.584,= Rp. 5.454.992.934,-
Total biaya perawatan (S)
E. Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 60 dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,6 x Rp. 77.786.604.425,= Rp. 46.671.962.655,-
F. Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 3 bulan adalah Rp 316.950.000,4 Rp 316.950.000,-
Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = =
Rp 1.267.800.000,-
,G. Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp 316.950.000,Biaya pemasaran selama 1 tahun
= 4 Rp 316.950.000,= Rp 1.267.800.000,-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi
= 0,5 x Rp 1.267.800.000,=
Rp 633.900.000,-
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 1.901.700.000,-
Universitas Sumatera Utara
H. Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 40 dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al, 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,4 x Rp. 46.671.962.655,= Rp. 18.668.785.062,-
I. Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 50% dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,5 x 77.786.604.425,= Rp. 38.983.302.212,-
J. Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2007). = 0,0031 Rp. 77.786.604.425,= Rp 204.909.781,2. Biaya asuransi karyawan Premi asuransi
= Rp. 375.000,-/tenaga kerja (Asuransi Jiwa Bersama
Bumiputera, 2008) Maka biaya asuransi karyawan = 108 orang x Rp. 375.000,-/orang = Rp. 40.500.000,Total biaya asuransi (Y)
= Rp. 245.409.781,-
K. Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp. 1.437.600.000,-
Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z = Rp. 164.832.500.132,-
E.3.2 Biaya Variabel A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah = Rp. 329.956.377.895,-
Universitas Sumatera Utara
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun = Rp. 329.956.377.895,- x 300
90
= Rp. 1.099.854.592.985,-
B. Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan
= 0,1 Rp. 1.099.854.592.985,= Rp. 109.985.459.298,-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku = 0,01 Rp. 1.099.854.592.985,-
Biaya variabel pemasaran
= Rp. 10.998.545.930,Total biaya variabel tambahan = Rp. 120.984.005.228,-
C. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan = 0,05 Rp. 120.984.005.228,= Rp. 6.049.200.261,-
Total biaya variabel
= Rp. 1.226.887.798.475,-
Total biaya produksi
= Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp. 164.832.500.132,-+ Rp. 1.226.887.798.475,= Rp. 1.391.720.298.607,-
E.4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan E.4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi
= Rp. 1.590.778.001.949,- – Rp. 1.391.720.298.607,= Rp. 199.057.703.342,-
Universitas Sumatera Utara
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp. 199.057.703.342,= Rp. 995.288.517,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp. 199.057.703.342,-- Rp. 995.288.517,= Rp. 198.062.414.825,-
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 198.062.414.825,- – Rp. 100.000.00)
= Rp
Total PPh
59.388.724.447,-
= Rp 59.401.224.447,-
E.4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh =Rp. 198.062.414.825,- – Rp. 59.401.224.447,= Rp. 138.661.190.377,-
E.5 Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak 100 total penjualan
Universitas Sumatera Utara
Rp 198.062.414.825,x 100% Rp 1.590.778.001.949,-
PM =
= 12,4507 %
B. Break Even Point (BEP) BEP =
Biaya Tetap 100 Total Penjualan Biaya Variabel Rp.164.832.500.132 Rp 1.590.778.001.949, - Rp.1.226.887.798.475 -
BEP =
x 100%
BEP = 45,2973 %
Kapasitas produksi pada titik BEP
= 45,2973 % x 1.000 ton/tahun = 452,973 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 45,2973 % x Rp 1.590.778.001.949,= Rp. 720.579.759.261,-
C. Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak 100 Total modal investasi
ROI
=
Rp 138.661.190.377,x 100% = 24,7134 % Rp 561.077.118.789,-
D. Pay Out Time (POT)
1 x 1 tahun 0,2471
POT
=
POT
= 4,0464 tahun
E. Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak 100 Modalsendiri
RON =
Rp 138.661.190.377,x 100% = 41,189 % Rp 336.646.271.274,-
Universitas Sumatera Utara
F. Internal Rate of Return (IRR) 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.19 diperoleh nilai IRR sebesar 31,8123%
Universitas Sumatera Utara
BREAK EVEN POINT PABRIK PEMBUATAN 2-FENILETANOL DENGAN PROSES HIDROGENASI STIRENA OKSIDA DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 1.000 TON/TAHUN 1800 1600
Harga (Triliun Rupiah)
1400 1200 1000 800
Biaya Biaya Biaya Biaya
45,2973 %
600
Tetap Variabel Produksi Penjualan
400 200 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Kapasitas Produksi (%)
Gambar LE.1 Grafik Break Even Point (BEP) Pabrik Pembuatan 2-Feniletanol Dengan Proses Hidrogenasi Stirena Oksida Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.19 Data Perhitungan IRR Tahun 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Laba Sebelum Pajak (Rp) -
Pajak (Rp) -
198.062.414.825 217.868.656.307 239.655.521.938 263.621.074.132 289.983.181.545 318.981.499.700 350.879.649.670 385.967.614.637 424.564.376.100 467.020.813.710
59.401.224.447 65.343.096.892 71.879.156.581 79.068.822.240 86.977.454.464 95.676.949.910 105.246.394.901 115.772.784.391 127.351.812.830 140.088.744.113
Laba Sesudah Pajak (Rp)
Depresiasi (Rp)
Net Cash Flow (Rp)
138.661.190.377 152.525.559.415 167.776.365.357 184.552.251.892 203.005.727.082 223.304.549.790 245.633.254.769 270.194.830.246 297.212.563.270 326.932.069.597
9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361 9.230.820.361
-561.077.118.789 147.892.010.738 161.756.379.776 177.007.185.717 193.783.072.253 212.236.547.442 232.535.370.150 254.864.075.129 279.425.650.606 306.443.383.631 336.162.889.958
P/F pada i = 30%
PV pada i = 30% (Rp)
P/F pada i = 35%
PV pada i = 35% (Rp)
1,0000 0,7692 0,5917 0,4552 0,3501 0,2693 0,2072 0,1594 0,1226 0,0943 0,0725 Total
-561.077.118.789 113.758.534.660 95.711.249.913 80.573.670.939 67.843.453.596 57.155.302.226 48.181.328.695 40.625.333.576 34.257.584.764 28.897.611.076 24.371.809.522 30.298.760.178
1,0000 0,7407 0,5467 0,4064 0,3011 0,2230 0,1652 0,1224 0,0906 0,0671 0,0497 Total
-561.077.118.789 109.543.612.354 88.432.212.823 71.935.720.276 58.348.083.055 47.328.750.080 38.414.843.149 31.195.362.796 25.315.963.945 20.562.351.042 16.707.295.631 -53.292.923.639
Dengan cara interpolasi, diperoleh nilai IRR :
30.298.760.178 35% 30% IRR = 30 % + 30.298.760.178 (53.292.923.639) IRR = 31,8123 %.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN F MATERIAL SAFETY DATA SHEET (MSDS) 1. Stirena Oksida (C8H8O) BAGIAN 1: IDENTIFIKASI BAHAN DAN PENYEDIA Nama produk Styrena Oxide Alamat penyalur http:// www.Acros.Organic .com Nama lain 1,2Epoxyethylbenzene No. Telpon darurat Penyalur Acros Organic BAGIAN 2 : IDENTIFIKASI BAHAYA Klasifikasi bahaya Berbahaya bila mengenai kulit, mengenai mata, tertelan dan terhirup. Sedikit berbahaya bila mengenai kulit, bila terhirup secara berlebihan bisa menyebabkan kematian. Fasa Aman Tidak tersedia Fasa berisiko Tidak tersedia BAGIAN 3 : INFORMASI KOMPOSISI Komponen Stirena oksida % 97% Nomor CAS CAS# 96-09-3 BAGIAN 4 : TATA CARA PERTOLONGAN PERTAMA Kontak mata Segera mungkin membilas mata dengan air mengalir sedikitnya selama 15 menit, buka tutup mata beberapa kali. Bisa menggunakan air dingin. Cari pertolongan medis. Kontak kulit Segera basuh kulit dengan air minimal selama 15 menit sambil melepas pakaian dan sepatu yang tercemar. Bersihkan pakaian dan sepatu yang tercemar sebelum digunakan kembali. Cari pertolongan medis. Pernafasan Jika korban sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi agar dapat bernafas dengan udara segar. Jika korban tidak sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi dan berikan pernafasan buatan. Cari pertolongan medis. Tertelan Bila tertelan, jangan memaksakan untuk muntah. Bisa memberikan 2-4 gelas susu untuk diminum. Jangan memberikan apapun melalui mulut kepada orang yang tidak sadar. Cari pertolongan medis. BAGIAN 5 : TATA CARA PENANGGULANGAN KEBAKARAN Tipe pemadam Semua pemadam dapat digunakan. Tambahan air akan kebakaran melepaskan panas, bahan kering dan sabun juga bisa digunakan. Bahaya api/ ledakan BAGIAN 6 : TATA CARA PENANGGULANGAN TUMPAHAN Pakaian pelindung diperlukan saat menyapu, menyendok, atau mengambil bahan yang tumpah. Pindahkan ke wadah logam yang sebaiknya tertutup untuk pembuangan limbah ke fasilitas yang telah disetujui. BAGIAN 7 : PENANGANAN DAN PENYIMPANAN
Universitas Sumatera Utara
Menyimpan di tempat yang tertutup, jauhkan dari panas dan sumber api. Hindari kontak dengan kulit dan mata. Pakailah alat bantu pernafasan dan pakaian pelindung diri untuk mencegah kontak dengan kulit. BAGIAN 8 : PENGENDALIAN DAN PERLINDUNGAN DIRI Pemakaian sarung tangan yang tepat, kaca mata, pelindung wajah, dan pakaian untuk mencegah kerusakan kulit. BAGIAN 9 : DATA FISIK DAN KIMIA Titik leleh -37 oC Temperatur kritis 240 oC o Titik didih 194 C Densitas uap Informasi tidak relatif tersedia Tekanan uap 0,4 mmHg (pada Densitas relatif 2,13 g/cm3 pada suhu 20 0C) 20oC Kepadatan uap 4,4 Penguapan standar Informasi tidak tersedia Kelarutan dalam 30 g/l (pada suhu Suhu menyala Informasi tidak air 20 0C) sendiri tersedia Penampilan dan Cairan berwarna Sifat eksplosif Informasi tidak bau sedikit kekuningan tersedia Titik nyala Tidak mudah Sifat oksidasi Informasi tidak terbakar tersedia BAGIAN 10 : STABILITAS DAN REKTIVITAS Stabilitas Stabil Kondisi yang dihindari Panas, sumber api, pengoksidasi kuat, material yang sifatnya tidak sesuai Bahan-bahan yang dihindari Suasana asam, logam, dan zat pengoksida Produk dekomposisi berbahaya Karbon monoksida, Karbon dioksida Polimerisasi berbahaya Tidak akan terjadi Kondisi untuk dihindari Tidak diketahui BAGIAN 11 : INFORMASI TAMBAHAN
2. Metanol (CH3OH) BAGIAN 1: IDENTIFIKASI BAHAN DAN PENYEDIA Nama produk Metanol Alamat penyalur http:// www.ScienceLab .com Nama lain Metil Alkohol ; Karbinol ; Metilol No. Telpon darurat Penyalur Sciencelab.com BAGIAN 2 : IDENTIFIKASI BAHAYA Klasifikasi bahaya Berbahaya bila mengenai kulit, mengenai mata, tertelan dan terhirup. Sedikit berbahaya bila mengenai kulit, bila terhirup secara berlebihan bisa menyebabkan kematian. Fasa Aman Tidak tersedia Fasa berisiko Tidak tersedia BAGIAN 3 : INFORMASI KOMPOSISI
Universitas Sumatera Utara
Komponen Nomor CAS
Metil Alkohol % 100% CAS# 67-56-1 BAGIAN 4 : TATA CARA PERTOLONGAN PERTAMA Kontak mata Hindari kontak dengan mata. Segera mungkin membilas mata dengan air mengalir sedikitnya selama 15 menit, buka tutup mata beberapa kali. Bisa menggunakan air dingin. Cari pertolongan medis. Kontak kulit Dalam kasus kontak, segera basuh kulit dengan air minimal selama 15 menit sambil melepas pakaian dan sepatu yang tercemar. Bersihkan pakaian dan sepatu yang tercemar sebelum digunakan kembali. Cari pertolongan medis. Untuk kontak kulit yang parah, cuci kulit dengan sabun disinfektan, dan olesi dengan krim anti bakteri dan cari pertolongan medis. Pernafasan Jika korban sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi agar dapat bernafas dengan udara segar. Jika korban tidak sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi dan berikan pernafasan buatan. Cari pertolongan medis. Tertelan Bila tertelan, jangan memaksakan untuk muntah. Jangan memberikan apapun melalui mulut kepada orang yang tidak sadar. Cari pertolongan medis. BAGIAN 5 : TATA CARA PENANGGULANGAN KEBAKARAN Tipe pemadam Pemadam dapat digunakan dengan pasir ataupun material padat kebakaran lainnya. Jangan menggunakan air. Bahaya api/ Cairan mudah terbakar bila terkena panas dan sumber api. ledakan Mudah meledak bila dicampurkan dengan kloroform + natrium metoksi dan dietil zinc. BAGIAN 6 : TATA CARA PENANGGULANGAN TUMPAHAN Pakaian pelindung diperlukan saat menyapu, menyendok, atau mengambil bahan yang tumpah. Pindahkan ke wadah logam yang sebaiknya tertutup untuk pembuangan limbah ke fasilitas yang telah disetujui. BAGIAN 7 : PENANGANAN DAN PENYIMPANAN Menyimpan di tempat yang tertutup, jauhkan dari panas dan sumber api. Hindari kontak dengan kulit dan mata. Jauhkan dari bahan-bahan seperti metal, asam, dan bahan pengoksida. Pakailah alat bantu pernafasan dan pakaian pelindung diri untuk mencegah kontak dengan kulit. BAGIAN 8 : PENGENDALIAN DAN PERLINDUNGAN DIRI Pemakaian sarung tangan yang tepat, kaca mata, pelindung wajah, dan pakaian untuk mencegah kerusakan kulit. BAGIAN 9 : DATA FISIK DAN KIMIA Titik leleh -97,8 oC Temperatur kritis 240 oC Titik didih 64,5 oC Densitas uap relatif Informasi tidak tersedia Tekanan uap 12,3 kPa (pada Densitas relatif 2,13 g/cm3 pada 0 suhu 20 C) 20oC Kepadatan uap 1,11 Penguapan standar Informasi tidak tersedia
Universitas Sumatera Utara
Kelarutan dalam Sangat mudah larut Suhu menyala Informasi tidak air dalam air sendiri tersedia Penampilan dan Cairan dan berbau Sifat eksplosif Informasi tidak bau alkohol tersedia Titik nyala Tidak mudah Sifat oksidasi Informasi tidak terbakar tersedia BAGIAN 10 : STABILITAS DAN REKTIVITAS Stabilitas Stabil Kondisi yang dihindari Panas, sumber api, material yang sifatnya tidak sesuai Bahan-bahan yang dihindari Suasana asam, logam, dan zat pengoksida Produk dekomposisi berbahaya Polimerisasi berbahaya Tidak akan terjadi Kondisi untuk dihindari Tidak diketahui BAGIAN 11 : INFORMASI TAMBAHAN Berbahaya dan mudah meledak Dapat berakibat fatal jika tertelan Menyebabkan kematian bila terhirup secara berlebihan 3. Natrium Hidroksida (NaOH) BAGIAN 1: IDENTIFIKASI BAHAN DAN PENYEDIA Nama produk Natrium hidroksida Alamat penyalur http:// www.Alibaba .com Nama lain No. Telpon darurat Penyalur Alibaba.com BAGIAN 2 : IDENTIFIKASI BAHAYA Klasifikasi bahaya Bahan berbahaya, menyebabkan iritasi dan luka bakar. Berbahaya jika tertelan. Hindari kontak dengan mata, kulit, dan pakaian Fasa Aman Tidak tersedia Fasa berisiko Tidak tersedia BAGIAN 3 : INFORMASI KOMPOSISI Komponen Natrium hidroksida % 100% Nomor CAS CAS# 1310-73-2 BAGIAN 4 : TATA CARA PERTOLONGAN PERTAMA Kontak mata Segera mungkin membilas mata dengan banyak air sedikitnya selama 15 menit, buak tutup mata beberapa kali. Cari pertolongan medis. Kontak kulit Dalam kasus kontak, segera basuh kulit dengan air minimal selama 15 menit sambil melepas pakaian dan sepatu yang tercemar. Bersihkan pakaian dan sepatu yang tercemar sebelum digunakan kembali. Pernafasan Jika korban sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi agar dapat bernafas dengan udara segar. Jika korban tidak sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi dan berikan pernafasan buatan. Tertelan Berikan beberapa gelas susu atau air. Muntah dapat terjadi
Universitas Sumatera Utara
secara spontan, tetapi jangan dibuat muntah. Jangan memberikan apapun melalui mulut kepada orang yang tidak sadar. BAGIAN 5 : TATA CARA PENANGGULANGAN KEBAKARAN Tipe pemadam Semua pemadam dapat digunakan. Tambahan air akan kebakaran melepaskan panas. Bahaya api/ Tidak berbahaya kebakaran, tetapi material panas atau cair ledakan dapat bereaksi hebat dengan air atau metal. Prosedur Pakailah alat bantu pernafasan dan pakaian pelindung diri penanggulangan untuk mencegah kontak dengan kulit dan pakaian. kebakaran BAGIAN 6 : TATA CARA PENANGGULANGAN TUMPAHAN Pakaian pelindung diperlukan saat menyapu, menyendok, atau mengambil bahan yang tumpah. Pindahkan ke wadah logam yang sebaiknya tertutup untuk pembuangan limbah ke fasilitas yang telah disetujui. BAGIAN 7 : PENANGANAN DAN PENYIMPANAN Menyimpan di tempat yang sejuk, kering, berventilasi baik, jauh dari bahan-bahan yang tidak kompatibel, dan tertutup rapat. Cuci bersih tangan setelah memegang bahan. BAGIAN 8 : PENGENDALIAN DAN PERLINDUNGAN DIRI Pemakaian sarung tangan yang tepat, kaca mata debu, pelindung wajah, dan pakaian untuk mencegah kerusakan kulit. BAGIAN 9 : DATA FISIK DAN KIMIA Titik leleh 323 oC pH 14 pada 50 g/l, 20oC o Titik didih 1390 C pada Densitas uap relatif Informasi tidak 1.013 hPa tersedia Tekanan uap Diabaikan Densitas relatif 2,13 g/cm3 pada 20oC Kepadatan uap >1 Penguapan standar Informasi tidak tersedia Kelarutan dalam 1.090 g/l pada 20 Suhu menyala Informasi tidak o air C sendiri tersedia Penampilan dan Kristal tidak Sifat eksplosif Informasi tidak bau berwarna dan tidak tersedia berbau Titik nyala Tidak mudah Sifat oksidasi Informasi tidak terbakar tersedia BAGIAN 10 : STABILITAS DAN REKTIVITAS Stabilitas Stabil Kondisi yang dihindari Air, material yang sifatnya tidak sesuai, suhu ekstrim Bahan-bahan yang dihindari Suasana asam, cairan yang mudah terbakar, organic halogens, logam, nitro compounds Produk dekomposisi berbahaya Natrium oksida Polimerisasi berbahaya Tidak akan terjadi
Universitas Sumatera Utara
Kondisi untuk dihindari Tidak diketahui BAGIAN 11 : INFORMASI TAMBAHAN Berbahaya dan korosif Dapat berakibat fatal jika tertelan Menyebabkan luka bakar untuk setiap bagian yang terkena 4. Gas Hidrogen (H2) BAGIAN 1: IDENTIFIKASI BAHAN DAN PENYEDIA Nama Produk Hidrogen Alamat Penyalur Tebing Tinggi, Sumatera Utara Nama lain No. Telpon Darurat Penyalur Pabrik Biohidrogen BAGIAN 2 : IDENTIFIKASI BAHAYA Klasifikasi Bahaya Bahan Berbahaya dan mudah terbakar serta bertekanan tinggi. Lebih ringan dari udara dan terbakar dengan nyala yang tidak terlihat. Fasa Aman Tidak Tersedia Fasa Berisiko Tidak Tersedia BAGIAN 3 : INFORMASI KOMPOSISI Komponen Hidrogen % 100% BAGIAN 4 : TATA CARA PERTOLONGAN PERTAMA Kontak Mata Kontak Kulit Pernafasan Jika korban sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi agar dapat bernafas dengan udara segar.Jika korban tidak sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi dan berikan pernafasan buatan. Tertelan BAGIAN 5 : TATA CARA PENANGGULANGAN KEBAKARAN Tipe pemadam CO2, bahan kimia kering, semprotan atau kabut air. kebakaran Bahaya api/ Gas mudah terbakar. ledakan Prosedur Pakailah alat bantu pernafasan dan pakaian pelindung diri. penanggulangan kebakaran BAGIAN 6 : TATA CARA PENANGGULANGAN TUMPAHAN Evakuasi area yang terkontaminasi. Eliminasi sumber yang memungkinkan terbentuknya nyala api. BAGIAN 7 : PENANGANAN DAN PENYIMPANAN Menyimpan di tempat yang sejuk, kering, berventilasi baik, tertutup rapat, dan jauhkan dari bahan-bahan yang tidak dapat menimbulkan api atau mudah terbakar. BAGIAN 8 : PENGENDALIAN DAN PERLINDUNGAN DIRI Pemakaian sarung tangan yang tepat, kaca mata debu, pelindung wajah, dan pakaian untuk mencegah kerusakan kulit. BAGIAN 9 : DATA FISIK DAN KIMIA Titik leleh -259,2oC Densitas gas 0,08342 kg/m3 (-434,5oF)
Universitas Sumatera Utara
Titik didih
-252,8oC (-423oF)
Penampilan dan Gas tidak berwarna bau BAGIAN 10 : STABILITAS DAN REKTIVITAS Stabilitas Stabil Kondisi yang dihindari Bahan-bahan yang dihindari Agen pengoksidasi, Produk dekomposisi berbahaya Polimerisasi berbahaya BAGIAN 11 : INFORMASI TAMBAHAN -
5. 2-Feniletanol (C8H10O) BAGIAN 1: IDENTIFIKASI BAHAN DAN PENYEDIA Nama produk 2-Feniletanol Alamat penyalur http:// www.SigmaAldrich .com Nama lain Benzil karbinol; 2Fenetil alkohol No. Telpon darurat Penyalur Sigma_Aldrich PteLtd BAGIAN 2 : IDENTIFIKASI BAHAYA Klasifikasi bahaya Berbahaya bila mengenai kulit, mengenai mata, tertelan dan terhirup. Sedikit berbahaya bila mengenai kulit, bila terhirup secara berlebihan bisa menyebabkan kematian. Fasa Aman Tidak tersedia Fasa berisiko Tidak tersedia BAGIAN 3 : INFORMASI KOMPOSISI Komponen Stirena oksida % 100 Nomor CAS CAS# 60-12-8 BAGIAN 4 : TATA CARA PERTOLONGAN PERTAMA Kontak mata Segera mungkin membilas mata dengan air mengalir sedikitnya selama 15 menit, buka tutup mata beberapa kali. Bisa menggunakan air dingin. Cari pertolongan medis. Kontak kulit Segera basuh kulit dengan air minimal selama 15 menit sambil melepas pakaian dan sepatu yang tercemar. Bersihkan pakaian dan sepatu yang tercemar sebelum digunakan kembali. Cari pertolongan medis. Pernafasan Jika korban sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi agar dapat bernafas dengan udara segar. Jika korban tidak sadar, pindahkan ke area yang tidak terkontaminasi dan berikan pernafasan buatan. Cari pertolongan medis. Tertelan Bila tertelan, jangan memaksakan untuk muntah. Jangan memberikan apapun melalui mulut kepada orang yang tidak sadar. Cari pertolongan medis. BAGIAN 5 : TATA CARA PENANGGULANGAN KEBAKARAN Tipe pemadam Semua pemadam dapat digunakan. Tambahan air akan
Universitas Sumatera Utara
kebakaran
melepaskan panas, bahan kering dan sabun kimia dan karbon dioksida juga bisa digunakan.
Bahaya api/ ledakan BAGIAN 6 : TATA CARA PENANGGULANGAN TUMPAHAN Pakaian pelindung diperlukan saat menyapu, menyendok, atau mengambil bahan yang tumpah. Pindahkan ke wadah logam yang sebaiknya tertutup untuk pembuangan limbah ke fasilitas yang telah disetujui. BAGIAN 7 : PENANGANAN DAN PENYIMPANAN Menyimpan di tempat yang tertutup, jauhkan dari panas dan sumber api. Hindari kontak dengan kulit dan mata. Pakailah alat bantu pernafasan dan pakaian pelindung diri untuk mencegah kontak dengan kulit. BAGIAN 8 : PENGENDALIAN DAN PERLINDUNGAN DIRI Pemakaian sarung tangan yang tepat, kaca mata, pelindung wajah, dan pakaian untuk mencegah kerusakan kulit. BAGIAN 9 : DATA FISIK DAN KIMIA Titik leleh -27 oC Temperatur kritis 102 oC o Titik didih 219-212 C (pada Densitas uap relatif Informasi tidak 1000 hPa) tersedia Tekanan uap 0,4 mmHg (pada Densitas relatif 1,02 g/cm3 pada suhu 20 0C) 20oC Kepadatan uap 4,22 Penguapan standar Informasi tidak tersedia Kelarutan dalam 30 g/l (pada suhu Suhu menyala Informasi tidak air 20 0C) sendiri tersedia Penampilan dan Cairan Sifat eksplosif Informasi tidak bau tersedia Titik nyala Tidak mudah Sifat oksidasi Informasi tidak terbakar tersedia BAGIAN 10 : STABILITAS DAN REKTIVITAS Stabilitas Informasi tidak tersedia Kondisi yang dihindari Informasi tidak tersedia Bahan-bahan yang dihindari Suasana asam dan agen pengoksida Produk dekomposisi berbahaya Informasi tidak tersedia Polimerisasi berbahaya Informasi tidak tersedia Kondisi untuk dihindari Informasi tidak tersedia BAGIAN 11 : INFORMASI TAMBAHAN
Universitas Sumatera Utara