hari

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas pabrik

: 40.000 ton / tahun :

40.000 ton 1000 kg 1 tahun 1 hari × × × tahun ton 330 hari 24 jam

: 5050,5169 kg/jam Waktu operasi

: 330 hari / tahun : 24 jam / hari

Satuan operasi

: kg / jam

Basis perhitungan

: 3187,2717 kg / jam

LA.1 Tangki pengencer H2SO4 (M-116) Fungsi : untuk mengencerkan larutan H2SO4 60 % menjadi larutan

H2SO4 14

%. M2 M1

Tangki

M3

Neraca massa total : M3 = M1 + M2 Dimana : M1 : Massa dari tangki storage H2SO4 60 % M2 : Massa dari Water Proses M3 : Massa menuju Reaktor  Kompisisi H2SO4 masuk tangki pengencer : -

H2SO4

= 60% x 2857,2717 kg/jam = 1714,3630 kg/jam

-

H2O

= 40% x 2857,2717 kg/jam = 1142,9087 kg/jam

 Pengenceran H2SO4 dari 60% menjadi 14%

Universitas Sumatera Utara

(V1.N1 ) H 2SO4 60 % = (V2 .N 2 ) H 2SO4 14 % Jika : V1 = 2857,2717 kg

jam

N1 = 0,6 N 2 = 0,4 maka : 2857,2717 kg

x 0,6 = V2 x 0,14 jam V2 = 12245,4501 kg jam

 Komposisi H2SO4 keluar tangki pengencer : -

H2SO4

= 14%

-

H2O

= 86%

H2O yang terkandung dalam H2SO4 60% =

40 x 2857,2717 100

= 1142,9087 kg/jam H2O yang terkandung dalam H2SO4 14% =

86 x 12245.4501 100

= 10531,0871 kg/jam Kebutuhan H2O yang digunakan untuk pengenceran = = 10531,0871 – 1142,9087 = 9388,1784 kg/jam

Tabel LA.1 Neraca Massa Pada Tangki Pengencer H2SO4 Bahan Masuk (kg/jam) Dari Storage (M1)

Bahan Keluar (kg/jam) Ke Reaktor (M3)

H2SO4 60 %

: 1714,3630

H2SO4

: 1714,3630

H2O

: 1142,9087

H2O

: 10531,0871

Dari Water Proses (M2) H2O

: 9388,1784

TOTAL

: 12245,4501

TOTAL

: 12245,4501

LA.2 Reaktor (R-110) Fungsi : Untuk mereaksikan CuO dengan larutan H2SO4 14% menjadi CuSO4 dan H2O


M4

M3

Reaktor

M5

Neraca massa total : M5 = M3 + M4 Dimana : M3 : Massa dari tangki pengencer H2SO4 M4 : Massa dari Storage CuO M5 : Massa menuju Rotary Vacuum Filter Komposisi bahan masuk reaktor : H2SO4

: 1714,3630 kg/jam

H2O

: 10531,0871 kg/jam

Karena perbandingan feed masuk adalah 1:1 maka dapat dihitung : H2SO4 =

1714,3630 = 17,4935 kgmol/jam 98

Konversi reaksi = 99% terhadap CuO Reaksi

:

Mula-mula

CuO

+

H2SO4

CuSO4

+

H2O

: 17,4935

17,4935

-

Bereaksi

: 17,3186

17,3186

17,3186

17,3186

Sisa

: 0,1749

0,1749

17,3186

17,3186

CuO masuk

=

17,4935 x 80

=

1399,4800 kg/jam

CuO bereaksi

=

17,3186 x 80

=

1385,4852 kg/jam

CuO sisa

=

0,1749 x 80

=

13,9948 kg/jam

H2SO4 masuk

=

17,4935x 98

=

1714,3630 kg/jam

H2SO4 bereaksi

=

17,3186 x 98

=

1697,2194 kg/jam

H2SO4 sisa

=

0,1749x x 98

=

17,1436 kg/jam

CuSO4 produk

=

17,3186 x 160

=

2770,9704 kg/jam

H2O terbentuk

=

17,3186 x 18

=

311,7342 kg/jam

-

Kemurnian CuO = 99 %


Impuritis

=1%

CuO yang digunakan untuk reaksi = 1399,4800 kg/jam 0,99X

= 1399,4800

X

= 1413,6162

Jadi Impuritis

= 0,01 x 1413,6162

= 14,1362 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Reaktor Bahan Masuk (kg/jam)

Bahan Keluar (kg/jam)

Dari Tangki Pengencer H2SO4 (M3)

Ke Rotary Vacuum Filter (M5)

H2SO4

: 1714,3630

CuO

H2O

:

13,9948

: 10531,0871 H2SO4

:

17,1436

CuSO4

:

2770,9704

Dari Storage CuO (M4) CuO

: 1399,4800

H2O

: 10842,8213

Impuritis

:

Impuritis

:

TOTAL

: 13659,0663 TOTAL

14,1362

14,1362 : 13659,0663

LA.3 Rotary Vakum Filter (H-121) Fungsi : Untuk mencuci dan memisahkan cake dari filtratnya

M6 M5

RVF

M8

M7

Neraca massa total : M7 = (M5 + M6) – M8 Dimana : M5 : Massa dari tangki reaktor M6 : Massa dari Water Proses M7 : Massa menuju Evaporator M8 : Massa menuju Unit Pengolahan Limbah


Komposisi bahan masuk (kg/jam) : CuO

:

13,9948 kg/jam

H2SO4

:

17,1436 kg/jam

CuSO4

:

2770,9704 kg/jam

H2O

: 10842,8213 kg/jam

Impuritis

:

14,1362 kg/jam 13659,0663 kg/jam

Solid masuk : CuO

: 13,9948 kg/jam

=

49,7487 %

Impuritis

: 14,1362 kg/jam

=

50,2513 %

28,1310 kg/jam

100,0000 %

Air pencuci yang digunakan (asumsi 90 % dari solid) :

(Hugot, 472)

90 % x 28,1310 = 25,3179 kg/jam Liquid masuk : H2SO4

:

17,1436 kg/jam

=

0,1255 %

CuSO4

:

2770,9704 kg/jam

=

20,2909 %

H2O

:

10842,8213 kg/jam

=

79,5836 %

=

100,0000 %

13656,2532 kg/jam

Liquid yang terikut filtrat 99 % dari total liquid yang masuk : 13519,6907 Cake yang terikut filtrat 1 % dari total solid

:

0,2813

Total filtrat

: 13519,9720

Liquid yang terikut cake 1 % dari total liquid yang masuk

:

136,5625

Cake yang dibuang 99 % dari total solid

:

27,8497

Total cake

:

164,4122 (Hugot,470)

Komposisi filtrat setelah pencucian dan penyaringan : CuO

:

49,7487 % x 0,2813

H2SO4

:

0,1255 % x 13519,9720

CuSO4

:

20,2909 % x 13519,6907

H2O

:

79,5836 % x 13519,6907

Impuritis

:

50,2513 % x 0,2813

= =

0,1399 kg/jam 16,9722 kg/jam

= 2743,2607 kg/jam =10759,4578 kg/jam =

0,1414 kg/jam 13519,9720 kg/jam


Komposisi cake setelah pencucian dan penyaringan : CuO

:

49,7487 % x 27,8497

=

13,8549 kg/jam

H2SO4

:

0,1255 % x 136,5626

=

16,9722 kg/jam

CuSO4

:

20,2909 % x 136,5626 =

27,7097kg/jam

H2O

:

79,5836 % x 136,5626

=

108,6814 kg/jam

Impuritis

:

50,2513 % x 0,9747

=

13,9948 kg/jam 164,4122 kg/jam

Tabel LA.3 Neraca Massa Pada Rotary Vacuum Filter Bahan Masuk (kg/jam) Dari tangki reaktor (M5)

Bahan Keluar (kg/jam) Ke Evaporator (M7)

H2SO4

:

17,1436

H2SO4

:

16,9722

CuO

:

13,9948

CuO

:

0,1399

CuSO4

: 2770,9704

CuSO4

:

H2O

: 10842,8213

H2O

: 10759,4578

Impuritis

:

Impuritis

:

14,1362

13659,0663 Dari Water Proses (M6) H2O

0,1414 13519,9720

Ke Unit Pengolahan Limbah (M8) : 25,3197

H2SO4

:

0,1714

CuO

:

13,8549

CuSO4

:

27,7097

H2O

:

108,68214

Impuritis

:

Jumlah TOTAL

2743,2607

13,9948 164,3842

: 13684,3842 TOTAL

: 13684,3842

LA.4 Evaporator (V-120) Fungsi : Untuk memekatkan konsentrasi larutan CuSO4 dari 20,3 % menjadi

45

% M9 M10

M7 Evaporator


Neraca massa total : M10 = M7 – M9 Dimana : M7 : Massa dari Rotary Vacuum Filter M9 : Massa menuju Kondensor M10 : Massa menuju Kristalizer Komposisi bahan masuk : CuO

:

0,1399 kg/jam

H2SO4

:

16,9722 kg/jam

CuSO4

:

2743,2607 kg/jam

H2O

: 10759,4578 kg/jam

Impuritis

:

0,1414 kg/jam 13519,9720 kg/jam

Diasumsikan konsentrasi larutan CuSO4 yang diinginkan 45 %, hanya air yang diuapkan dengan suhu operasi 75 oC. Uap air yang terbentuk

= 45 % x 10759,4578 kg = 4841,7560 kg/jam

H2O sisa

= 10759,4578 – 4841,7560 = 5917,7018 kg/jam

Bahan keluar evaporator : CuO

:

0,1399 kg/jam

H2SO4

:

16,9722 kg/jam

CuSO4

:

2743,2607 kg/jam

H2O(l)

:

5917,7018 kg/jam

H2O(g)

:

4841,7560 kg/jam

Impuritis

:

0,1414 kg/jam

% CuSO4 masuk =

2743,2607 × 100% = 20,3 % 13519,9720

Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Evaporator Bahan Masuk (kg/jam) Dari Rotary Vacuum Filter (M7)

Bahan Keluar (kg/jam) Ke Kondensor (M9)


H2SO4

:

CuO

16,9722

:

CuSO4

0,1399

H2O(g)

: 4841,7560

Ke Kristalizer (M10)

: 2743,2607

H2O

: 10759,4578 H2SO4

Impuritis

:

0,1414

:

CuO

16,9722 :

0,1399

CuSO4

: 2743,2607

H2O(l)

: 5917,7018

Impuritis

:

0,1414 8678,2160

TOTAL

: 13519,9720

TOTAL

: 13519,9720

LA.5 Kristaliser (X-125) Fungsi : Untuk mengkristalkan CuSO4 yang keluar dari evaporator menjadi CuSO4.5H2O M10

Kristalizer

M11

Neraca massa total : M11 = M10 Dimana : M10 : Massa dari Evaporator M11 : Massa menuju Centrifuge Komposisi bahan masuk : H2SO4

:

16,9722 kg/jam

CuO

:

0,1399 kg/jam

CuSO4

:

2743,2607 kg/jam

H2O(l)

: 5917,7018 kg/jam

Impuritis

:

0,1414 kg/jam

Jika diinginkan CuSO4 yang mengkristal sebanyak 81,28 % (untuk 14oC) : CuSO4 terkristal = 81,28 % x 2743,2607 = 2229,7223 kg/jam


5 × 18 × 2743,2607 160

5 H2O terkristal =

= 1543,0842 kg/jam CuSO4.5H2O terkristal = 2229,7223 + 1543,0842 = 3772,8065 kg/jam Komposisi larutan sisa : CuO

=

0,1399 kg/jam

H2SO4

=

16,9722 kg/jam

CuSO4

= (2743,2607-2229,7223)

= 513,5384 kg/jam

H2O

= (5917,7018-1543,0842)

= 4374,6176 kg/jam

Impuritis

=

0,1414 kg/jam 4905,4095 kg/jam

Komposisi keluar kristalizer : CuSO4.5 H2O

: 3772,8065 kg/jam

CuO

:

0,1399 kg/jam

H2SO4

:

16,9722 kg/jam

CuSO4

:

513,5384 kg/jam

H2O

: 4374,6167 kg/jam

Impuritis

:

0,1414 kg/jam 8678,2160 kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Kristalizer Bahan Masuk (kg/jam) Dari Evaporator (M10)

Ke Centrifuge (M11)

CuO

:

0,1399

H2SO4

:

16,9722

CuSO4

:

H2O(l) Impuritis

TOTAL


CuSO4.5 H2O

: 3722,8065

CuO

:

0,1399

2743,2607 H2SO4

:

16,9722

:

5917,7018

CuSO4

:

513,5384

:

0,1414

H2O

: 4734,6176

Impuritis

:

: 8678,2160 TOTAL

0,1414

: 8678,2160


LA.6 Centrifuge (H-126) Fungsi : Untuk memisahkan Kristal CuSO4.5H2O dari mother liquor (larutan induk)

M12 M11

M14 Centrifuge

M13

Neraca massa total : M14 = (M12 + M11) – M13 Dimana : M11 : Massa dari Kristalizer M12 : Massa dari Water Proses M13 : Massa menuju Unit Pengolahan limbah M14 : Massa menuju Rotary Dryer Komposisi bahan masuk : CuSO4.5 H2O

: 3722,8065 kg/jam

CuO

:

0,1399 kg/jam

H2SO4

:

16,9722 kg/jam

CuSO4

:

513,5384 kg/jam

H2O

:

4734,6176kg/jam

Impuritis

:

0,1414 kg/jam 8678,2160 kg/jam

Air yang dipakai untuk pencucian 4 % dari CuSO4.5 H2O maka : H2O = 4 % x 3772,8065 kg/jam = 150,9123 kg/jam Total bahan masuk centrifuge = 8678,2160 + 150,9123 = 8829,1283 kg/jam CuSO4.5 H2O basah yang terbentuk mengandung 5 % H2O : Kandungan H2O dalam CuSO4.5 H2O basah = 5 % x 3772,8065


= 188,6403 kg/jam Komposisi kristal terbentuk : CuSO4.5 H2O

=

3772,8065kg/jam

H2O

=

188,6403 kg/jam

Komposisi mother liquor : CuO

:

0,1399 kg/jam

H2SO4

:

16,9722 kg/jam

CuSO4

:

513,5384 kg/jam

H2O

:

4336,8895 kg/jam

Impuritis

:

0,1414 kg/jam

Tabel LA.6 Neraca Massa Pada Centrifuge Bahan Masuk (kg/jam)


Dari Kristalizer (M11)

Ke Unit Pengolahan Limbah (M13)

CuSO4.5 H2O

:

CuO

:

H2SO4

3772,8065 CuO

:

CuSO4

:

H2O

:

Impuritis

:

0,1399

0,1399

H2SO4

:

16,9722

16,9722

CuSO4

:

513,5384

:

4336,8895

:

0,1414

513,5384 H2O 4374,6176 Impuritis 0,1414 8678,2160

Dari Water Proses (M12) H2O

:

4867,6815 Ke Rotary Dryer (M14) CuSO4.5 H2O

:

150,9123 H2O

:

3772,8065

:

188,6403 3961,4468

TOTAL

: 8829,1283 TOTAL

: 8829,1283

LA.7 Rotary Dryer (B-130) Fungsi : Untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam CuSO4.5 H2O M15 M16

M14 Rotary Dryer


Neraca massa total : M16 = M14 – M15 Dimana : M14 : Massa dari Centrifuge M15 : Massa menuju Cyclone M16 : Massa menuju Bin Komposisi bahan masuk : CuSO4.5 H2O

: 3772,8065 kg/jam

H2O

:

188,6403 kg/jam 3961,4468 kg/jam

Asumsi H2O yang diuapkan 90 % maka : H2O

= 90 % x 188,6403 kg/jam = 169,7763 kg/jam

H2O sisa = (188,6403 – 169,7763) kg/jam = 18,8640 kg/jam Komposisi bahan masuk dari RD ke Pengepakan : CuSO4.5 H2O

= 0,9 x 3772,8065 kg/jam = 3395,5258 kg/jam

H2O

= 0,9 x 18,8640 kg/jam

=

16,9776 kg/jam 3412,5035 kg/jam

Komposisi bahan masuk dari RD ke cyclone : CuSO4.5 H2O

= 0,1 x 3772,8065 kg/jam = 377,2806 kg/jam

H2O

= 0,1 x 18,8640 kg/jam

=

1,8864 kg/jam 379,1671 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa Pada Rotary Dryer Bahan Masuk (kg/jam) Dari Centrifuge (M14)

Bahan Keluar (kg/jam) Ke Cyclone (M15)

CuSO4.5 H2O

: 3772,8065

CuSO4.5 H2O

: 377,2806

H2O

:

H2O

:

188,6403 3961,4468

1,8864 379,1617

H2O(g)

:

169,7763


Udara

: 1007,0983

Udara

:

1007,0983

Ke pengepakan (M16) CuSO4.5 H2O

: 3395,5258

H2O

:

16,9776 3412,5035

TOTAL

: 4968,5451

TOTAL

: 4968,5451

LA.8 Cyclone (H-136) Fungsi : Untuk menyaring udara dari kristal CuSO4.5 H2O yang terikut M17 M15 Cyclone

M18

Neraca massa total : M18 = M15 – M17 Dimana : M15 : Massa dari Rotary Dryer M17 : Massa hilang bersama udara M18 : Massa menuju Pengepakan Komposisi bahan masuk : CuSO4.5 H2O

:

377,2806 kg/jam

H2O

:

1,8864 kg/jam 379,1671 kg/jam

Asumsi komponen yang terikut udara 1 % Komposisi bahan keluar cyclone masuk Pengepakan : CuSO4.5 H2O

: 0,99 x 377,2806 = 373,5078 kg/jam

H2O

: 0,99 x 1,8864

= 1,8675 kg/jam 375,3754 kg/jam

Komposisi bahan keluar cyclone yang hilang : CuSO4.5 H2O

: 0,01 x 377,2806 = 3,7728 kg/jam

H2O

: 0,01 x 1,8864

= 0,0189 kg/jam


3,7917 kg/jam Tabel LA.8 Neraca Massa Pada Cyclone Bahan Masuk (kg/jam)


Dari Rotary Dryer (M15)

Hilang bersama udara (M17)

CuSO4.5 H2O

: 377,2806

CuSO4.5 H2O

:

3,7728

H2O

:

H2O

:

0,0189

1,8864

379,1671 Udara

: 1007,0983

3,7917 Udara

:1007,0983

Ke Pengepakan (M18) CuSO4.5 H2O

:

373,5078

H2O

:

1,8675 46,9219

TOTAL

: 1386,2654

Persen Kemurnian produk =

TOTAL

(3395,5258 +373,2806 )

(3412 ,5035 +375,3754 )

: 1386,2654

x 100%

= 99,50 %


LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas pabrik

: 40.000 ton / tahun :

40.000 ton 1000 kg 1 tahun 1 hari × × × tahun ton 330 hari 24 jam

: 3787,8788 kg/jam Waktu operasi

: 330 hari / tahun : 24 jam / hari

Satuan operasi

: kkal / jam

Suhu referensi

: 25oC

(Hougen,297)

LB.1. Tangki Pengencer H2SO4 (M-116) T=30oC ∆H1 T=30oC

∆H2 ∆HP

Qloss ∆H3 T=29,4203oC

Neraca panas total : ∆H1 + ∆H2 + ∆HP = ∆H3 + Qloss Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada H2SO4 pekat ∆H2 = panas yang terkandung pada air pengencer masuk ∆H3 = panas yang terkandung pada larutan H2SO4 encer keluar ∆HP = panas pelarutan H2SO4

Qloss = panas yang hilang Menghitung panas yang terkandung pada H2SO4 pekat (∆H1) : ∆H1

= m . Cp . ∆T = 2857,2717 kg/jam x 0,3504 kkal/kgoC x (30-25)oC = 5005,9400 kkal/jam

Menghitung panas yang terkandung pada air pengencer masuk (∆H2) : ∆H2

= m . Cp . ∆T = 9388,1784 kg/jam x 0,9987 kkal/kgoC x (30-25)oC = 46879,8688 kkal/jam


Menghitung panas pelarutan H2SO4 (∆HP) : Diketahui panas pelarutan H2SO4 adalah sebesar 6,7612 kJ/kgmol ∆HP

= 6,7612 kJ/kgmol x 30,5506 kgmol/jam x 0,2390 kkal/kJ = 49,3680 kkal/jam

Menghitung panas yang hilang (Qloss) : Asumsi :

Qloss

= 1 % dari panas yang masuk = 0,01 x (∆H1 + ∆H2 + ∆HP) = 0,01 x (5005,9400 + 46879,8688 + 49,3680) kkal/jam = 519,3518 kkal/jam

Menghitung panas yang terkandung pada larutan H2SO4 encer keluar (∆H3) : ∆H1 + ∆H2 + ∆HP = ∆H3 + Qloss 5005,9400 + 4646879,8688 + 49,3680 = ∆H3 + 519,3518 ∆H3

= 514515,8246 kkal/jam

Menghitung suhu larutan H2SO4 encer keluar : ∆H3 = m . Cp . ∆T 514515,8246 = 12245,4501 kg/jam x 0,9562 kkal/kgoC x (T-25)oC 4,3911 = T – 25 29,3911 oC

T =

Tabel LB.1. Neraca Panas Pada Tangki Pengencer H2SO4 Panas masuk (kkal/jam)

Panas keluar (kkal/jam)

∆H1

:

5005,9400

∆H3

∆H2

:

5859,9842 Qloss

∆HP

:

Total

: 51935,1764

: 51415,8246 :

519,3518

49,3680 Total

: 51935,1764

LB.2. Heater H2SO4 (E-118) Q ∆H1

Qloss ∆H2

o

T1=30 C

T2=75oC

Neraca panas total : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss


Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk ∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar Q

= panas yang terkandung dalam steam

Qloss = panas yang hilang Dari perhitungan sebelumnya, panas yang terkandung pada bahan yang masuk : (∆H1 ) = 6469,7434 kkal/jam Tabel LB.2. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H2) : Komponen H2SO4 H2O

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

∆H2

∆T (oC)

(kkal/jam)

1714,3630

0,9562

( 75 – 25 )

81963,6950

10531,0871

0,9987

( 75 – 25 )

525869,8343 607833,5294

Total:

Menghitung panas yang terkandung dalam steam (Q) : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss 51415,8246 + Q = 607833,5294 + (1 % x (∆H1 + Q)) Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan P steam = 475,8 kpa, dari steam table (Van Ness,670) didapatkan : T

= 150 oC

λ

= 2113,2 kJ/kg x (1 kkal/4,1840 kJ) = 505,0669 kkal/kg

Menghitung kebutuhan steam yang diperlukan (M) : Q=Mxλ ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss 51415,8246 + Q = 607833,5294 + (1 % x (∆H1 + Q)) 51415,8246 + 505,0669 M = 607833,5294 + 514,15 + 5,0507 M M = 1113,8276 kg/jam


Tabel LB.3. Neraca Panas Pada Heater H2SO4 Panas masuk (kkal/jam)


∆H1

:

51415,8246

∆H2

:

607833,5294

Q

:

562557,4374

Qloss

:

6139,7326

Total

: 613973,2620

Total

: 613973,2620

LB.3. Reaktor (R-110) ∆H1

∆H2

Qloss

T=75oC

o

T=30 C ∆H4

∆HR

T=-40oC

∆H5 T=10oC

∆H

Neraca panas total : ∆H1 + ∆H2 + ∆H4 +3 ∆HR = ∆H3 + ∆H5 +Qloss Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada CuO dari open storage ∆H2 = panas yang terkandung pada larutan H2SO4 masuk ∆H3 = panas yang terkandung pada produk keluar ∆H4 = panas yang terkandung pada Brine masuk ∆H5 = panas yang terkandung pada Brine keluar ∆HR = panas reaksi Qloss = panas yang hilang Dari perhitungan sebelumnya, panas yang terkandung pada larutan masuk (∆H2) = 607833,5294 kkal/jam Menghitung panas reaksi (∆HR 25oC) : Dari table 29 (Hougen, hal 297), didapat ∆Hf pada 25oC : ∆Hf CuO

=

-37,1 kkal/kgmol

∆Hf H2SO4

=

-193,91 kkal/kgmol

∆Hf CuSO4

=

-184,00 kkal/kgmol

∆Hf H2O

=

-68,3174 kkal/kgmol

∆HR 25oC

= [∆Hf CuSO4 + ∆Hf H2O] – [∆Hf CuO + ∆Hf H2SO4] = [(-184,00 x 17,3186) + (-68,3174 x 17,3186)] –


[(-37,1 x 17,3186) + (-193,91 x 17,3186)] = [-3186,6224 – 1183,1617] – [-642,5201 – 3358,2497] = -4369,7841 – (-4000,7698) = -369,0143 kkal/jam Tabel LB.4. Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk (∆H1) : Komponen

CuO Impuritis

∆T (oC)

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

∆H1 (kkal/jam)

1399,4800

377,1799

(30-25)

527855,7265

14,1362

68,3743

(30-25)

966,5528 558822,2792

Total

Tabel LB.5. Menghitung panas yang terkandung pada reaktan (∆HReaktan) : Komponen

CuO H2SO4

∆T (oC)

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

1385,4852

(kkal/jam)

377,1799

(30 – 25)

0,8839

(75 – 25)

1697,2194

∆HReaktan

Total

522577,1692

75008,6114 597585,7806

Tabel LB.6. Menghitung panas yang terkandung pada produk (∆Hproduk) : Komponen

Massa

∆T (oC)

Cp o

(kg/jam)

(kkal/kg C)

∆Hproduk (kkal/jam)

CuSO4

2770,9704

0,1506

(80-25)

22951,9478

H2O

311,7342

1,0029

(80-25)

17195,1026

Total

40147,0504


∆HR

= ∆Hproduk - ∆Hreaktan + ∆HR 25oC = 40147,0504 – 597585,7806 - 369,0143 = -557807,7445 kkal/jam

Tabel LB.7. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H3) : Komponen

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

∆T (oC)

(kkal/jam)

13,9948

583,5888

CuO

41,7004 14,1362

Impuritis H2SO4

17,1436

CuSO4

∆H3

2770,9704

H2O

(80-25)

6,2637

(80 – 25)

0,8841

(80 – 25)

0,1506

(80 – 25)

1,0029

(80 – 25)

10842,8213

88,5449

833,6161

22951,9478

598084,6015 622542,2991

Total

Menghitung panas yang hilang (Qloss) : Asumsi Qloss

= 1 % dari jumlah panas masuk = 0,01 (∆H1 + ∆H2 + ∆HR) = 0,01 (528822,2792+ 607833,5294 + 557807,7445) = 16944,63553 kkal/jam

Menghitung panas yang diserap (Qserap) : ∆H1 + ∆H2 + ∆HR = (∆H3 + Qloss) + Qserap 1694463,5531= (622542,2991+ 16944,63553) + Qserap Qserap = 1054976,6184 kkal/jam


Kebutuhan brine =

Q serap

Cp ∆T 1054976,6148 = 5,47 x (10 - (-45)) = 3506,6532 kg jam

Tabel LB.8. Neraca Panas Pada Reaktor Panas masuk (kkal/jam)


∆H1

:

528822,2972

∆H3

:

∆H2

:

607833,5294

Qserap

: 1054976,6184

∆HR

:

557807,7445

Total

: 16944,6355

Qloss

: 1694463,5531

622542,2991

Total

: 1694463,5531

LB.4. Heater (E-122) Q ∆H1

Qloss ∆H2 T2=65oC

o

T1=45 C

Neraca panas total : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk ∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar Q


Qloss = panas yang hilang

Tabel LB.9. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan masuk (∆H1): Komponen

CuO

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

0,1399

377,1799

∆T (oC)

∆H1 (kkal/jam)

(30 – 25)

52,7675


Impuritis

0,1414

68,3743

(30 – 25)

9,6681

H2SO4

16,9722

0,8841

(30 – 25)

75,0256

CuSO4

2743,2607

0,1506

(30 – 25)

2065,6753

H2O

10579,4578

1,0029

(30 – 25)

53953,3011

Total

56165,4376

Tabel LB.10. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H2): Komponen

Massa

∆T (oC)

Cp o

∆H2

(kg/jam)

(kkal/kg C)

CuO

0,1399

52,5332

(65 – 25)

7,3494

Impuritis

0,1414

0,1312

(65 – 25)

0,0186

H2SO4

16,9722

0,8841

(65 – 25)

600,2049

CuSO4

2743,2607

0,1506

(65 – 25)

16525,4025

H2O

10579,4578

1,0029

(65 – 25)

431626,4091

(kkal/jam)

Total

448759,3844

Menghitung panas yang terkandung dalam steam (Q) : ∆H1 + Q = ∆H2 + (1 % x (∆H1 + Q)) 56165,4376 + Q = 448759,3844 + 561,6544 + 0,01 Q Q

= 397135,6898

Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan P steam = 475,8 kpa, dari steam table (Van Ness,670) didapatkan : T

= 150 oC

λ

= 2113,2 kJ/kg x (1 kkal/4,1840 kJ) = 505,0669 kkal/kg

Menghitung kebutuhan steam yang diperlukan (M) :


Q=Mxλ ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss 56165,4376 + 505,0669 M = 448759,3844 + 561,6544 + 5,0507 M M = 786,2857 kg/jam Tabel LB.11. Neraca Panas Pada Heater Panas masuk (kkal/jam)


∆H1

:

56156,4376

∆H2

Q

:

397135,8698

Qloss

Total

: 4523292,3075

Total

:

448759,3844 :

4532,9231

: 4523292,3075

LB.5. Evaporator (V-120)

Q

∆H3

Qloss

o T1=65 ∆H C

o T1=75 ∆H C

1

2

Neraca Panas Total. ∆Η 1 + Q = ∆Η 2 + ∆Η 3 + Qloss

dimana:

∆Η 1 : Panas bahan masuk ∆Η 2 : Panas bahan keluar ∆Η 3 : Panas uap air

Q : Panas steam yang dibutuhkan Qloss : Panas yang hilang Asumsi panas yang hilang 1% dari jumlah panas yang masuk.


Tabel LB.12. Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk (∆H1) : Komponen

∆T (oC)

∆H1

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

CuO

0,1399

52,5332

(65 – 25)

7,3494

Impuritis

0,1414

0,1312

(65 – 25)

0,0186

H2SO4

16,9722

0,8841

(65 – 25)

600,2049

CuSO4

2743,2607

0,1506

(65 – 25)

16525,4025

H2O

10579,4578

1,0029

(65 – 25)

431626,4091

(kkal/jam)

Total

448759,3844

Tabel LB.13. Menghitung panas yang terkandung pada bahan keluar (∆H2) : Komponen

∆T (oC)

∆H2

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

CuO

0,1399

44,4995

(75 – 25)

6,2255

Impuritis

0,1414

0,0597

(75 – 25)

0,0084

H2SO4

16,9722

0,8841

(75 – 25)

750,2561

CuSO4

2743,2607

0,1506

(75 – 25)

20656,7531

H2O

5917,7018

1,0029

(75 – 25)

296743,1568

(kkal/jam)

Total

318156,3999

Menghitung panas yang terkandung pada uap (∆H3) : ∆H3

=mxλ = m x (Hv-Hl) = 4841,7560 kg/jam x (656,4293 – 151,0994)kkal/kg


= 2446683,7263 kkal/jam Menghitung panas yang terkandung pada steam (Q) : ∆Η 1 + Q = ∆Η 2 + ∆Η 3 + Qloss

448759,3844 + Q = 318156,3999 + 2446683,7263 + (1% (448759,3844+Q) 448759,3844 + 0,99 Q = 2769327,719 0,99 Q = 2769327,719– 448759,3844 = 2320568,334 Q = 2320568,334 /0,99 = 2344008,419 Qloss = 0.01 x Q Qloss = 0,01 (2344008,419+448759,3844) = 27927,6780 Menghitung kebutuhan steam : Q=Mxλ M= =

Q λ 2344008,4198 kkal 505,0669 kkal

= 4638,5713 kg

jam

kg

jam

Tabel LB.14. Neraca Panas Pada Evaporator Panas masuk (kkal/jam) ∆H1

:

448759,3844

Q

:

2344008,4198

Total

: 2792767,8042

Panas keluar (kkal/jam) ∆H3

:

∆H2

: 2446683,7263

Qloss

:

Total

318156,3999

27927,6780

: 2792767,8042

LB.6. Kondensor Barometrik (E-123) T2=30oC

∆H3

∆H1 o

T1=75 C

∆H2 T2=50oC

Neraca panas total : ∆H1 + ∆H3 =T4∆H ∆H44 =452oC+ ∆H


Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk ∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar ∆H3 = panas air pendingin masuk ∆H4 = panas air pendingin keluar Tabel LB.15. Menghitung panas bahan masuk (∆H1) : Komponen

H2O

∆T (oC)

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

4841,7560

1,0029

∆H1 (kkal/jam)

(75 – 25)

Total

242789,8546 242789,8546

Tabel LB.16. Menghitung panas bahan keluar (∆H2) : Komponen

H2O

Massa

∆T (oC)

Cp o

(kg/jam)

(kkal/kg C)

4841,7560

1,0029

Total

∆H2 (kkal/jam)

(50 – 25)

121394,9273 121394,9273

Menghitung Panas air pendingin (∆H3): Tmasuk = 30oC ∆H3

= m Cp ∆T = m (1,0029) (30-25) = 5,0145 m

Menghitung Panas yang terbawa air pendingin (∆H4): Tkeluar = 45oC ∆H4

= m Cp ∆T = m (1,0029) (45-25) = 20,058 m

Neraca panas total : ∆H1 + ∆H3 = ∆H2 + ∆H4


242789,8546 + (5,0145 m) = 123194,9273 + (20,058 m) m = 8069,5933 kg/jam Sehingga nilai : ∆H3 = 40464,9758 kkal/jam ∆H4 = 161859,9031 kkal/jam

Tabel LB.17. Neraca Panas Pada Kondensor Barometrik Panas masuk (kkal/jam)


∆H1

:

242789,8546

∆H2

:

121394,9273

∆H3

:

40464,9758

∆H4

:

161859,9031

Total

: 283254,8304

Total

: 283254,8304

LB.7. Kristalizer (X-125)

Qserap ∆H1 T1=75oC

∆H2 T2=14oC

Neraca panas total : ∆H1 = ∆H2 + Qserap Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk ∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar Qserap = panas yang diserap

Tabel LB.18. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan masuk(∆H1): Komponen

∆T (oC)

∆H1

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

CuO

0,1399

44,4995

(75 – 25)

6,2255

Impuritis

0,1414

0,0597

(75 – 25)

0,0084

H2SO4

16,9722

0,8841

(75 – 25)

750,2561

(kkal/jam)


CuSO4

2743,2607

0,1506

(75 – 25)

20656,7531

H2O

5917,7018

1,0029

(75 – 25)

296743,1568

Total

318156,3999

Tabel LB.19. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar(∆H2): Komponen

∆T (oC)

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

∆H2 (kkal/jam)

CuO

0,1399

377,1799

(14 – 25)

52,7675

CuSO4.5H2O

3772,8065

0,2695

(14 – 25)

-11184,4849

Impuritis

0,1414

68,3743

(14 – 25)

9,6681

H2SO4

16,9722

0,8841

(14 – 25)

-165,0563

CuSO4

513,5384

0,1506

(14 – 25)

-850,7277

H2O

4734,6167

1,0029

(14 – 25)

-52231,8279

Total

-64369,6612

Menghitung Panas yang diserap (Qserap): Qserap= ∆H1 - ∆H2 = 318156,3999– (-64369,6612) = 382526,0611 kkal/jam

Menghitung Kebutuhan Brine (m): Qserap = ∆H1 - ∆H2 = m x Cp x ∆T m = Qserap / (Cp x ∆T) = 382526,0611 / (5,47 x (14-(-40)) = 1295,0303 kg/jam


Tabel LB.20. Neraca Panas Pada Kristalizer Panas masuk (kkal/jam) ∆H1

:

Total


318156,3999

: 318156,3999

∆H2

:

-64369,6612

Qserap

:

382526,0611

Total

: 318156,3999

LB.8. Rotary Dryer (B-130) ∆H3

Qloss

T3=85oC ∆H1

∆H2 T2=85oC

T1=30oC T4=120oC ∆H4

Neraca panas total : ∆H1 + ∆H4 = ∆H2 + ∆H3 + Qloss Dimana :

∆H1

= panas yang terkandung pada bahan masuk Rotary Dryer

∆H2

= panas yang terkandung pada bahan keluar ke Bin

∆H3

= panas yang terkandung pada udara masuk cyclone

∆H4

= panas udara kering masuk

Qloss

= panas yang hilang

Tabel LB.21. Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk Rotary Dryer (∆H1) : Suhu bahan masuk Rotary Dryer = 30oC Komponen

∆T (oC)

∆H1

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

CuSO4.5H2O

3772,8065

0,2695

(30 – 25)

5083,8568

H2O

188,6043

1,0029

(30 – 25)

945,9368

Total

(kkal/jam)

6029,7935

Menghitung panas yang terkandung dalam udara kering masuk (∆H4) : ∆H4 = m x Cp x ∆T m dicari dengan cara Trial and error :


Trial m = 1007,0983 kg/jam ∆H4 = m x Cp x ∆T = 1007,0983 x 0,24 x (120-25) = 22961,8412 kkal/jam Tabel LB.22. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H2): Komponen

∆T (oC)

Massa

Cp

(kg/jam)

(kkal/kgoC)

CuSO4.5H2O

3395,5258

0,2695

(85 – 25)

H2O

16,9776

1,0029

(85 – 25)

∆H2 (kkal/jam) 54905,6522

127,7015

Total

6990,9088

Tabel LB.23. Menentukan panas yang terbawa bahan ke cyclone (∆H3) : Komponen

Massa

∆T (oC)

Cp o

∆H3

(kg/jam)

(kkal/kg C)

CuSO4.5H2O

377,2806

0,2695

(85 – 25)

6100,6273

H2O

1,8864

1,0029

(85 – 25)

113,5122

(kkal/jam)

Total

6214,1395

Menghitung panas yang hilang (Qloss) : Qloss = 1 % (∆H1 + ∆H4) = 1 % (753,7243+22961,8412) = 237,1556 Kkal/jam Cek m Trial : Trial m benar jika nilai : ∆H4 = (∆H2 + ∆H3 + Qloss)- ∆H1 Dari perhitungan didapat nilai ∆H4 = 66234,4341 kkal/jam Sedangkan nilai (∆H2 + ∆H3 + Qloss)- ∆H1 = 66234,4341 kkal/jam Sehingga massa dari udara kering (m) trial sesuai yaitu 1007,0983 kg/jam


Tabel LB.24. Neraca Panas Pada Rotary Dryer Panas masuk (kkal/jam) ∆H1

:

∆H4

: 66234,4341

Total

6029,7935

: 72264,2277

Panas keluar (kkal/jam) ∆H2

:

∆H3

: 6214,1395

Qloss

:

Total

55927,2623

10122,8259 : 72264,2277

LB.9. Heater Udara (E-134) Q ∆H1

Qloss ∆H2

o

T1=30 C

T2=120oC

Neraca panas total : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada udara masuk ∆H2 = panas yang terkandung pada udara keluar Q


Qloss = panas yang hilang Dari perhitungan neraca panas pada Rotary Dryer diketahui bahwa udara yang dibutuhkan = 1007,0983 kg udara kering/jam Menghitung panas yang terkandung pada udara masuk (∆H1) : ∆H1

= m x Cp x ∆T = 1007,0983 kg/jam x 0,26 kkal/kgoc x (30-25)oC = 1258,8729 kkal/jam

Menghitung panas yang terkandung pada udara masuk (∆H2) : ∆H2

= m x Cp x ∆T = 1007,0983 kg/jam x 0,26 kkal/kgoc x (120-25)oC = 24875,3280 kkal/jam

Menghitung panas yang terkandung pada steam (Q) : Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan P steam = 475,8 kpa, dari steam table (Van Ness,670) didapatkan : T

= 150 oC

λ

= 2113,2 kJ/kg x (1 kkal/4,1840 kJ)


= 505,0669 kkal/kg Menghitung kebutuhan steam yang diperlukan (M) : Q=Mxλ ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss 1258,8729 + 505,0669 M = 24875,3280 + (1 % x (∆H1 + Q)) 1258,8729 + 505,0669 M = 24875,3280 + 12,5887 + 5,0507 M M = 46,7347 kg/jam Tabel LB.25. Neraca Panas Pada Heater Udara Panas masuk (kkal/jam)


∆H1

:

1258,8729

∆H2

:

24875,3280

Q

: 25139,3009

Qloss

:

1522,8458

Total

: 26398,1738

Total

: 26398,1738


LAMPIRAN C SPESIFIKASI PERALATAN

1. GUDANG COPPER OXIDES (F-111) Fungsi : Tempat penyimpanan copper oxides Dasar perancangan : Suhu gudang

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Waktu tinggal

: 7 hari

Massa bahan

: 1399,4800 kg/jam = 3085,2936 lb/jam = 74047,0466 lb/hari

Densitas bahan : 6,4002 g/cm3 = 399,5645 lb/ft3 Volume bahan mengisi gudang diasumsikan : 80% dari volume gudang Perhitungan : Volume bahan

=

Volume bahan

=

massa produk x waktu tinggal ρ produk (74047,0466lb/hari) x (7 hari) 399,5645 lb/ft 3

= 1297,2357 ft3 = 36,7338 m3 Volume storage = 36,7338 m3 x 100/80 = 45,7338 m3 Ditetapkan : Panjang = 2 x lebar gudang Tinggi Maka

: Vstorage

=6m =pxlxt

45,9173 = 2l x l x 6 l2 = 3,8264 l

= 1,9561 m ≈ 2 m

p =2mx2=4m Spesifikasi peralatan : 

Nama

: Gudang Copper Oxides



Kapasitas

: 45,9173 m3 = 1621,4776 ft3



Ukuran

: Panjang

= 157,48 in

Lebar

= 78,74 in


Tinggi 

2.

Jumlah

= 236,22 in

: 1 buah

BELT CONVEYOR (J-112) Fungsi : Untuk mengangkut copper oxides dari gudang copper oxides ke bin Perhitungan : Kapasitas = 1399,4800 kg/jam = 1,3995 ton/jam = 3085,2936 lb/jam Kapasitas belt yang ditetapkan

= 14 ton/jam

Lebar

= 3,3 ft

Panjang

= 14 ft

Slope

= 20°

Menentukan power motor : HP =

F(L + L o )(T + 0,03Ws) + T x ∆Z 990

(G.G. Brown hal : 57)

Dimana : F = faktor friksi (= 0,05) untuk plan bearing L = panjang conveyor (ft) Lo = 100 ft untuk plan bearing S = kecepatan bucket T = rate material (ton/jam) ∆Z = kenaikan elevasi material = 6m = 20ft W = berat bagian yang bergerak = 1 lb/in lebar = 39,6 lb/in lebar Sehingga : HP =

0,05(14 + 100)(14 + (0,03 × 100 × 39,6)) + (14 × 20) 990

HP = 1,0474 HP Digunakan r1 motor = 80%, maka : Power motor =

1,0474 = 1,3093 HP ≈ 2 HP 80%

Spesifikasi alat :  Fungsi

: Memindahkan copper oxides dari gudang ke bin



Nama

: Belt Conveyor



Tipe

: Flat belt 20° idler



Dimensi : panjang (L)

= 14 ft


lebar

= 3,3 ft



Kecepatan

: 100 ft/menit



Power motor

: 2 HP



Bahan

: Reinforced rubber



Jumlah

: 1 buah

3. BIN COPPER OXIDES (F-113) Fungsi : Menampung Copper Oxides sebelum masuk reaktor Tipe :Tangki silinder dengan bagian bawah berbentuk conis dengan sudut puncak 60° Dasar perencanaan : Suhu

: 30°C

Massa bahan masuk

: 1399,4800 kg/jam = 3085,2936 lb/jam

Densitas produk

: 6,4002 g/cm3 = 399,5645 lb/ft3

Direncanakan bin digunakan untuk menampung bahan selama 1 jam Perhitungan : 3.a. Menentukan diameter tangki Bahan yang ditampung = 3085,2936 lb/jam x 1 jam = 3085,2936 lb Volume bahan =

3085,2936 lb m = = 7,7216 ft3 3 ρ 399,5645 lb/ft

Volume bahan mengisi bin 80% dari volume bin, maka : Volume bin =

7,7216 ft 3 volume sodium silikat = 80 % 80 %

= 9,6520 ft3

Ls = 1,5 di Volume bin =

9,6520 ft3 =

π . di 3 π + di 2 Ls 24 . tg 1 / 2 α 4 π . di 3 π + di 2 (1,5 di) o 4 24 . tg 30

9,6520 ft3 = 0,2266di3 + 1,1775di3 9,6520 ft3 = 1,4041di3 di = 1,9014 ft = 22,8168 in Menentukan tekanan design (Pi) :


Volume bahan dalam shell = volume bahan – volume conis = 7,7216 -

Tinggi CuO dalam shell =

= 7,7216

– 0,8192

= 6,9024 ft

3

Volume bahan dalam shell 1/4π ⋅ d 2 =

Tekanan hidrostatik(Ph) =

π(1,9014) 2 24.tg 30 o

6,9024 = 2,4321 ft 1 / 4.π .(1,9014) 2

ρ ( H −1) 399,5645 lb/ft 3 (2,4321 −1) 144

=

144

= 3,9737 psi Tekanan design (Pi)

= 3,9737 + 14,7 = 18,6737 psia = 18,6737 – 14,7 = 3,9737 psig

3.b. Menentukan tebal silinder Bahan

: Carbon steel SA 240 Grade M Type 316

f allowble

: 18750 psi

(Brownell and Young, hal : 254)

Faktor korosi (C) : 1/16 in Type pengelasan : double welded butt joint(E = 0,8) Tekanan design (Pi) = 3,9737 psig ts =

pi . di +C 2(f.E − 0,6. pi)

ts =

(3,9737) (22,8168 ) 1 + 2((18750)(0,8 ) − ( 0,6).(3,9737 )) 16

ts = 0,0625 x ts =

16 16

3 1,0012 ≈ in 16 16

Standarisasi do : do = di + 2.ts do = 22,8168 + 2(3/16) do = 23,1918 in Dari tabel 5-7 Brownell and Young, hal : 90 didapat harga :


do = 24 icr = 1,5 r

= 24

Menentukan harga di baru : di

= do - 2.ts

di

= 24 – 2 (3/16)

di

= 23,625 in = 1,9687 ft

Cek hubungan Ls dengan di

π.di 3 π + di 2 Ls Volume bin = o 24.tg 30 4 9,6520 ft3 =

π.(1,9687 ) 3 π + (1,9687) 2 Ls o 4 24.tg 30

9,6520 ft3 = 1,7269 ft3 + 3,0424 ft2 Ls Ls

= 2,6048 ft

Ls 2,6048 = = 1,3231 di 1,9687 3.c. Menentukan tebal tutup bawah berbentuk conis thb =

pi . di +C 2(f .E − 0,6.pi) cos 30 o

thb =

(3,9737)(22,8168) 1 + o 2((18750)(0,8) − (0,6)(3,9737 )cos 30 16

thb = 0,0626 x thb =

16 16

3 1,0012 ≈ in 16 16

- Menentukan tinggi bin : Tinggi shell = Ls = 2,6048 ft = 31,2576in Tinggi tutup bawah berbentuk conis : tg 1/2α h = h

=

1/2.di h

1/2(1,9687) 1 / 2.d = tg 1/2α tg 30 o

= 1,7039 ft = 20,446 in


Tinggi bin = tinggi shell + tinggi tutup bawah = 2,6048 + 1,7039 = 4,3087 ft = 51,7044 in Spesifikasi peralatan :  Fungsi

: Untuk menampung copper oxides sebelum masuk reaktor

 Nama alat : Bin Copper Oxides  Tipe

: silinder tegak dengan tutup bawah berbentuk conis dengan sudut puncak 60°

 Kapasitas

: 9,6520 ft3

 Dimensi

: Diameter dalam (di)



= 23,625 in

Tebal tutup bawah (thb)

= 3/16 in

Tebal Silinder (ts)

= 3/16 in

Tinggi tutup bawah (h)

= 1,7039 ft = 20,446 in

Tinggi bin (H)

= 4,3087 ft = 51,7044 in

Bahan Konstruksi : Carbon steel SA 240 Grade M Type 316

 Jumlah

: 1 buah

4. STORAGE H2SO4 60% (F-114) Fungsi : Untuk tempat penyimpanan persediaan larutan H2SO4 60% selama

7

hari Tipe

: Tangki berbentuk silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah plate datar.

Direncanakan : −

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 grade M tipe 316

−

Allowable stress : 18750

−

Tipe pengelasan : Double Welded Butt Joint (E = 0,8)

−

Faktor korosi

: 1/16 in

−

Waktu tinggal

: 7 hari

−

Fluida mengisi 80% storage

Dasar perencanaan : −

Massa bahan masuk

: 1714,3630 kg/jam = 3779,4675 lb/jam

−

Densitas bahan

: 1,4898 g/cm3

= 93,0020 lb/cuft


−

Suhu operasi

: 300C

−

Tekanan operasi

: 1 atm

Perhitungan 4.a. Menghitung volume tangki Volume larutan H2SO4 selama waktu tinggal 7 hari VL =

=

massa liquida ρ liquida

3779,4675 lb/jam × 24 jam/hari × 7 hari = 6827,2783 cuft 93,0020 lb/cuft

Liquida mengisi tangki sebesar 80% dari volume total VT = VL + VRK VT = 6827,2783 + 0,2 VT VT = 8534,0979 cuft 4.b. Menentukan diameter tangki Asumsi Ls =1,5 di

( Ulrich Tab 4.27 hal 248 )

VT = Vshell + Vdish VT = π /4 di2 Ls + 2(0,0847di3) 8534,0979 = π /4 di2 (1,5 di) + 0.1694di3 8534,0979 = 1,1775 di3 + 0.1694 di3 di = 18,5043 ft = 222,052 in 4.c. Menentukan tinggi liquida dalam silinder(hl) VL

= 0,25 π di2 Li

6827,2783 = 0,785 (18,5043)2 Li Li = hl = 25,3999 ft 4.d. Menentukan tekanan design Phidrostatis =

ρ( hl - 1) 144

93,0020 lb/ft 2 (25,3999 - 1)ft = = 15,7586 psia 144 in 2 Pdesign

= Popersi + Phidrrostatis = 14,7 psia + 15,7586 psia = 30,4586 psia = 30,4586 psia – 14,7 psia = 15,7586 psig


4.e. Menentukan tebal tangki (ts) ts = =

Pi × di +C 2(f.E - 0,6 Pi) 15,7586 × 222,052 1 + 2(18750 × 0,8 - 0,6 × 15,7586) 16

= 0,1339 ×

16 2,1422 = = 3/16 in 16 16

Standardisasi do do = di + 2ts = 222,052 + 2(3/16) = 222,427 in Berdasarkan Brownell and Young, tabel 5-7, hlm.91 diperoleh do = 228 in icr = 13 3/4 r = 180 4.f. Menentukan harga di baru di = do - 2 ts = 228 – 2 (3/16) = 227,625 in = 18,9867 ft cek hubungan Ls dengan di VT = π /4 di2 Ls + 0,0847di 8534,0979 = π /4 di2 (1,5 di) + 0,0847di3 8534,0979 = π /4 (18,9867)2 Ls + 0,0847(18,9867)3 8534,0979 = 282,9883 Ls + 597,7381 7936,3598 = 282,9883 Ls Ls = 28,0448 ft = 336,5380 in Ls 28,0048 ft = = 1,6567 di 18,9867 ft

Maka

Ls = 1,477 di

4.g. Menentukan tebal tutup (tha) Bentuk tutup atas adalah standard dished head


tha = =

0,885 × Pi × r +C f.E - 0,1 Pi

0,885 × 15,7586 × 78 1 + (18750 × 0,8) - (0,1 × 15,7586 ) 16

= 0,1860 ×

16 2,9772 3 = = in 16 16 16

4.h. Menentukan tinggi storage Bentuk tutup atas adalah standard dished head ha = 0,169 x di = 0,169 x 227,625 in = 38,4686 in H = tinggi silinder + tinggi tutup atas = 304,7988 in + 38,4686 in = 343,2674 in = 28,6056 ft Spesifikasi Peralatan : 

Fungsi

: Menyimpan dan tempat persediaan H2SO4 selama 7 hari



Tipe

: Tangki berbentuk silinder tegak dengan tutup atas berbentuk

standard dished head dan tutup bawah

berbentuk plate datar. 

Bahan konstruksi

: Stainless Steel, SA-240, grade M, tipe 316



Volume tangki

: 8534,0979 ft3



Diameter dalam (di) : 227,625 in



Diamater luar (do)

: 228 in



Tebal silinder (ts)

: 3/16 in



Tinggi silinder (Ls)

: 304,7988 in



Tebal tutup atas (tha) : 3/16 in



Tinggi tutup atas (ha) : 38,4686 in



Tinggi Storage (H)

: 343,2674 in



Jumlah

: 1 buah

5. POMPA STORAGE H2SO4 60 % (P-115) Fungsi : Untuk mempompa larutan H2SO4 dari storage ke tangki pengencer


Type

: Centrifugal pump

Dasar perencanaan : Rate liquid = 1714,3630 kg/jam = 3779,4846 lb/jam ρ liquid = 1,4898 g/cm3 µ

= 93,0020 lb/cuft

= 0,0013 lb/ft.detik

(Perry,s edisi 7, hal 2-108) (Perry,s edisi 6, hal 3-252)

Perhitungan : 5.a. Menghitung rate volumetrik Q=

rate liquid 3779,4846 lb/jam = = 40,6387 ft3/jam = 0,011288 ft3/detik 3 ρ liquid 93,0020 lb/ft

5.b. Menentukan dimensi pipa ID optimal = 3,9 x Q0,45 x ρ0,13

(Peter and Timmerhauss pers.15 hal 496)

ID optimal = 3,9 x (0,011288)0,45 x (93,0020)0,13 ID optimal = 0,9346 in. Standarisasi ID = 1 in sch 40

(Geankoplis, App A.5 hal 892)

Sehingga diperoleh harga : OD = 1,315 in = 0,1095 ft ID = 1,049 in = 0,0874 ft A= 0,00600 ft2 5.c. Menentukan laju aliran fluida Laju aliran fluida (V) =

NRe =

0,011288 ft 3 /detik Q = = 1,8813 ft/detik A 0,00600 ft 2

(0,0874 ft)(1,8813 ft/detik)(93,0020 lb/ft 3 ) DxVxρ = 0,0013 lb/ft.detik µ

NRe = 11763,21

(aliran turbulen)

5.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88 ) Sehingga diperoleh : ε = 4,6 x 10-5 m = 0,000151 ft

ε 0,000151 = = 0,00172 D 0,0874 f = 0,0085

(Geankoplis, fig 2.10-3 hal 88)


Direncanakan panjang pipa 43 ft No

Nama

Jumlah

Kf

∑ Kf

1

Elbow 90°

3

0,75

2,25

2

Globe valve

1

6

6

Total

8,25 2

 A  Kex = 1 − 1  = (1 - 0)2 = 1  A2 

(Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)

2

 A  Kc = 0,55 1 − 1  = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)  A2 

∆L  + K ex + K c + K f ∑F =  4 x f x D 

 V (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) x  2 2

43   (1,8813) 2 + 1 + 0,55 + 8,25  x ∑F =  4 x 0,0085 x 0,0874 2   ∑F = 46,9444 lb.ft/lbm 5.e. Menentukan daya pompa :

 ∆V 2   ∆Z   ∆P    +   +   + ∑ F + Ws = 0  2.α.gc   gc   ρ 

(Geankoplis,per 2.7-28 hal 97)

Direncanakan : ∆Z = 8 ft ∆P = 0 ∆V = 1,8813 ft/detik Sehingga diperoleh harga : - Ws

 (1,8813) 2   8 x 9,8   0   +  =  +  + 46,9444  2 x 1 x 32,2   32,2   93,0020 

- Ws

= 49,4340

WHP =

(− Ws) x Q x ρ 550

WHP =

49,4340 x 0,011288 x93,0020 = 0,09435 Hp ≈ 1 Hp 550

Kapasitas =

(3779,4846 lb/jam)(7,481 gal/ft 3 ) = 7,4883 gpm (60 menit/jam)(62,9297 lb/ft 3 )


Maka daya pompa = 45 % BHP =

(Peter & Timmerhauss,fig 14-37 hal 520)

WHP 1 = = 2,2222 Hp η pompa 0,45

η motor = 80% Daya motor =


BHP 2,2222 = = 2,7778 Hp ≈ 3 Hp η motor 0,80

Spesifikasi peralatan : 

Nama

: Pompa



Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 3 Hp



Kapasitas

: 7,4883 gpm



Bahan

: Carbon steel



Jumlah

: 1 buah

6. Tangki Pengencer H2SO4 (M-116) Fungsi : Untuk mengencerkan larutan H2SO4 60% menjadi larutan H2SO4 14% Type : Silinder tegak dengan tutup bawah dan tutup atas berbentuk standar dished yang dilengkapi pengaduk type turbulen impeller with 6 flat blades at 45° Dasar perancangan : Bahan masuk

= 12245,4501 kg/jam = 26996,3191 lb/jam

ρ campuran

= 1,3398 g/cm3 = 83,6437lb/ft3

Suhu operasi

: 30°C

Direncanakan proses berjalan secara kontinu dengan waktu tinggal 1 jam Perhitungan : 6.a. Menentukan diameter tangki Larutan H2SO4 yang ditampung = 26996,3191 lb/jam x 1 jam = 26996,3191 lb Volume larutan H2SO4 =

26996,31918 lb m = = 322,7537 ft3 3 ρ 83,6437 lb/ft

Volume larutan H2SO4 mengisi 80% dari volume mixer, maka : Volume tangki =

volume larutan H 2SO 4 322,7537 ft 3 = 80 % 80 %

= 403,4422 ft3

Asumsi : Ls = 1,5 di


π = 0,0847 d 3 + di 2 Ls + 0,0847 d 3 4

Volume tangki pengencer 403,4422 ft3

π = 0,0847 d 3 + di 2 (1,5 di) + 0,0847 d 3 4

403,4422 ft3

= 0,0847 d 3 + 1,1775di3 + 0,0847 d 3

403,4422 ft3

= 1,3469 di3

di

= 6,6908 ft = 80,29 in

6.b. Menentukan tekanan design (Pi) : Volume larutan H2SO4 dalam shell = volume larutan H2SO4 – volume tutup bawah = 403,4422 – (0,0847 (6,6908)3) = 378,0723 ft3 Tinggi liquida dalam shell (H) =

Volume larutan H 2 SO 4 dalam shell 1/4π .(d) 2 =

Tekanan hidrostatik (Ph)=

378,0723 = 10,7584 ft 1 / 4.π. (6,6908) 2

ρ (H −1) 83,6437 lb/ft 3 (10,7584 ft 3 −1) = 144 144 in 2 = 5,6682 psia

Tekanan design (Pi)

= 5,6682 psia + 14,7psia = 20,3682 psia – 14,7 = 5,6682 psig

6.c. Menentukan tebal silinder : Bahan

: Stainless steel SA 240 Grade M Type 316

f allowble

: 18750 psi


Faktor korosi (C) : 1/16 in Type pengelasan Tekanan design (Pi)

: double welded butt joint (E = 0,8) : 5,6682 psig

ts =

pi . di +C 2( f .E − 0,6. pi )

ts =

(5,6682 ) (80,29 ) 1 + 2((18750)(0,8 ) − ( 0,6).(5,6682)) 16


ts = 0,0650x ts =

16 16

3 1,0402 ≈ in 16 16

Standarisasi do : do = di + 2.ts = 80,29 + 2(3/16) = 80,665 in Dari tabel 5-7 Brownell and Young, hal : 90 didapat harga : do = 84 in icr = 5 1/8 in r

= 84 in


= do - 2.ts

di

= 84 – 2 (3/16)

di

= 82,625 in = 6,9687 ft

Cek hubungan Ls dengan di :

π Volume tangki pengencer = 0,0847 d 3 + di 2 Ls + 0,0847 d 3 4 403,4422 ft3

π = 0,0847 d 3 + di 2 Ls + 0,0847 d 3 4

403,4422 ft3 = 0,0847 (6,9687)3 + Ls

3,14 (6,9687) 2 Ls + 0,0847 (6,9687)3 4

= 9,0791 ft

Ls 9,0791 = = 1,2994 di 6,9687 6.d. Menentukan tebal tutup atas berbentuk standart dished : tha =

tha =

0,885 x Pi x r +C f x E − 0,6 x Pi 0,885(5,6682 )(84) 1 + (18750)(0,8) − (0,6)(5,6682 ) 16

tha = 0,0672 x

16 16


tha =

3 1,0744 ≈ 16 16

6.e. Menentukan tebal tutup bawah berbentuk standart dished : thb =

thb =

0,885 x Pi x r +C f x E − 0,6 x Pi 0,885(5,6682 )(84) 1 + (18750)(0,8) − (0,6)(5,6682 ) 16

thb = 0,0672 x thb =

16 16

3 1,0744 ≈ 16 16

6.f. Menentukan tinggi tangki pengencer Tinggi shell = Ls = 9,0791 ft = 108,9492in Tinggi tutup atas berbentuk standart dished : ha = 0,169 x di = 0,169 x 83,625 = 14,1326 in Tinggi tutup bawah berbentuk standart dished : hb = 0,169 x di = 0,169 x 83,625 = 14,1326 in Tinggi tangki pengencer = tinggi shell + tinggi tutup atas + tinggi tutup bawah = 108,9492 in + 14,1326 in + 14,1326 in = 137,2144 in 6.g. Tinggi liquida dalam tangki Tinggi liquida dalam tangki (Ht) = H + hb = 10,7584 + 1,1882 = 11,9466 ft 6.h. Perencanaan pengaduk Digunakan pengaduk jenis turbine with 6 blades at 45° angle (Brown, hal 577) Data – data jenis pengaduk : Dt/Di = 3 Zi/Di = 0,75 – 1,3 Zl

= 2,7 – 3,9

W/Di = 0,17

(Brown, hal 577)

Dimana : Dt = diameter dalam tangki


Di = diameter impeller Zi = tinggi impeller dari dasar tangki Zl = tinggi zat cair dalam silinder W = lebar baffle impeller -

Menentukan diameter impeller Dt/Di = 3 Di =

-

Dt 83,625 in = 27,875 in = 2,3229 ft = 0,7080 m = 3 3

Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki Zi/Di = 0,75 – 1,3

(diambil 0,8)

Zi = 0,8 Di = 0,8 x 27,875 in = 22,3 in = 1,858 ft = 0,5664 m -

Menentukan panjang impeller

L 1 = Di 3 L= -

1 Di = 9,291 in = 0,7774 ft 3

Menentukan lebar impeller

W = 0,17 Di W =(27,875)(0,17) = 4,7387 in = 0,3948 ft -

Menentukan daya pengaduk NRe =

n x Di 2 x ρ µ

P =

Φ x ρ x n 3 x Di 5 gc

Dimana :

(Brown, hal 507)

n = putaran pengaduk ditetapkan 100 rpm = 1,67 rps Di = diameter impeller (ft) P = Daya motor (lbf ft/detik) ρ = 83,6437 lb/ft3 µ = 0,00102 lb/ft s gc = 32,2 lb.ft/det2.lbf = 115920 lb.ft/men2.lbf


Φ =4

( GG Brown,Fig 477 hal 507)

Sehingga :

1,67x (2,3229) 2 x83,6437 NRe = 0,00102 NRe = 738952,96 (turbulen) P =

4 x 83,6437 x (1,67) 3 x (2,3229) 5 32,2

P = 3272,9472 lb.f/detik = 0,09918 Hp Ditetapkan : η motor = 80 % η pengaduk = 60 % Maka : P =

0,09918 Hp = 0,2066 Hp ≈ 1 Hp 0,8 x 0,6

Jumlah pengaduk =

=

ρ x Ht 62,43 x D t 83,6437 x 11,9466 62,43 x 6,9868

= 2,29 ≈ 3 Spesifikasi peralatan : 

Nama

: Tangki pengencer larutan H2SO4



Jenis

: Silinder tegak dengan tutup bawah berbentuk standart dished, tutup atas berbentuk standart dished dan dilengkapi pengaduk





Dimensi vessel :

Bahan

Diameter luar (do)

= 84 in

Diameter dalam (di)

= 83,625 in

Tebal silinder (ts)

= 3/16 in

Tebal tutup atas (tha)

= 3/16 in

Tebal tutup bawah (thb)

= 3/16 in

Tinggi tutup atas (ha)

= 14,1326 in

Tinggi tutup bawah (hb)

= 14,1326 in

Tinggi tangki (H)

= 137,2144 in

: Stainless steel SA 240 Grade M Type 316




Jumlah



Jenis pengaduk: axial turbine with 6 blades at 45° angle



Dimensi pengaduk :

: 1 buah

Diameter impeller (Di)

= 27,875 in

Tinggi Impeller dari dasar tangki (Zi) = 22,3 in Panjang Impeler (L)

= 9,291 in

Lebar Impeler (W)

= 4,7387 in



Jumlah

: 3 buah



Bahan

: Carbon steel, SA 240 grade M type 316

7. POMPA H2S04 14% (P-117) Fungsi : Untuk mempompa larutan H2SO4 dari tangki pengencer larutan H2SO4 ke reaktor Type

: Centrifugal pump

Dasar perencanaan : Rate liquid = 12245,4501 kg/jam = 26996,3335 lb/jam ρ liquid

= 1,3398 g/cm3

µ


= 83,6437 lb/cuft


rate liquid 26996,3335 lb/jam = = 322,7539 ft3/jam = 0,08965 ft3/detik ρ liquid 83,6437 lb/ft 3



ID optimal = 3,9 x (0,08965)0,45 x (83,6437)0,13 ID optimal = 2,3422 in. Standarisasi ID = 2,5 in sch 40


Sehingga diperoleh harga : OD = 2,875 in = 0,2396 ft ID = 2,469 in = 0,2057 ft A = 0,03322 ft2


7.c. Menentukan laju aliran fluida


Laju aliran fluida (V) =

NRe=

D x V x ρ (0,2057 ft)(2,6986 ft/detik)(83,6437 lb/ft 3 ) = 0,00102 lb/ft.detik µ

NRe = 45520,38 (aliran turbulen) 7.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88 ) Sehingga diperoleh : ε = 4,6 x 10-5 m = 0,000151 ft

ε 0,000151 = = 0,000734 D 0,2057 f = 0,007



Nama

Jumlah

Kf

∑ Kf

1

Elbow 90°

4

0,75

3

2

Globe valve

1

6

6

Total

9

2

 A  Kex = 1 − 1  = (1 - 0)2 = 1  A2 


2

 A  Kc = 0,55 1 − 1  = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)  A2  2 ∆L  V  ∑F =  4 x f x (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) + K ex + K c + K f  x D  2 

78   (2,6986) 2 + 1 + 0,55 + 9  x ∑F =  4 x 0,007 x 0,2057 2   ∑F = 77,075 lb.ft/lbm 7.e. Menentukan daya pompa :  ∆V 2   ∆Z   ∆P    +   +   + ∑ F + Ws = 0 2 . . gc gc α ρ      


Direncanakan :


∆Z = 12 ft ∆P = 0 ∆V = 2,6986 ft/detik Sehingga diperoleh harga : - Ws

 (2,6986) 2   12 x 9,8   0   +  =  +  + 77,075  2 x 1 x 32,2   32,2   83,6437 

- Ws

= 80,8402

WHP =

(− Ws) x Q x ρ 550

WHP =

80,8402 x 0,08965 x 83,6437 = 1,1021 Hp ≈ 2Hp 550

(26996,3335 lb/jam)(7,481 gal/ft 3 ) = 53,4881 gpm Kapasitas = (60 menit/jam)(62,9297 lb/ft 3 ) Maka daya pompa = 45 % BHP =


WHP 2 = = 4,4444 Hp η pompa 0,45



BHP 4,4444 = = 5,5555 Hp ≈ 6 Hp η motor 0,8


Nama

: Pompa



Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 6 Hp



Kapasitas

: 7,1498 ft3/menit



Bahan

: Carbon steel



Jumlah

: 1 buah

8. HEATER H2SO4 (E-118) Fungsi : memanaskan larutan H2SO4 14% sebelum masuk reaktor Tipe

: Double Pipe Heat Exchanger

Faktor kekotoran (Rd) gabungan minimal = 0,004 Btu/jam.ºF ΔPmaks. aliran H2SO4 14% = 10 psi


ΔPmaks. aliran steam = 2 psi t1 = 300C = 860F T1 = 1500C = 3020F

T2 = 1500C = 3020F t2 = 750C = 1670F

 Neraca massa dan neraca panas Rate bahan = 12245,4501 kg/jam = 26996,3335 lb/jam Rate steam = 1113,8276 kg/jam = 2455,5282 lb/jam Panas yang dibawa steam (Q) = 562557,4374 kkal/jam = 2230906,601 Btu/jam  Menghitung Δt Δt1 = 302ºF – 167ºF = 135ºF Δt2 = 302ºF – 86ºF = 216ºF

∆t LMTD =

Δt 1 − Δt 2 135 − 216 = = 172,3391°F Δt 1 135 ln ln 216 Δt 2

 Menghitung suhu kalorik Tc = ½ (302 + 302)°F = 302°F tc = ½ (167 + 86)°F = 126,5°F  Trial ukuran DPHE Dicoba ukuran DPHE : 2 1/2 in x 1 1/4 in Bagian annulus (Kern, tabel 6.2 hal 110) : aan = 2,63 in2 de = 2,02 in de’ = 0,81 in Bagian pipa ( Kern, tabel 11 hal 844) : ap = 1,50 in2 di = 1,380 in do = 1,66 in a” = 0,435 ft2/ft


 Evaluasi perpindahan panas (Rd) Bagian annulus (H2SO4) 1. aan = 2,63 in2 =

Bagian pipa (steam)

2,63 = 0,0183 ft2 144

1’.ap=1,50in2=

26996,3335 lb/jam m = a an 0,0183 ft 2

Gan =

Gp=

M 2455,5852 lb/jam = ap 0,0104 ft 2

= 1475209,481 lb/ft2.jam NRe(an) =

=

de x G an μ x 2,42

(2,02

= 236113,9615 lb/ft2.jam NRe =

) × 1475209,481 12 3,0 × 2,42

1,50 = 0 ,0104 ft 2 144

di × G p μ × 2,42

(1,380 )(236113,9615) 12 = 0,011 x 2,42

= 34204,8112

= 1020026,505

2. JH = 95 Btu/jam.ºF (Kern, fig. 24 hal 834) 2’. Untuk steam, k  Cp × μ  ho= JH × ×  de  k 

1/3

 μ ×   μW

  

0,14

hio =15000 Btu/jam.ºF

μ = 3,0 (Kern, fig 14, hal 823) Cp = 0,46 (Kern, fig 3, hal 805) k = 0,25 Btu/j.ft2.°F/ft 0,25  0,46 × 3,0  h= 95 × ×  2,02  0,25  12

1/ 3

×1

= 249,3469 Btu/jam.ft2.°F

Uc =

hio x ho hio + ho

Uc

=

1500 0 x 249,3469 1500 0 + 249,3469

 Rd =

= 245,2697 Btu/jam.ft2.°F

UC − UD UC x UD


1 1 = + Rd UD UC 1 1 = + 0,004 UD 245,2697 U D = 123,8601 Btu/jam.°F

 A=

Q 2230906,601 = 104,5575 ft2 = U D × Δt LMTD 123,8601× 172,3391

 L=

A 104,5575 = 240,3621 ft = a" 0,435

 Evaluasi penurunan tekanan (∆P) Bagian annulus (H2SO4) 1. NRe(an) =

=

de x G an μ x 2,42 (2,02

Bagian pipa (steam) 1’. NRe =

) ×1475209,481 12 3,0 × 2,42

=

= 34204,8112

0,264

f = 0,0049 +

(N Re ) = 0,0049 +

0,42

(1,380

= 0,0035 +

4 𝑥𝑥 0,007966 𝑥𝑥 1475209 ,4812 𝑥𝑥 240,3621 2 𝑥𝑥 4,18 𝑥𝑥 10 8 𝑥𝑥 93,75 2 𝑥𝑥 0,81

Ft = 3 2𝑔𝑔 ′ 4,37 2

= 3 2 𝑥𝑥 32,2

(N Re ) 0,42 0,264 (1020026,505) 0, 42

2

2’. ΔPp =

4.f.G p .L 2

2.g.ρ .d i

ρ steam = =

G an 1475209,481 = 3. V = 3600 × ρ 3600 × 93,75 𝑉𝑉 2

0,264

= 0,005637 2

= 4,37 fps

)(236113,9615 ) 12 0,011 x 2,42

f = 0,0049 +

0,264 (34204,8112) 0,42

4.f.G an .L 2. ΔFa = 2.g.ρ 2 .de'

= 2,8 ft

μ × 2,42

= 1020026,505

= 0,007966

=

di × G p

×

ρ 144

1 sv 1 6,29

= 0,19 ΔPp= 4 × 0,0054 × 263113,9615 2 × 67 × 0,19 2 × 4,2.10 8 × 0,19 2 ×1,380 ×144 12

= 0,4660 psi < 2 psi


=0,8896 ft

(memadai)

(𝛥𝛥𝛥𝛥𝑎𝑎 + 𝐹𝐹𝐹𝐹)𝜌𝜌

ΔPa =

=

144

(2,8+0,8896)𝑥𝑥93,75 144

= 2,4025 psi < 10 psi (memadai) Spesifikasi alat : 

Nama alat

: Heater



Fungsi

: memanaskan larutan H2SO4 14 % sebelum masuk reaktor



Tipe




Bahan konstruksi

: Carbon steel



Kapasitas

: 26996,3335 lb/jam



Steam yang digunakan

: 2455,5282 lb/jam



Ukuran DPHE

: 2 1/2 in x 1 1/4 in

Bagian annulus : Luasan aliran di annulus (aan)

= 2,63 in2

Diameter perpindahan panas (de)

= 2,02 in

Diameter penurunan tekanan (de’)

= 0,81 in

Bagian pipa :

 Jumlah

Luasan aliran di pipa (ap)

= 1,50 in2

Diameter dalam (di)

= 1,380 in

Diameter luar (do)

= 1,66 in

Luas permukaan luar per panjang (a”)

= 0,435 ft2/ft

: 1 buah

 9. REAKTOR (R-110) Nama alat

: Reaktor

Kode alat

: R-110

Fungsi : Untuk mereaksikan copper oxides dengan asam sulfat membentuk kuprisulfat


Tipe

: Bejana tegak berpengaduk dengan bagian badan berbentuk silinder,

tutup atas berbentuk standard dishead dan tutup bawah berbentuk konikal yang bersudut puncak 120o dan dilengkapi dengan jacket pendingin Kondisi operasi : -

Tekanan

= 1 atm

-

Temperatur = 80 oC

Tabel LC.1. Komponen bahan yang masuk reaktor Komponen

m (kg/jam)

m (lb/jam)

ρ (lb/ft3)

m(lb/jam) x ρ(lb/ft3)

CuO

1413,6162

3116,4582

1445,8788

H2SO4

12245,4501

26996,3192

66,1945

Jumlah

1707,3834

30112,777

4506020,95

1787007,857

6293028,807

9.1 Perhitungan Dimensi Reaktor Volume reaktor : V=Qxt dimana :

V = volume larutan (ft3) Q = kecepatan volumetrik bahan masuk (ft3/jam) t

Maka :

= waktu tinggal (jam)

V=

=

m campuran ρ campuran

xt

30112,777 lb/jam x 192 jam 208,9820 lb/ft 3

= 27674,0058 ft3 = 783,174 m3 9.1.1

Menentukan volume tangki diameter silinder

Untuk menentukan dimensi bejana, maka : - Sudut puncak tutup bawah = 120o - Tinggi silinder (Ls)

= 1,5 di


- Volume ruang kosong

= 20 % volume tangki

- Volume larutan

= 80 % volume tangki

Vtangki = Vlarutan + Vruang kosong = 27674,0058 ft3 + 0,20 Vl

Vt Vt

27674,0058 = 34592,5072 ft3 0,8

=

9.1.2 Menentukan diameter tangki Vt

 π di 3  π   +  di 2 ⋅ Ls  + 0,0847 ⋅ di 3 =  ⋅ 4   24 tg 12 α 

Vt

 π di 3   π  +  di 2 ⋅1,5 di  + 0,0847 ⋅ di 3 =  ⋅ 1  4  24 tg 2 α 

(

)

(

)

34592,5072 ft3 = 0,0756 di3 + 1,1775 di3 + 0,0847 di3 di3

= 25857,7569 ft3

di

= 29,57 ft = 354,84 in

9.1.3 Menentukan tinggi liquida di dalam tangki (Hliquida) Vliquida

= Vtutup bawah + Vliquida didalam silinder

Vliquida

 π di 3   π  +  di 2 ⋅ Lls  =  ⋅ 1  4  24 tg 2 α 

34592,5072 ft

3

34592,5072 ft3

 π (29,57) 3   π  +  (29,57) 2 ⋅ Lls  =  ⋅ 1  4  24 tg 2 120  = 1953,1 ft3 + 686,392 ft2 ·Lls

Lls = 47,55 ft Tinggi larutan di dalam tutup bawah (hb) = =

0,5 ⋅ di tg 12 α 0,5 ⋅ 29,57 tg 12 120

= 8,536 ft Hliquida = Lls + hb = 47,55 + 8,536 = 56,086 ft 9.1.4.Menentukan tekanan design Phidrostatik

=

ρ campuran x (H liquida − 1) 144


=

208,9820 x (56,086 −1) 144

= 79,944 psia Poperasi

= 1 atm = 14,7 psia

Pdesign (Pi) = Phidrostatik + Poperasi = (79,944 + 14,7) – 14,7 = 79,944 psig 9.1.5. Menentukan tebal silinder (ts) Dipilih material : - High Alloy Steel SA–240 grade M type 316 - fallowed = 18750 - Pengelasan double welded (E = 0,8) dan faktor korosi (C = 1/16) ts =

Pi ⋅ di +C 2 (f ⋅ E − 0,6 ⋅ Pi)

ts =

79,944 × 354,84 1 + 2x (18750 x 0,8 − 0,6 x 79,944) 16

ts = 0,5 in Standardisasi do = di + 2 ts = 177,4075 + 2 (0,5) = 178,4075 in Dari Brownell & Young tabel 5.7 diperoleh : ts = 0,5 in; do = 180 in; di

= do – 2 ts = 180 – 2 (1/2) = 179 in = 14,9166 ft

Cek hubungan Ls dengan di : Volume reaktor = 0,0756 d3 + π/4 (di)2 Ls + 0,0847d3 34592,5072 ft3 = 0,0756 d3 + π/4 (di)2 Ls + 0,0847d3 34592,5072 ft3 = 0,0756 (14,9166)3 + π/4 (14,9166)2 Ls + 0,0847(14,9166)3 Ls

= 195 ft = 2340 in

Ls 195 = = 13,07 ≥ 1,5 (memenuhi) di 14,9166 9.1.6. Menentukan tebal tutup


Tutup atas berbentuk standard dishead (r = di) tha =

0,885 ⋅ Pi ⋅ r +C (f ⋅ E − 0,1⋅ Pi)

tha =

0,885 x 79,944 x 179 1 +  (18750 x 0,8 − 0,1 x 79,944 )  16 

tha = 0,9072 in ≈ 1 in

Tutup bawah berbentuk konikal (de = di) Pi ⋅ de +C 2 ⋅ (f ⋅ E − 0,6 ⋅ Pi) ⋅ cos 12 α 79.944 x 179 thb = 2 x (18750 x 0,8 − 0,6 x 79,944) x cos

thb =

1

1 +   16  2 120

thb = 1,9383 in ≈ 2 in

9.1.7. Menentukan tinggi tutup dan tinggi bejana Tutup atas berbentuk standard dishead r

= di = 179 in

icr = 0,06 di = 0,06 x 179 = 10,74 in  179  AB = (di/2) – icr =   - 10,74 = 78,76 in  2 

BC = r – icr = 179 – 10,74 = 168,26 in (BC)2 − (AB)2 =

AC = b

(168,26) 2 − (78,76) 2 = 148.6888 in

= r – AC = 179 – 148,6888 = 30,3114 in

Dari Brownell & Young, tabel 5-6, hal. 88 untuk ts = ½ diperoleh harga sf = 3 in ha = tha + b + sf = 1 + 30,3114 + 3 = 34,3114 in Tutup bawah berbentuk konikal 1 x 179 ⋅ di = 2 = 51,67 in tg 12 120 tg 12 α 1

hb =

2

Lhb’ = hb + sf = 51,67 + 3 = 54,6743 in H = tinggi tutup bawah + tinggi silinder + tinggi tutup atas = Lhb ’ + Ls + ha


= 54,6743 + 2340 + 34,3114 = 2429,0217 in = 202,418 ft

9.2 Perhitungan Pengaduk - Digunakan pengaduk jenis aksial turbin dengan 4 blade pada 45o angle - Bahan konstruksi impeller dari High Alloy Steel SA–240 grade M type 316 - Bahan konstruksi poros pengaduk adalah Hot Rolled SAE 1020 Data-data dari jenis pengaduk (Brown, fig.477, hal. 507) sesuai dengan perencanaan : Dt/Di = 2,4 – 3 Zl/Di = 2,4 – 3 Zi/Di = 0,4 – 0,6 W/Di = 0,25 Dimana : Dt

9.2.1

= diameter dalam dari silinder

Di

= diameter impeller

Zi

= tinggi impeller dari dasar tangki

Zl

= tinggi liquida dalam silinder

W

= lebar blade (daun) impeller

Menentukan diameter impeller Dt/Di = 3,0

179 3

Di

= Dt/3 =

Di

= 59,6666 in = 4,9722 ft

9.2.2 Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki Zi/Di = 0,4 Zi

= 0,4 x Di = 0,4 x 59,6666 = 23,8666 in = 1,9888 ft

9.2.3. Menentukan lebar daun impeller W/Di = 0,2 W

= 0,2 x Di = 0,2 x 55,8333 =13,9583 in = 1,1632 ft

9.2.4. Menentukan panjang impeller


Li/Di = 0,25 Li

(Geankoplis, tabel 3.4-1 hal. 144)

= 0,25 x Di = 0,25 x 59,6666 = 14,91666 in = 1,1632 ft

9.2.5. Menentukan tebal daun impeller J/Di

= 1/12

J

= (1/12) x 59,6666

(Geankoplis, tabel 3.4-1 hal. 144)

= 4,9722 in = 0,4143 ft 9.2.6. Menghitung daya pengaduk Rumus :

Φ x ρ x n 3 x Di 5 P= gc

(Brown, hal. 506)

Keterangan : P = daya pengaduk (lbf·ft/dt) Φ = power number dengan menghitung bilangan Reynold (NRe) gc = konstanta gravitasi = 32,1740 lbm·ft/lbf·s2 NRe =

n x Di 2 x ρ μ

Keterangan : n

= putaran pengaduk, ditetapkan 100 rpm = 1,6667 rps

Di = diameter impeller (ft) ρ

= densitas campuran (lb/ft3)

µ = viskositas bahan masuk (lb/ft·s) NRe =

=

n x Di 2 x ρ μ 1,6667 x 4,9722 2 x 208,9820 = 55735,8990 0,1545

Dari Geankoplis fig. 3.4-4 hal. 145/Brown fig. 477 didapat harga Φ = 1,6

Φ x ρ x n 3 x Di 5 P= gc P=

1,6 x 208,9820 x 1,6667 3 x 4,9722 5 32,1740

= 146230,8683 lbf·ft/s


P=

146230,8683 = 265,8743 hp 550

Jika efisiensi motor 90 %, maka : Peter & Timmerhaus, fig. 14 – 38, hal. 521)

P = 265,8743

0,9

= 295,4158 hp ~ 296 hp 9.2.7. Perhitungan poros pengaduk Menentukan diameter poros : Rumus :

τ=

Dimana

τ=

π x s x Dp

3

16 63025 x P N

Keterangan : τ

= moment puntir (lb·in)

P = daya motor (hp) N = putaran pengaduk = 100 rpm = maksimum design shering strees yang diijinkan (lb/in2)

s

Dp = diameter poros (in)

τ=

63025 x 296 100

= 186554 lb·in Dari Hesse hal. 467 diperoleh s = 20 % x 36000 lb/in2 = 7200 lb/in2, maka :

16 x τ  Dp =   πxs

1

3

16 x 186554  =    3,14 x 7200 

1

3

= 5,091 in = 0,4243 ft 9.2.8. Menentukan jumlah pengaduk n = =

ρ x tinggi liquida 62,43 x diameter tangki 208,9820 x 56,086 62,43 x 14,9167

= 12,586 buah = 13 buah Digunakan 13 buah pengaduk 9.2.9. Menentukan panjang poros L = H’ + Z – Zi


Keterangan : L = panjang poros (ft) Zi = jarak poros dari dasar reaktor (ft) Z = panjang poros di atas bejana reaktor = 0,5 m = 1,64 ft H’= tinggi reaktor – tinggi tutup = 202,4184 – (4,5562+4,3062) = 193,556 ft L = H’ + Z – Zi = 193,556 + 1,64 – 1,9888 = 193,20 ft = 2318,486 in

9.3. Perhitungan Jacket Pendingin 9.3.1. Menentukan volume braine Rate massa braine

= 3506,6532 kg/jam = 7730,717 lb/jam

Densitas braine

= 0,947 g/cm3 = 59,1212 lb/ft3

Laju alir braine

=

7730,717 lb/jam 59,1212 lb/ft 3

= 170,7604 ft3/jam Volume braine yang butuhkan

= 170,7604 ft3/jam x 192 jam = 25106,0135 ft3

Volume braine total

= 25106,0135 + (25106,0135 x 0,1) = 27616,6149 ft3

Tekanan jacket (P3)

= 1 atm

Diameter dalam silinder (di)

= 14,9166 ft

Diameter luar silinder (do)

= 15 ft

Volume liquida dalam tangki

= 27674,0058 ft3

Volume tutup bawah tangki

= 1953,1 ft3

Volume liquida di dalam silinder

= 27674,0058 – 1953,1 = 25720,9058 ft3

Tinggi liquida di dalam silinder (Lls) == 47,55 ft Tinggi braine dalam jacket

= Lls + hb =47,55 + 8,536 = 56,086 ft


9.3.2. Menentukan volume silinder bagian luar Volume tutup bawah tangki =

=

π ⋅ do 3 24 ⋅ tg 12 α

π x (15) 3 = 254,9437 ft3 1 24 x tg ( 2 ⋅ 120)

Volume liquida di dalam silinder

=

π 2 do ⋅ Lls 4

=

π (15) 2 x 47,55 4

= 8389,6875 ft3 Volume silinder setinggi liquid dalam jacket = 8389,6875 ft3 + 2767,4006 = 11157,09 ft3 Volume jacket = volume total braine + volume tutup bawah tangki + volume silinder setinggi liquida di dalam jacket = 27616,6149 ft3 +254,9437 ft3 + 11157,09 ft3 = 36261,2461 ft3

π ⋅ di j ⋅ Llj

π ⋅ di j

2

Volume jacket = [(

4

)+(

π ⋅ di j ⋅ Llj

24 ⋅ tg

2

36261,2461 ft

3

= [(

4

)+(

3 1

2

π ⋅ di j 24 ⋅ tg

π ⋅ di j x 47,55

α

3 1

2

2

36261,2461 ft

3

=

36261,2461 ft3

4

)]

+

α

)] π ⋅ di j

3

24 ⋅ tg ( 12 ⋅ 120)

= 37,3267 dij2 + 0,0755 dij3

dimana dij = diameter dalam jacket dij = 5,0652 ft = 60,7831 ft Volume tutup bawah jacket =0,0755 dij3= 0,0755 x (5,0652)3 = 9,8118 ft3 Phidrostatik =

ρxH 144

Dimana, H = tinggi liquida ρ = densitas brine hbj

 0,5 x di j   = =  1  tg ( 2 ⋅ α) 

 0,5 x 5,0652    = 1,4622 ft  tg ( 12 ⋅120) 


H

= (202,4185 + 1,4622) = 203,8807ft = 2446,569 in

Poperasi

= 1 atm = 14,7 psia

Phidrostatik = Pdesign

ρ x H 59,1212 x 203,8807 = 144 144

= 83,7060 psia

= (Poperasi + Phidrostatik) – 14,7 = (14,7 + 83,7060) – 14,7 = 83,7060 psig

9.3.3. Menentukan tebal dinding jacket

P ⋅ di j

tj =

2 ⋅ (f ⋅ E − 0,6 ⋅ P)

tj =

+C

83,7060 x 60,7831 1 + 2 ⋅ (18750 x 0,8 − 0,6 x 83,7060 ) 16

tj = 0,2326 in ≈ 1 in 4

doj = dij + 2 tj = 60,7831 + 2(1/4) = 61,2831 in Dari tabel 5.6 Brownell & Young diperoleh : ts = 1/4 in; do = 66 in; sf = 3,5 in dij = doj – 2 ts = 66– 2 (1/4) = 65,5 in = 5,4583 ft 9.3.4. Menentukan tebal tutup bawah Tutup bawah berbentuk konikal (de = dij) thb j =

P ⋅ de 2 ⋅ (f ⋅ E − 0,6 ⋅ P) ⋅ cos

1

2

α

+C

83,7060x 60,7831 1 +  1 2 x (18750 x 0,8 − 0,6 x 83,7060 )x cos 2 120  16  in thb j = 0,1475 in ≈ 3 16

thb j =

hbj =

0,5 ⋅ di j tg ( 2 ⋅ α) 1

=

0,5 x60,7831 = 17,5470 in tg ( 12 ⋅ 120)

hbj’ = hbj + sf = 17,5470 + 3,5 = 21,047 in = 1,7539 ft.


9.4. Perhitungan Nozzle 9.4.1. Nozzle pada tutup atas -

Untuk H2SO4 Rate massa H2SO4 = 26996,3192 lb/jam ρ campuran = 66,1945 lb/ft3 Rate volumetrik (Q)

=

26996,3192 = 407,8332 ft3/jam = 0,11328 ft3/s 66,1945

Di = 3,9·(Q)0,45·(ρ)0,13

(Timmerhaus hal. 496)

= 3,9 x (0,11328)0,45 x (66,1945)0,13 = 2,5243 in Dari Geankoplis App. A.5-1 didapatkan : Di = 3 in sch 40 Dari Brownell fig. 12.2 hal 221 didapatkan :

-

NPS = 3 in

E = 4,25 in

Dbaut

= 0,625 in

A

= 7,5 in

K = 3,5 in

Dlubang baut = 0,75 in

T

= 15/16 inL = 2,75 in

R

= 5 in

Jumlah lubang baut = 4

B = 3,07 in

Untuk CuO Rate massa CuO = 3116,4582 lb/jam Densitas CuO

= 1445,8788 lb/ft3

Rate volumetrik (Q) =

3116,4582 = 2,1554 ft3/jam = 0,000598724 ft3/s 1445,8788

Di = 3,9·(Q)0,45·(ρ)0,13


= 3,9 x (0,000598724)0,45 x (1445,8788)0,13 = 0,3561 in Dari Geankoplis App. A.5-1 didapatkan : Di = 1/2 in sch 40 Dari Brownell fig. 12.2 didapatkan : = 1/2 in

NPS = 1/2 in

E = 1 3/6in

Dbaut

A

= 3 1/2 in

K = 0,84

Dlubang baut = 5/8 in

T

= 7/16 in

L = 1 7/8 in


R

= 1 3/8 in

B = 0,62


9.4.2. Nozzle pada silinder -

Braine Rate massa braine = 3506,6532 kg/jam = 7730,7676 lb/jam Densitas braine = 59,1212 lb/ft3 Rate volumetrik (Q)

=

7730,7676 = 130,7613 ft3/jam = 0,036322 ft3/s 59,1212

Di = 3,9·(Q)0,45·(ρ)0,13


= 3,9 x (0,036322)0,45 x (59,1212)0,13 = 1,49 in Dari Geankoplis App. A.5-1 didapatkan : Di = 1,5 in sch 40 Dari Brownell fig. 12.2 didapatkan :

-

NPS = 1,5 in

E = 41/16 in

Dbaut

A

= 5 in

K = 1,9 in

Dlubang baut = 5/8 in

T

= 17/16 in

L = 39/16 in


R

= 23/8 in

B = 1,61 in

= 1/2 in

Man hole Dari Brownell fig. 12.2 didapatkan : = 1 18 in

NPS = 20 in

E = 22 in

Dbaut

A

= 27½ in

K = 20,00

Dlubang baut = 1¼ in

T

= 1 1116 in

L = 5 1116 in


R

= 23 in

B = 19,25

9.4.3. Nozzle pada tutup bawah -

Keluaran produk Rate massa campuran

= 30112,777 lb/jam

Densitas campuran

= 208,982 lb/ft3

Rate volumetrik (Q)

=

Di

30112,777 = 18,0116 ft3/jam = 0,0050 ft3/s 208,982

= 3,9·(Q)0,45·(ρ)0,13


= 3,9 x (0,0050)0,45 x (208,982)0,13 =1,83 in Dari Geankoplis App. A.5-1 didapatkan : Di = 2 in sch 40 Dari Brownell fig. 12.2 didapatkan :


= 0,625 in

NPS = 2 in

E = 3,0625in

Dbaut

A

= 6 in

K = 2,38

Dlubang baut = 0,75 in

T

= 0,75 in

L = 2,5 in


R

= 3,625 in

B = 2,07

9.5. Flange dan Bolting 9.5.1. Flange Bahan

: High Alloy Steel SA 240 Grade O Type 405

Tensile

: 60.000 psi

All.Stress : 15.000 psi Tipe

: ring flange

9.5.2. Gasket -

Bahan

: asbestos

-

m

:2

-

minimum design stress : 1600 psi

-

Tebal gasket y − p.m do = di y − p(m + 1) Dimana :

y

= yield stress

m = gasket faktor

= 1600 =2

do = diameter luar gasket di = diameter dalam gasket = diameter luar shell = 168 in P = internal pressure

1600 − (14,7x2) do = di 1600 − (14,7(2 + 1)

= 1 atm = 14,7 lb/in2

= 1,0047

do = 1,0047 x di = 1,0047 x 180 = 180,846 in Lebar gasket minimum (A) = =

do − di 2 180,846 −180 = 0,423 in 2


Diameter rata-rata gasket (G)

= di + A = 180 + 0,423 = 180,423 in

9.5.3. Baut -

Bahan

: High Alloy Steel SA 193 Grade B 8 type 304

-

Tensile

: 75.000 psi

-

All.stress

: 15.000 psi

-

manentukan jumlah dan ukuran baut Beban gasket (Wm2) = Hy Dimana : b

=π.b.G.y

= lebar efektif gasket

G

= diameter rata-rata gasket

y

= yield stress

bo

= A/2 = 0,423 / 2 = 0,2115 in < ¼

sehingga bo = b Wm2 = π . b . G . y = 3,14 x 0,2115 x 180,423 x 1600 = 191713,1496 lb beban agar baut tidak bocor (Hp) = 2 . b . п . G . m . P = 2x 0,2115x 3,14 x 180,423 x 2 x14,7 = 7045,4582 lb beban karena tekanan dalam (H) = п/4 . G2 . P =

3.14 x 180,423 2 x 14,7 4

= 375639,0998 lb total berat kondisi operasi (Wm1) = H + Hp = 375639,0998 + 7045,4582 = 382684,5581 lb Wm1 > Wm2 maka yang digunakan untuk mengontrol adalah Wm1 Perhitungan luas minimum bolting area :


Am1 =

Wm1 382684,5581 = = 25,5123 in 2 fall 15000

Perhitungan bolt optimum Dari Brownel & young, tabel 10.4 hal 188 : Root area

= 2,652 in

Bolt spacing = 4 1/4 in

-

R

= 2 1/2 in

E

=2

Jumlah baut

=

Am1 25,5123 = = 9,6 ≈ 10 Root area 2,652

Bolting circle diameter (C) = Di shell + 2(1,4159 qo + R) = 179 + 2(1,4159 . 3/16 + 2 1/2) = 182,0309 in

-

Diameter luar flange

= C + 2.E = 182,0309 + 2 . 2 = 186,0309 in

Cek lebar gasket Abactual = Jumlah baut x Root area = 10 x 2,652 = 26,52 in2 Lebar gasket minimum (L) = Abactual x = 26,52 x

f 2. π . y.G

15000 2 x 3,14 x 1600 x 180,423

= 0,2194 in L < A lebar gasket memenuhi 9.5.4. Perhitungan moment -

Keadaan bolting up (tanpa tekanan dalam) W

=

Am + Abactual x fall 2

=

25,5123 + 26,52 x 15000 2

= 390242,279 lb


-

Jarak radial dari beban gasket yang bereaksi terhadap bolt circle hG

= ½ (C – G) = ½ (182,0309 – 180,423) = 0,8093 in

-

Moment flange MG

-

Dalam kondisi operasi W

-

= hG . W =0,8093 x 390242,279 = 313747,4753 lb in = Wm1 = 382684,5581 lb

Gaya hidrostatik pada daerah dalam flange HD

= 0,785 x B2 x P = 0,785 x 1802 x 14,7 = 373879,8 lb

-

(Brownell & Young, hal 242)

Radial bolt circle hD

= ½ x (C - B) = ½ x (182,0309 - 180) = 1,0155 in

-

Momen komponen MD

= HD x hD = 373879,8 x 1,0155 = 379667,9267 lb in

-

Perbedaan antara beban baut flange dengan gaya hidrostatik dalam area flange HG

=W–H = 390242,279 – 375639,0998 = 14603,17922 lb

MG

= HG x hG = 14603,17922 x 0,8093 =11740,6822 lb in

-

Perbedaan antara gaya hidrostatik total dengan gaya hidrostatik dalam acara flange HT

= H - HD = 375639,0998– 373879,8 = 1759,2998 lb


hT

= ½ x (hD + hG) = ½ x (1,0155 + 0,8093) = 0,9097 in

-

Momen komponen (MT) MT

= HT x hT = 1759,2998 x 0,9097 = 1600,49 lb in

-

Momen total pada keadaan operasi Mo

= MD + M G + M T = 379667,9267 + 11740,6822 + 1600,49 = 393009,1 lb in

Mmax = Mo = 393009,1 lb in 9.5.5. Perhitungan Tebal Flange y x M max f xB

t

=

k

=

diameter luar flange diameter luar tangki

=

186,03 180

= 1,0335 t

=

1,0335 x 393009,1 15000 x 180

= 0,38786 in

9.6. Rancangan Penyangga 9.6.1. Menentukan berat total (Wt) Densitas bahan konstruksi (ρ) = 489 lb/ft3 -

(Perry, 6th ed., table : 3-118)

Menentukan berat silinder Ws = π ⋅ (DO 2 − DI 2 ) ⋅ H ⋅ ρ 4

Keterangan : Ws = berat silinder reaktor (lb) DO = diameter luar silinder reaktor (14 ft) DI = diameter dalam silinder reaktor (13,9583 ft) H = tinggi silinder reaktor (25,4132 ft) Maka :


Ws = π ⋅ (DO 2 − DI 2 ) ⋅ H ⋅ ρ = π x (15 2 − 14,9167 2 ) x 195 x 489 4 4

= 186617,2338 lb -

Menentukan berat tutup atas Wda = A · t · ρ A = 6,28 · DI · ha Keterangan : A = luas tutup silinder yang berbentuk standard dishead (ft2)

( 16 in )

= tebal tutup standard dishead 6

t

ha = tinggi tutup standard dishead (34,3114/12 in) DI = diameter dalam silinder reaktor (14,9167 ft) Maka : A = 6,28 · DI · ha = 6,28 x 14,9167 x  34,3114  = 267,8481 ft2 12   1 Wda = A · t · ρ = 267,8481 x   x 489 = 10914,8113 lb  12  -

Menentukan berat tutup bawah Wdb = A · t · ρ A = 0,785 ⋅ (DI + Dn) ⋅ 4 ⋅ H 2 + (DI − Dn) + 0,785 ⋅ di 2

Keterangan : DI

= diameter dalam silinder reaktor (14,9167 ft)

Dn

= diameter nozzle (0,1529 ft)

H

= tinggi tutup konikal (4,3061 ft)

T

= tebal tutup konikal (2 in )

Maka : A = 0,785 ⋅ (DI + Dn) ⋅ 4 ⋅ H 2 + (DI − Dn) + 0,785 ⋅ di 2

= 0,785 ⋅ (14,9167 + 0,1529 ) 4 ⋅ 4,3061 2 + (14,9167 − 0,1529 ) + (0,785 · 14,91672) = 286,2291 ft2 Wdb = A · t · ρ = 286,2291

 2 +   + 489 = 23327,6769 lb  12 


-

Menentukan berat larutan Wl = 30112,777 lb/jam x 1 jam = 30112,777 lb

-

Menentukan berat poros pengaduk Wp = 0,785 · D2 · L · ρ Keterangan : D = diameter poros (0,4243 ft) L = panjang poros (193,2071 ft) Maka : Wp = 0,785 · D2 · L · ρ = 0,785 x0,4243 2 x 193,2071 x 489 = 13353,654 lb

-

Menentukan berat impeller Wi = V · ρ V=n·p·l·t p = 0,5 · Di Keterangan : V = volume total dari blade (ft3) p

= panjang satu kepingan blade (ft)

l

= lebar dari satu kepingan blade (1,2430 ft)

t

= tebal dari satu kepingan blade (0,4143 ft)

Di = diameter impeller (4,9722 ft) Maka : p

= 0,5 · Di = 0,5 x 4,9722 = 2,4861 ft

V = n · p · l · t = 4 x 2,4861 x 1,243 x 0,4143 = 5,122ft3 Wi = V · ρ = 5,122 x 489 = 2504,6624 lb -

Menentukan berat jacket Wj = π ⋅ (DO 2 − DI 2 ) ⋅ H ⋅ ρ 4

Keterangan : DO = diameter luar dari jacket (5,1069 ft) DI

= diameter dalam dari jacket (5,0652 ft)

H

= tinggi jacket (203,8807 ft)

Maka :


Wj = π ⋅ (DO 2 − DI 2 ) ⋅ H ⋅ ρ 4 = π ⋅ (5,1069 2 − 5,0652 2 ) ⋅ 203,8807 ⋅ 489 4

= 331703,3 lb -

Menentukan berat attachment Wa = 18 % Wj = 0,18 x 331703,3 lb =2310,0672 lb

-

Menentukan berat air pendingin Wbraine = 7730,7676 ft3/jam x 1 jam = 966,3461 ft3

-

Menentukan berat total Wt = Ws + Wda + Wdb + Wl + Wp + Wi + Wj + Wa + Wbraine = 186617,2338 + 10914,8113 + 23327,6769 + 30112,777+13353,654 + 2504,6624 + 33170,9508+ 5970,7712 + 7730,7676 = 313703,3 lb Untuk faktor keamanan, dibuat 10 % berlebih dari berat total, sehingga : Wt = 313703,3 + (0,1 x 313703,3) = 345073,6354 lb

9.6.2. Menentukan kolom penyangga (leg) Direncanakan menggunakan 4 buah kolom penyangga jenis I-beam, dan pemasangannya dengan beban eksentrik. W=

Wt 345073,6354 = = 86268,4088 lb 4 4

Jarak reaktor dengan lantai (L) = 6 ft H = Htangki + [(dij – do) + thbj]

3    = 202,4184 + [(20,0625 – 15 ) +  16  ] = 207,4993 ft  12    Panjang kolom penyangga (l) = ½ (H + L) = ½ x (207,4993 + 6) =106,7496 ft = 1280,9961 in Dari Brwonell & Young App. G Item 2, dengan beban eksentrik didapatkan ukuran penyangga : 24 x 7 in -

Berat penyangga (W) = 79,9 lbs

-

A = 23,33 in2

-

h = 24 in

-

b = 7 in


-

I1-1 = 2087,2 in4

-

r1-1 = 9,46 in l 1280,9961 = r 9,46

= 135,4118

18000 =  l 2    1+ 1+  r   18000   

fc =

( )

fc eksentrik =

18000  (135,4118)2   18000 

   

= 8916,6856

P (a + 0,5b) 86268,4088 x (1,5 + 0,5 x 7) =  I1−1   2087,2    0,5 ⋅ 7  0,5b   

= 723,3121 fc aman = fc – fc eksentrik = 8916,6858 – 723,3121= 8193,3735 W 86268,40886 = 10,529 in2 = f c aman 8193,3735

A=

A < A tabel, maka penyangga dengan ukuran :24 x 7 in, telah memadai.

9.7. Menentukan Panjang dan Lebar Base Plate Dari Hesse tabel 7-7 diperoleh stress yang diterima oleh pondasi yang terbuat dari beton sebesar 600 lb/in2 Abp =

W 86268,4088 = = 143,7806 in f op 600

Abp = p x l = (2m + 0,95h) x (2n + 0,8b); dimana : m = n 33,1772

= (2m + 0,95·24) x (2m + 0,8·7) 0 = 4m2 + 56,8m + 94,5028

m1,2 = m

−b ±

2 b 2 − 4 ⋅ a ⋅ c − 56,8 ± 56,8 − 4 ⋅ 4 ⋅ (94,5028 ) = 2⋅4 2⋅a

= 1,9246

n =m = 1,9246 p

= 2m + 0,95·24 = (2 x 1,9246) + (0,95 x 24) = 26,6492 in

l

= 2m + 0,8·7= (2 x 1,9246) + (0,8 x 7) = 9,4492 in

Dengan berpatokan pada panjang base plate = 26,6492 in, maka dapat ditetapkan ukuran base plate yang digunakan adalah 12 x 12 in


Luas base plate = 12 x 12 = 144 in2 Beban yang harus ditahan :

F' =

W 86268,4088 = 599 lb/in2 = A 144

Karena F’ (599) < fop (600), maka base plate dengan ukuran : 11 x 11 dapat digunakan. Peninjauan harga m dan n Panjang base plate : 12 = 2m + 0,95·24 m = 5,4 Lebar base plate :

12 = 2n + 0,8·7 n

= 3,2

Dari nilai m dan n diatas, maka yang mengontrol dalam pemilihan tebal base plate adalah m karena m > n

9.7.1. Menentukan tebal base plate tbp = 1,5 x 10 −4 x F' x n 2 = 1,5 x 10 −4 x 599 x 5,4 2 = 1,6187 in 9.7.2. Menentukan ukuran baut P baut =

W 86268,4088 = = 21567,1022 lb 4 4

fbaut = stress baut maksimum = 9000 lb/in2 A baut =

Pbaut 21567,1022 = = 2,3963 in2 f baut 9000

Dari Brownell & Young tabel 10-4 hal. 188 didapatkan ukuran baut 1 5 8 in dengan dimensi : 

Ukuran baut

= 2,5 in



Bolt circle

= 5,25 in



Jarak radial minimum

= 3,0625 in



Edge distance

= 2,375 in



Nut dimension

= 3,875 in




Radius fillet maksimum

= 1,1875 in

9.7.3. Menentukan lug dan gusset Tebal plate horisontal / lug (thp) thp =

6My

(Brownell & Young, pers. 10-41)

f all

β 3 ⋅ t 2 ⋅ P ⋅ e ⋅ ro2 My = 12 ⋅ (1 − μ 2 ) ⋅ b ⋅ h β=

4

3 − μ2 ro2 ⋅ t 2

Keterangan : thp = tebal plate horisontal (in) My = jumlah moment pada baut (lb/in) fall = allowable working stress (12000 lb/in2) t

= tebal silinder (0,5 in)

P = beban baut (21567,1022 lb ) μ = Poisson’s rasio, untuk baja = 0,33 e

= nut dimension

ro = ½ diameter silinder = ½ x 179 = 89,5 in b

= lebar lug

h

= tinggi lug

Karena peletakan leg dengan beban eksentrik, maka : e = ½ t + ½ hI Panjang lug (l) = bI = b = 7 in Lebar lug (b) = hI + 2db = 24+(2 x 2,5) = 29 in Tinggi lug (h) = 5/3 (l) = 5/3 x 7 = 11,6667 in e

= ½ t + ½ hI = ½ (0,5) + ½ (11,6667) = 6,0833 in

β=

4

3 − μ2 ro2 ⋅ t 2


=

3 − (0,33) 2 = 0,195 in (89,5) 2 ⋅ (0,5) 2

4

My =

β 3 ⋅ t 2 ⋅ P ⋅ e ⋅ ro2 12 ⋅ (1 − μ 2 ) ⋅ b ⋅ h

(0,195) 3 x (0,5) x (21567,1022) x (6,0833) x (89,5) 2 = 12 x (1 − 0,33 2 ) x (29) x (24) 2

= 537,8668 lb/in thp =

6My f all

=

6× 537,8668 = 0,5185 = ¾ in 12000

Tebal plate vertikal / gusset (tg) tg =

=

3

8

thp

3 x 0,5185 = 0,195 in 8

9.8. Rancangan Pondasi Beban tiap kolom (W) Beban tiap kolom (W) =86268,4088 lb Beban base plate (Wbp) Wbp

=pxlxtxρ

p

= panjang base plate (12 in = 1 ft)

l

= lebar base plate (12 in = 1 ft)

t

= tebal base plate (0,04321 ft)

ρ baja = 489 lb/ft3 Wbp

=pxlxtxρ =1x 1 x 0,04321 x 489 = 21,1324 lb

Beban kolom penyangga (Wp) Wp

=LxAxρxF

L

= tinggi kolom (106,7469 ft)

A

= luas kolom I-beam (23,33 in2 = 0,162 ft2)

ρ baja = 489 lb/ft3 F

= faktor koeksi = 3,4 Wp = L x A x ρ x F Wp = 106,7469 x 0,162 x 489 x 3,4 = 28754,5522 lb


Beban total (WT) WT

= W + Wbp + Wp = 86268,4088 + 21,1324 + 28754,5522 = 115044,0935 lb

Dengan menganggap hanya ada gaya vertikal dari berat kolom itu sendiri yang bekerja pada pondasi, maka diambil bidang kerja yang berbentuk bujur sangkar dengan data sebagai berikut : 

Luas atas

= (22 x 22) in



Luas bawah

= (23 x 23) in



Tinggi pondasi

= 10 in



 22 + 23   22 + 23  2 Luas permukaan tanah rata-rata (A) =   x  = 506,25 in  2   2 



Volume pondasi (V) = A x t = 506,25 x 10 = 5062,5 in3 = 2,9297 ft3



=Vxρ

Berat pondasi

Densitas cement stanosand = 144 lb/ft3 Berat pondasi

(Perry, 6th ed., tabel 3-118)

= 2,9297 x 144 = 421,875 lb

9.8.1. Tekanan tanah Pondasi didirikan di atas Cement Sand and Gravel dengan : 8 ton/ft2 < P < 15 ton/ft2

(Hesse, hal. 327)

Kemampuan tanah menahan tekanan sebesar :

2240 lb 1 ft 2 x P = 15 ton/ft x = 233 lb/in2 2 1 ton 144 in 2

Tekanan pada tanah =

=

berat pondasi x berat beban total luas tanah 421,875 + 115044,0935 23 x 23

= 218,2721 lb/in2 Karena tekanan pada tanah lebih kecil daripada kemampuan tanah dalam menahan tekanan (tekanan pada tanah < P), maka pondasi dengan ukuran (22 x 22) untuk luas atas, (23 x 23) untuk luas bawah dan tinggi pondasi 10 in dapat digunakan (aman).


9.9. Kesimpulan Spesifikasi Reaktor Nama alat : Reaktor R-110 Fungsi

: untuk mereaksikan copper oxides dengan asam sulfat membentuk kuprisulfat

Type

: Bejana tegak berpengaduk dengan bagian badan berbentuk silinder, tutup atas berbentuk standard dishead dan tutup bawah berbentuk konikal yang dilengkapi dengan jacket pendingin

Kondisi operasi : -

Tekanan

= 1atm

-

Temperatur = 80 oC

Dimensi alat : 9.9.1. Silinder Bahan

: HAS SA–240 grade M type 316

Diameter luar silinder

: 180 in

Diameter dalam silinder

: 179 in

Tinggi silinder

: 2429,0217 in

Tinggi tutup atas

: 34,3114 in

Tinggi tutup bawah

: 54,6743 in

Tebal silinder

: 0,5 in

Tebal tutup atas

: 1 in

Tebal tutup bawah

: 2 in

9.9.2. Pengaduk Digunakan pengaduk jenis aksial dengan 4 blade pada 45o angle Bahan konstruksi impeller dari High Aloy Steel SA–240 grade M type 316 Bahan konstruksi poros pengaduk Hot Rolled SAE 1020 Ukuran : -

Diameter poros pengaduk

: 5,09 in

-

Panjang pengaduk

: 193,2 ft in

-

Daya pengaduk

: 296 hp

-

Jumlah pengaduk

: 13 buah

9.9.3. Jacket pendingin -

Bahan

: HAS SA–240 grade M type 316


-

Diameter luar jacket

: 240 in

-

Diameter dalam jacket

: 66 in

-

Tebal jacket

: 1/4 in

-

Tebal tutup jacket

: 3/16 in

9.9.4. Nozzle Diameter nozzle CuO

: 0,5 in

Diameter nozzle H2SO4

: 3 in

Diameter nozzle braine

: 1,5 in

Diameter man hole

: 20 in

Diameter nozzle produk

: 2 in

9.9.5. Leg support -

Jenis

: I-beam

-

Ukuran penyangga

: 24 x 7 in

-

Berat penyangga

: 79,9 lbs

-

A = 23,33 in2

-

h = 24 in

-

b = 7 in

-

I1-1 = 2087,2 in4

-

r1-1 = 9,46 in

-

Jumlah

9.9.6.

: 4 buah

Flange Bahan

:High Alloy Steel SA 240 Grade O Type 405

Tensile

: 60.000 psi

All.Stress

: 15.000 psi

Tebal flange : 3,0765 in 9.9.7. Base plate -

Bahan konstruksi

: Carbon steel

-

Tebal base plate

: 1,6187 in

-

Ukuran

: 12 x 12 in

-

Jumlah baut

: 4 buah

9.9.8. Pondasi -

Bahan

: Cement sand & Gravel


-

Ukuran atas

: (22 x 22) in

-

Ukuran bawah

: (23 x 23) in

-

Tinggi pondasi

: 10 in

10. POMPA (P-127 A) Fungsi : Untuk mempompa slurry dari reaktor ke rotary vacum filter Type

: Rotary pump


= 1,0222 g/cm3 = 63,8172 lb/cuft

(Perry,s edisi 7, hal 2-108)

µ









Sehingga diperoleh harga : OD = 3,5

in = 0,29166 ft

ID

= 3,068 in = 0,25556 ft

A

= 0,0513 ft2

10.c. Menentukan laju aliran fluida Laju aliran fluida (V) =

NRe =



NRe = 269,8197 (aliran laminar) 10.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88 )


Sehingga diperoleh : f = 0,12



Nama

Jumlah

Kf

∑ Kf

1

Elbow 90°

3

17

51

2

Globe valve

1

28

28

Total

79 2

 A  Kex = 1 − 1  = (1 - 0)2 = 1  A2 


2

 A  Kc = 0,55 1 − 1  = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)  A2  2 ∆L  V  + K ex + K c + K f  x (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) ∑F =  4 x f x D  2 

40   (2,5549) 2 + 1 + 0,55 + 79  x ∑F =  4 x 0,12 x 0,2556 2   ∑F = 508,035 lb.ft/lbm 10.e. Menentukan daya pompa :

 ∆V 2   ∆Z   ∆P    +   +   + ∑ F + Ws = 0  2.α.gc   gc   ρ 


Direncanakan : ∆Z = 5 ft ∆P = 0 ∆V =2,5549 ft/detik Sehingga diperoleh harga : - Ws

 (1,6336) 2   5 x 9,8   0   +  =   + 330,2545 + 2 x 0,5 x 32,2 32,2 63,8172      

- Ws

= 509,7595

WHP =

(− Ws) x Q x ρ 550

WHP =

509,7595 x 0,131 x 63,8172 = 7,7526 Hp ≈ 8 Hp 550


Kapasitas =

(30112,58 lb/jam)(7,481 gal/ft 3 ) = 59,6623gpm (60 menit/jam)(62,9297 lb/ft 3 )



WHP 8 = =17,7778 Hp η pompa 0,45



BHP 17,7778 = = 22,22 Hp ≈ 23 Hp η motor 0,8


Nama

: Pompa



Type

: Rotary pump



Daya pompa

: 23 Hp



Kapasitas

: 59,6623 gpm



Bahan

: Carbon steel



Jumlah

: 1 buah

11. ROTARY VACUUM FILTER (H-121) Fungsi

: Untuk memisahkan cake dari filtrat

Type

: Rotary Drum Vacum Filter

Perhitungan : Kapasitas Cake = 27,8497 kg/jam = 61,397 lb/jam ρ campuran

= 1,0222 gr/cm3 = 63,8172 lb/ft3

Rate cake

=

61,397 lb/jam 63,8172 lb/ft 3

= 0,962 ft3/jam = 0,0160 ft3/menit Tebal Cake

= ¼ in

(Perry Edisi 6 hal 19-79)

Dalam 1 menit terdapat ½ putaran maka untuk 1 jam = 60 menit x ½ putaran = 30 putaran Σ bahan yang diputar = =

kapasitas cake banyaknya putaran 61,3907 lb/jam 30 putaran


= 2,0465 lb/putaran Volume bahan yang diputar =

=

Σ bahan yang diputar ρ campuran 2,0465 lb/jam 63,8172 lb/ft 3

= 0,03206 ft3/jam Luas Cake = =

vol cake tebal cake 0,03206 0,25 12

= 1,5393 ft2 = 0,143 m2 Luas Drum = 2 x π x D x L Dari Ulrich tabel 4-23 hal 222 didapatkan D = 1 m = 3,2808 ft 0,143 = 2 x 3,14 x 1 x L 0,143 = 6,28 L L = 0,02771 m2 L = 0,1509 m 11.a. Menentukan power Total Power Total = A0,75 - 2A0,75

( Ulrich, Hal 222 )

Dipilih A0,75 Maka = A0,75 = 2 x (0,1509)0,75 = 0,4842 kw x 1 Hp/0,74570 Kw = 0,6493 Hp ≈ 1 Hp Spesifikasi Peralatan : 

Fungsi

: untuk memisahkan cake dari filtrat



Nama alat

: Rotary Vacuum Filter



Type

: Rotary drum vacuum filter



Volume bahan yang diputar : 0,0040 ft3/jam



Luas Cake

: 0,1924 ft2



Diameter Drum (D)

: 3,2808 ft = 39,37 in



Daya Total

: 1 Hp




Jumlah

: 1 buah

12. POMPA (P-127 B) Fungsi : Untuk mempompa filtrat dari rotary vacuum filter ke evaporator Type

: Rotary pump


= 1,0222 g/cm3 = 63,8172 lb/cuft


µ









Sehingga diperoleh harga : OD = 3,5 in = 0,29166 ft ID

= 3,068 in = 0,2556 ft

A

= 0,0513 ft2



(0,115ft)(1,6336 ft/detik)(63,8172 lb/ft 3 ) DxVxρ NRe = = 0,1545 lb/ft.detik µ NRe = 267,072 (aliran laminar) 12.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88 ) Sehingga diperoleh : f = 0,12




Nama

Jumlah

Kf

∑ Kf

1

Elbow 90°

3

17

51

2

Globe valve

1

28

28

Total

79 2

 A  Kex = 1 − 1  = (1 - 0)2 = 1  A2 


2

 A  Kc = 0,55 1 − 1  = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)  A2 

∆L  + K ex + K c + K f ∑F =  4 x f x D 

 V (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) x  2 2


 ∆V 2   ∆Z   ∆P    +   +   + ∑ F + Ws = 0  2.α.gc   gc   ρ 



 (2,5289) 2   5 x 9,8   0   +  =  +  + 497,7407  2 x 0,5 x 32,2   32,2   63,8172 

- Ws

= 499,4611

WHP =

(− Ws) x Q x ρ 550

WHP =

499,4611 x 0,1297 x 63,8172 = 7,51 Hp ≈ 8 Hp 550

Kapasitas =

(29805,93 lb/jam)(7,481 gal/ft 3 ) = 59,0548 gpm (60 menit/jam)(62,9297 lb/ft 3 )




WHP 7,51 = = 16,7 Hp η pompa 0,45



BHP 16,7 = = 20,885 Hp ≈ 21 Hp η motor 0,8


Nama

: Pompa



Type

: Rotary pump



Daya pompa

: 21 Hp



Kapasitas

: 59,054 gpm



Bahan

: Carbon steel



Jumlah

: 1 buah

13. HEATER FILTRAT (E-122) Fungsi : memanaskan filtrat sebelum masuk evaporator Tipe


Faktor kekotoran (Rd) gabungan minimal = 0,004 Btu/jam.ºF ΔPmaks. aliran filtrat = 10 psi ΔPmaks. aliran steam = 2 psi t1 = 450C = 1130F T1 = 1500C = 3020F

 Neraca massa dan neraca panas

T2 = 1500C = 3020F t2 = 650C = 1490F

Rate bahan = 29805,9347 lb/jam Rate steam = 786,2857 kg/jam = 1733,434 lb/jam Panas yang dibawa steam (Q) = 391735,7 kkal/jam = 1554507 Btu/jam  Menghitung Δt Δt1 = 302ºF – 149ºF = 153ºF Δt2 = 302ºF – 113ºF = 216ºF


Δt 1 − Δt 2 153 − 216 = = 182,2932°F Δt 1 153 ln ln 216 Δt 2

∆t LMTD =

 Menghitung suhu kalorik Tc = ½ (302 + 302)°F = 302°F tc = ½ (149 + 132)°F = 117,5°F  Trial ukuran DPHE Dicoba ukuran DPHE : 2 1/2 in x 1 1/4 in Bagian annulus (Kern, tabel 6.2 hal 110) : aan

= 2,63 in2

de

= 2,02 in

de’

= 0,81 in

Bagian pipa ( Kern, tabel 11 hal 844) : ap

= 1,50 in2

di

= 1,380 in

do

= 1,66 in

a”

= 0,435 ft2/ft

 Evaluasi perpindahan panas (Rd) Bagian annulus (H2SO4) 1. aan = 2,63 in2 = Gan =

2,63 = 0,0183 ft2 144

29805,9347 lb/jam m = a an 0,0183 ft 2

Bagian pipa (steam) 1’.ap=1,50in2= Gp=

M 1733,434 lb/jam = ap 0,0104 ft 2

= 1631959,93 lb/ft2.jam NRe(an) =

=

de x G an μ x 2,42

(2,02

) ×1631959,93 12 0,077 × 2,42

= 147425,81 2. JH = 320 Btu/jam.ºF (Kern, fig. 24 hal 834)

1,50 = 0 ,0104 ft 2 144

= 166409,7 lb/ft2.jam NRe =

=

di × G p μ × 2,42 (1,380

)(166409,7) 12 0,013 x 2,42

= 60289,98 2’. Untuk steam, JH = 170 Btu/jam.ºF (Kern, fig. 24 hal 834)


k  Cp × μ  ho= JH × ×  de  k 

1/3

 μ ×   μW

  

0,14

hio =770,387 Btu/jam.ºF

μ = 0,077 (Kern, fig 14, hal 823) Cp = 0,1928 (Kern, fig 3, hal 805) k = 0,34 Btu/j.ft2.°F/ft 0,34  0,1928 × 0,077  h= 4320 × ×  2,02 0,34   12

1/ 3

x1

= 227,6199 Btu/jam.ft2.°F

Uc =

hio x ho hio + ho

Uc

=

770,387 x 227,6199 = 175,7056 Btu/jam.ft2.°F 770,387 + 227,6199

 Rd =

UC − UD UC x UD

1 1 = + Rd UD UC 1 1 = + 0,004 U D 175,7056 U D = 103,1849 Btu/jam.°F

 A=

Q 1554507 = 82,6429 ft2 = U D × Δt LMTD 103,1849 × 182,2932

 L=

A 82,6429 = 189,9837 = a" 0,435

 Jumlah hairpins =  Panjang = 20 ft

189,9837 40

= 4,75 = 5 hairpin

 Evaluasi penurunan tekanan (∆P)

Bagian annulus (Filtrat) 1. NRe(an) =

de x G an μ x 2,42

Bagian pipa (steam) 1’. NRe =

di × G p μ × 2,42


= =

(0,168333 − 0,138333) ×1631959,93 0,077 × 2,42

(1,380

)(166409,7 ) 12 0,13 x 2,42

= 60829,98 = 262739,067 f = 0,0035 +

= 0,0035 +

f = 0,0035 +

0,264 (N Re ) 0,42

= 0,0035 +

0,264 (262739,067) 0,42

= 0,0059 ρ steam =

= 0,0048 4.f.G an .L ρ 2. ΔFa = × 2 2.g.ρ .de' 144 2

=

4 × 0,0048 ×1631959,93 2 ×189,98 2 × 4,2.10 8 × 90,2114 2 × 0,03

3. V =

G an 1631959,93 = 3600 × ρ 3600 × 90,2114

(N Re ) 0,42 0,264 (60829,98) 0,42

1 sv

1 x 62 ,5 3,8083

= 16,41 2

2’. ΔFp =

= 47,6212 ft

0,264

=

4.f.G p .L 2.g.ρ 2 .d i

4 𝑥𝑥 0,0059 𝑥𝑥 60829 ,982 𝑥𝑥 189,98 2 𝑥𝑥 4,18 𝑥𝑥 10 8 𝑥𝑥 16,412 𝑥𝑥 0,115

= 4,8 ft

= 5,025 fps

 V2   Ft = n ×   2.gc 

ΔPp=

4,8 x 16,41 144 = 0,5472 psi < 2 psi

 5,02512   = 3 ×   2.32,174 

(memadai)

= 1,1763 ft ∆Pa =

(𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔+𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏)𝒙𝒙𝟗𝟗𝟗𝟗,𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏

= 30,57 psi

Spesifikasi alat : 

Nama alat

: Heater



Fungsi

: memanaskan filtrat sebelum masuk evaporator




Tipe




Bahan konstruksi

: Carbon steel



Kapasitas

: 29805,9347 lb/jam



Steam yang digunakan: 786,2857 lb/jam

 Ukuran DPHE

: 2 1/2 in x 1 1/4 in

Bagian annulus : Luasan aliran di annulus (aan)

= 2,63 in2

Diameter perpindahan panas (de)

= 2,02 in

Diameter penurunan tekanan (de’)

= 0,81 in

Bagian pipa :



Luasan aliran di pipa (ap)

= 1,50 in2

Diameter dalam (di)

= 1,380 in

Diameter luar (do)

= 1,66 in

Luas permukaan luar per panjang (a”)

= 0,435 ft2/ft

Jumlah

: 1 buah

14. EVAPORATOR (V – 120) Nama alat

: Single Effect Evaporator

Type

: Short tube vertical evaporator

Dasar Perencanaan: Massa masuk : 13519,9720 kg/jam = 29806,5919 lb/jam Suhu masuk

: 650 C = 1490 F

Tekanan steam

: 475,8 KPa

Tekanan operasi

: 38.58 KPa

Suhu operasi

: 750 C = 1670 F

Densitas larutan

: 62,5810 lb/ft3

Dirancang : Bagian pemanas dan badan berbentuk silinder vertical Bahan konstruksi : Stainless steel SA-240 grade M type 316

Perhitungan : Volume =

29806,5919 lb/jam massa masuk = 476,2882 ft 3 /jam = 3 Densitas larutan 62.5810 lb/ft


Ruang kosong didalam evaporator sebesar 20 % volume liquid maka : Volume total =

100 × 476,2882 = 595,3603 ft3/jam 80

Waktu tinggal dalam evaporator 30 menit, sehingga: Volume total = 595,3603 ft3/jam x

1 jam x 30 menit = 297,6801 ft3 60 menit

Q = 2344008,42 Kkal/jam = 9807331,22 KJ/jam= 9295519,90 Btu/jam Perhitungan jumlah dan luas penempatan tube Dari Kern hal 843 didapat data : Panjang (L)

: 12 ft

OD

: 1,5 in

BWG

: 18

ID

: 1,4 in = 0,1167 ft

a’

: 1,54 in2

a”

: 0,3925 ft2/ft

PT

: 1,875 in

Menghitung Delta T Ts

: 150 oC

Tv

: 75 oC

∆T

: (150-75) = 75 oC = 167 oF

Trial UD Evaporator type short tube UD = 100 – 2000 J/m2detoF Trial UD

(Ulrich, hal 94)

: 100 J/m2detoF = 17,6109 Btu/Jft2oF

Checking UD A = Q / ∆T.UD = 9295519,8994/(167x17,6109) = 3160,6438 ft2 = 293,6406 m2 Dari Ulrich hal 94 bahwa untuk evaporator jenis short tube harga A = 30-300 m2, sehingga memenuhi syarat yang ditetapkan. Luas per tube = π x ID x L = 3,14 x 0,1167 x 12 = 4,3960 ft2 Jumlah tube = A/luas per tube = 3160,6438 /4,3960 = 718,989 ≈ 719 buah Luas Tringular Pitch = ½ x alas x tinggi


= ½ x PT x PT

3 = ½ x 1,875x 1,875 x 0,866 4

= 1,5223 in2 Jumlah luas untuk penempatan 719 tube (A2) = (n-1)x Luasan Tringular Pitch = (719-1) x 1,5223 = 1092,9867 in2 Safety factor untuk penempatan tube 20 % maka: A2 = 1,2 x 1092,9867 = 1311,5841 in2 Panjang total Tube = L x jumlah tube = 12 x 719 = 8628 ft = 2629,8464 m Kecepatan aliran (v) = L/t Dimana :

v = kecepatan aliran liquid L = Panjang total tube t = waktu tinggal = 30 menit

sehingga v =

2629,8646 = 1,46 m/detik (30 × 60)

Dari Ulrich, hal 94 didapat bahwa range untuk kecepatan aliran fluida didalam tube 0,5 – 1,5 m/detik, sehingga memenuhi. Perhitungan diameter Evaporator Berdasarkan banyaknya liquid yang berada dalam evaporator Volume total evaporator = 297,6801 ft3 Misal : Ls = 1,5 D Volume total = Vol tutup atas + Vol silinder + Vol tutup bawah Vol tutup bawah = 0,0755 D3 Vol tutup atas = 0,0847 D3 Vol silinder = 1,1775 D3 Vol total = 297,6801 ft3 297,6801ft3 = 0,0847 D3 + 1,1775 D3 + 0,0755 D3 297,6801= 1,3377 D3 D = 6,0599 ft = 72,7192 in = 1,8471 m Standardisasi dari Brownell & Young hal 90 OD = 78 in icr = 4,75 in


r

= 78 in

Diameter Calandria = ¼ x OD = ¼ x 78 = 19,5 in Diameter penempatan tube : A2 = Atotal – A1 – Aruang kosong

π 2 π 2 π 2 D = D - Dc – 10% Atotal 4 4 4 0,7854 D2 = 0,7854 (78)2 – 0,7854 (19,5)2 – 0,1 x (0,7854 x 782) = 4778,3736 – 298,4963 – 477,8373 = 5095,5437 D = 71,3831 in = 1,8131 m Jadi diameter penempatan tube = 71,3831 in Menghitung tebal shell Poperasi = 38,5 Kpa = 5,5960 Psia Pdesign = 20% berlebih = 1,2 x 5,5960 = 6,7152 Psia = 347,28 mmHg Dari gambar 28 Kern hal 838 didapat de = 1,08 Untuk bahan Stainless steel SA-240 grade M type 316, Pengelasan Double Welded Bult Joint,C= 1/16, didapat : f

= 18750

E

= 0,8

C

= 1/16

ts =

p des .d e +C 2(f.E − 0,6p des )

Maka :

ts =

6,7152 × 1,08 1 + 2(18750 × 0,8 − 0,6 × 6,7152 ) 16

= 0,0626 in x Jadi tebal shell =

3 16 0,0026 in ≈ in = 16 16 16

3 in 16

Menghitung tebal slinder Silinder beroperasi pada tekanan vakum Trial :

ts

= ¼ in

OD

= 78 in


L

= 1,5 x OD = 1,5 x 78 = 117 in

Sehingga : L/OD = 117/78 = 1,5 OD/ts = 78/(¼) =312 Dari Brownell & Young hal 147 didapat harga B = 7200 Pallowabe =

B 7200 = = 23,0769Psig OD/ts 312

Pteoritis = 14,7 Psig Karena Pallowabe > Pteoritis maka ts = ¼ in Menghitung tebal tutup atas berbentuk standar dish head di = OD – 2ts = 78 – (2 x 0,25) = 77,5 in = 1,9685 m Trial : tha

= 3/16 in r

= di = 77,5 in

r/100tha = 4,13 Untuk Toperasi = 75oC = 167 oF Dari Brownell & Young hal 147 didapat harga B = 7000 Pallowable =

B  r  100 ×    100 tha 

=

7000 = 16,9355 Psig 100 × 4,13

Pteoritis = 14,7 Psig Karena Pallowabe > Pteoritis maka tha = 3/16 in Menghitung tebal tutup bawah berbentuk conical dengan sudut puncak 120o Trial : thb = 4/16 in = ¼ in hb =

1 di 1 (77,5) 2 =121,0785 in = 2 tan 1 (α ) tan (60) 2

hb/OD = 121,0785/78 = 1,5523 OD/thb = 78/0,25 = 312 Dari Brownell & Young hal 147 didapat harga B = 7100 Pallowable =

B 7100 = = 22,7564 Psig OD 312 thb

Pteoritis = 14,7 Psig Karena Pallowabe > Pteoritis maka thb = 4/16 in = ¼ in


Menghitung tinggi tutup atas ha = 0,169 x ID ID = 77,5 ha = 0,169 x 77,5 = 13,0975 in Menghitung tinggi ruang uap Dimisalkan: tinggi ruang uap = 2 x panjang tube = 2 x 12 = 24 ft = 288,0029 in Menghitung tinggi total evaporator H = ha + hb + tinggi ruang uap + panjang tube = 13,0975 + 121,0785 + 288,0029 + 60 = 482,1789 in = 12,2474 m Spesifikasi alat: 

Nama

: Single Effect Evaporator



Fungsi

: Menguapkan air pada larutan CuSO4



Bahan

: Stainless stell SA-240 grade M type 316



Diameter

:



 

 Diameter Luar (Do)

= 78 in

 Diamaeter Dalam (Di)

= 77,5 in

Tebal :  Tebal Tutup Atas (tha)

= 3/16 in

 Tebal Tutup Bawah (thb)

= 4/16 in = ¼ in

 Tebal Silinder (ts)

= 4/16 in = ¼ in

Tinggi evaporator (H)

: 482,1789 in

 Susunan tube

: segitiga

Jumlah evaporator

: 1 buah

15. POMPA (P-127 C) Fungsi : Untuk mempompa liquid dari evaporator ke kristalizer Type

: Rotary pump


= 93,5007lb/cuft



µ



Perhitungan : 15.a.

Menghitung rate volumetrik

Q=






Sehingga diperoleh harga : OD = 2,375 in = 0,1979 ft ID

= 2,067 in = 0,1723 ft

A

= 0,0233 ft2


NRe =

Q 0,056838 ft 3 /detik = = 2,4394 ft/detik A 0,0233 ft 2


NRe = 4150,151 (aliran turbulent) 15.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88 ) Sehingga diperoleh : f = 0,055



Nama

Jumlah

Kf

∑ Kf

1

Elbow 90°

3

17

51

2

Globe valve

1

28

28

Total

79 2

 A  Kex = 1 − 1  = (1 - 0)2 = 1  A2 



2

 A  Kc = 0,55 1 − 1  = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)  A2  2 ∆L  V  ∑F =  4 x f x (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) + K ex + K c + K f  x D  2 


 ∆V 2   ∆Z   ∆P    +   +   + ∑ F + Ws = 0  2.α.gc   gc   ρ 



 (2,4394) 2   7 x 9,8   0   +  =  +  + 353,6743  2 x 0,5 x 32,2   32,2   93,5007 

- Ws

= 355,9910

WHP =

(− Ws) x Q x ρ 550

WHP =

355,9910 x 0,05684 x 93,5007 = 3,44 Hp 550

(19131,9950 lb/jam)(7,481 gal/ft 3 ) Kapasitas = = 37,9064 gpm (60 menit/jam)(62,9297 lb/ft 3 ) Maka daya pompa = 45 % BHP =


WHP 3,44 = = 7,644 Hp η pompa 0,45



BHP 7,644 = = 9,555 Hp ≈ 10 Hp η motor 0,8



Nama

: Pompa



Type

: Rotary pump



Daya pompa

: 10 Hp



Kapasitas

: 37,9064 gpm



Bahan

: Carbon steel



Jumlah

: 1 buah

16. BAROMETRIC CONDENSOR (E – 123) Fungsi : Untuk mengembunkan uap air dari evaporator dengan menggunakan air injeksi secara kontak langsung Type : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah berbentuk conis dengan sudut puncak 60o Bahan : Carbon stell SA-240 grade M type 316 Dasar Perencanaan : Flow rate massa uap air : 4841,7560 kg/jam = 10674,3006 lb/jam Suhu air injeksi masuk

: 30oC

ρ air injeksi

: 62,43 lb/ft3

Kondisi operasi Tekanan

: 5,5960 Psia

Suhu

: 75oC

Perhitungan : Massa air pendingin = 8069,5933 kg/jam = 17790,2254 lb/jam Volume Condensor Dari Hugot hal 801 didapat volume barometric kondensor per 1000 lb uap air adalah 6,3 ft3 Maka volume barometric kondensor adalah : = 6,3 x (10674,3006/1000) = 67,2841 ft3 Dari Hugot table 41.2 hal 801, untuk rate 10674,3006 lb/jam dipakai barometric kondensor dengan panjang (l) = 66,8102 ft Diameter kondensor (di) Volume total = Vol tutup bawah + Vol tutup atas + Vol silinder


67,2481 = π/24 x (di3/tan ½ α) + π/4 x di2 + 0,0847 di3 = 0,0204 di3 + 0,7029 di2 + 0,0847 di3 di = 6,8698 ft = 2,0939 m = 82,4387 in Tebal kondensor (ts) Temperatur 75oC dengan tekanan 5,5965 Psia Tekanan design = 0 – (5,5965-14,7) = 9,1044 Psia Silinder beroperasi pada tekanan vakum Trial :

ts

= 3/16 in

standardisasi OD OD = di + 2ts = 82,4387 + (2 x 0,1875) = 82,8128 in Dari table 5.7 Brownell & Young didapat : OD = 84 in Icr = 5,1250 r = 84 Harga di baru : Di = OD – 2ts = 84 – 2(0.1875) = 83,6250 L

= 66,8102 ft = 801,7224 in

Sehingga : L/OD = 801,7224 /84 = 9,5 OD/ts = 84 /(3/16) = 448 Dari Brownell & Young hal 147 didapat harga B = 7000 Pallowabe =

B 7000 = = 15,6520 Psig OD/ts 448

Pteoritis = 14,7 Psig Karena Pallowabe > Pteoritis maka ts = 3/16 in Tebal tutup atas (tha) Trial :

tha

= 3/16 in

r

= di = 84 in

r/100tha = 4,48 Untuk Toperasi = 75oC = 167oF Dari Brownell & Young hal 147 didapat harga B = 6500


Pallowable =

B  r  100 ×    100 tha 

=

6500 = 15,6250 Psig 100 × 4,48

Pteoritis = 14,7 Psig Karena Pallowabe > Pteoritis maka tha = 3/16 in Tebal tutup bawah (thb) Trial : thb = 3/16 in hb =

1 di 1 (83,6250) 2 = 72,4151 in = 2 tan(30) tan 1 (α ) 2

hb/OD = 74,4151/84 = 0,8621 OD/thb = 84/0,1875 = 448 Dari Brownell & Young hal 147 didapat harga B = 7000 Pallowable =

B 7000 = = 15,6 Psig OD 448 thb

Pteoritis = 14,7 Psig Karena Pallowabe > Pteoritis maka thb = 3/16 in Diameter masuk dan keluar uap air dan air jatuhan Dari table Peter hal 496 didapat: Kecepatan linier uap air (v) = 50-100 ft/detik Kecepatan linier air (v’) = 3-10 ft/detik Ditentukan : v = 100 ft/detik v’ = 5 ft/detik Diameter masuk uap air Rate volumetric (Q) = rate massa uap air / densitas uap air =

10674,3006 lb/jam = 340,8142 ft3/detik 3 0,0087 lb/ft × 3600 detik/jam

Dari Hugot hal 801 didapat nilai Cross section (s) = 1,7 ft3/ton uap diembunkan perjam. Maka : s = (1,7 x rate massa uap air )/v = (1,7 x 4,8417)/100 = 0,0823 ft2 Dari Hugot hal 803 didapat persamaan :


4 × 0,0823 4s = =0,3238ft = 3,8858 in 3,14 π

D=

Dari Genakoplis hal 892 dipilih nozzle dengan nominal pipa = 4 in Diameter masuk air injeksi Rate volumetric (Q) = rate massa air / densitas air =

17790,2254 lb/jam =0,0792 ft3/detik 62,43 lb/ft 3 × 3600 detik/jam

Dari Hugot hal 803 didapat persamaan : D=

4Q 4 × 0,0792 = =0,1420 ft = 1,7042 in πv' 3,14 × 5

Dari Genakoplis hal 892 dipilih nozzle dengan nominal pipa = 2 in Diameter air jatuhan Rate volumetric (Q) = (rate massa uap air + massa air pendingin)/dens air =

(10674,3006 + 17790,2254) lb/jam =0,1267 ft3/detik 62,43 lb/ft 3 × 3600 detik/jam

Dari Hugot hal 803 didapat persamaan : D=

4Q 4 × 0,1267 = =0,1796 ft = 2,1556 in πv' 3,14 × 5

Dari Genakoplis hal 892 dipilih nozzle dengan nominal pipa = 2,5 in

Spesifikasi alat: 

Nama

: Barometric kondensor



Fungsi

: Untuk mengembunkan uap air dari evaporator dengan menggunakan air injeksi secara kontak langsung



Bahan

: Carbon stell SA-240 grade M type 316



Diameter

:



 Diameter Luar (Do)

= 84 in

 Diameter Dalam (Di)

= 83,6250 in

Tebal :  Tebal Tutup Atas (tha)

= 3/16 in

 Tebal Tutup Bawah (thb)

= 3/16 in

 Tebal Silinder (ts)

= 3/16 in




Jumlah Barometric kondensor : 1 buah

17. JET EJECTOR (G-124) Fungsi : Untuk memvakumkan evaporator Type

: Steam jet ejector dengan steam

Bahan : Carbon stell SA-240 grade M type 316 Dasar Perencanaan : Jumlah uap air dari evaporator

: 4841,7560 kg/jam = 10674,3006 lb/jam

Tekanan Discharge (Pa)

: 14,7 Psia

= 1 atm

Suhu Steam (Toa)

: 150 oC

= 302 oF

Tekanan Steam (Poa)

: 475,8 Kpa = 69,1120 Psia

Suhu uap dari evaporator (Tob) : 45 oC

= 167oF

Tekanan uap dari evaporator (Pob) : 38,58 Kpa = 5,6207 Psia Perhitungan : Pa/Pob

= 14,7/5,6207

= 2,6153

Pob/Poa

= 5,6207/69,1120

= 0,0813

Dari gambar 6-72 Perry edisi 6 didapat : Po/Pob

=5

A2/A1

= 17

Wb/Wa

= 0,18

Dari Persamaan 6-36 Perry edisi 6 hal 6-32 didapat:

T × Mb W Wb = × oa Wa Wa Tob × M a dimana : Ma = berat molekul udara Mb = berat molekul air Sehingga : 7614 W = 0,18 × = 0,1563 Wa 10092

Jadi steam yang dibutuhkan jet ejector adalah : = 1/0,1563 = 6,3960 lb/jam = 2,9012 kg/jam Spesifikasi alat:




Nama

: Jet Ejector



Fungsi

: Untuk memvakumkan evaporator



Bahan

: Carbon stell SA-240 grade M type 316



Pa/Pob

: 2,6153



Pob/Poa

: 0,0813



Po/Pob

:5



A2/A1

: 17



Wb/Wa

: 0,18



Steam yang dipakai : 2,9012 kg/jam



Jumlah Jet Ejector : 1 buah

18. KRISTALIZER (X-125) Fungsi : Untuk mengkristalkan CuSO4.5H2O Type : Swenson Walker Dasar Perencanaan : Rate massa : 8678,2160 kg/jam = 19131,9950 lb/jam ρ campuran : 93,5007 lb/ft3 waktu tinggal : 1 jam Perhitungan : Rate volumetric = rate massa / ρ campuran = 19131,9950/93,5007 = 204,6188 ft3/jam Rate Brine = 1295,0303 kg/jam = 2855,0238 lb/jam Menghitung ∆TLMTD Suhu bahan masuk = 75oC = 167oF Suhu bahan keluar = 14oC = 57,2oF Suhu brine masuk = -40oC = -40oF Suhu brine keluar = 14oC = 57.2oF Sehingga :

∆T LMTD =

Δt 1 − Δt 2 117 −17,2 = = 52,0533 °F 117 Δt 1 ln ln 17,2 Δt 2


Menghitung luas perpindahan panas (A) Beban Kristalizer = 382526,0611 kkal/jam = 1516997,3870 Btu/jam Dari Perry edisi 6 didapat nilai UD = 35 Btu/jam ft2 oF Sehingga A yang dibutuhkan : A=

Q 1516997,3870 = 832,6611 ft2 = U D × ΔTLMTD 35 × 52,0533

Dari Badger and Banchero hal 524, didapat : Diameter (D) = 60 in = 5 ft Panjang (P) = 1200 in = 100 ft

Menghitung panjang kristalizer berdasarkan perpindahan panas A=½πDL 832,6611 = ½ π 2 L L = 106,0715 ft Jumlah kristalizer yang dibutuhkan = L/Panjang = 106,0715/100 = 1,067 buah ≈ 1 buah Menghitung panjang kristalizer berdasarkan volume liquid Volume liquid = massa / ρ campuran = 19131,9950/93,5007 = 204,6188 ft3/jam Dimana : Volume = ½ (π/4)D2L 409,2377 = 9,8125 L L = 41,7058 ft Jumlah kristalizer yang dibutuhkan = L/Panjang = 41,7058/100 = 0,4171 buah ≈ 1 buah Perhitungan luas perpindahan panas (A) didasarkan volume : A=½πDL = ½ π (5) (41,7058) = 327,3901 ft2 Karena harga A berdasarkan perpindahan panas > A berdasarkan volume liquid, maka ditetapkan jumlah kristalizer yang digunakan adalah 1 buah.



Fungsi



Type

: Swenson Walker



Diameter (D)

: 5 ft



Panjang (L)

: 106,0715 ft



Jumlah Kristalizer

: 1 buah

: Untuk mengkristalkan CuSO4.5H2O

19. CENTRIFUGE (H-126) Fungsi : Untuk memisahkan Kristal CuSO4.5H2O dengan mother liquor Type : Centrifugal basket centrifuge Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA-240 grade M Type 316 Dasar Perencanaan : Rate : 8678,2160 kg/jam ρ campuran : 1,0694 kg/L = 66,7442 lb/ft3 Perhitungan : Aliran Voluetrik (Q) = rate massa / ρ campuran = 8678,2160 /1,0694 = 8114,8810 L/jam = 286,6466 ft3/jam Dari Hugot hal 771 pers 35-21 didapat: Vt = 390 x D2 x H Dimana : Vt = Kapasitas maksimal D = Diameter centrifuge (in) H = Tinggi centrifuge (in) Dari Hugot hal 719 tabel 36.2, didapatkan dimensi standart centrifuge adalah: D = 72 in = 6 ft H = 54 in = 4,5 ft Putaran = 1000 rpm Power = 26,4 Hp Maka : Vt = 390 x (6)2 x 4,5 = 63180 ft3 Kapasitas centrifuge setiap putaran = Vt/ρ campuran = 63180/66,7442 = 946,5994 lb


Dari Hugot hal 769 didapat waktu cycle pada umumnya antara 2-6 menit. Ditetapkan waktu cycle 3 menit,sehingga dalam 1 jam terdapat 20 putaran Kapasitas centrifuge = 946,5994 x 20 = 18931,9873 lb/jam Jumlah centrifuge yang dibutuhkan = =

laju massa kapasitas centrifuge 8678,2160 ≈ 1 buah 8587,3601


Nama

: Centrifuge



Fungsi

: Untuk memisahkan Kristal CuSO4.5H2O dengan mother liquor



Type

: Centrifugal basket centrifuge



Bahan Konstruksi

: Carbon Steel SA-240 grade M Type 316



Diameter centrifuge (D)

: 6 ft



Tinggi centrifuge (H)

: 4,5 ft



Putaran

: 1000 rpm



Power

: 26,4 Hp



Jumlah

: 1 buah

20. ROTARY DRYER (B-130) Nama Alat : Rotary Dryer (B-130) Tipe

: Single Shell Direct Heat Rotary Dryer

Fungsi

: Mengeringkan kristal CuSO4.5 H2O

20.1 Prinsip Kerja Rotary dryer merupakan alat pengering yang terdiri dari sebuah silinder horizontal dengan kemiringan tertentu. Putaran pada silinder disebabkan oleh kerja roda gigi (gear) yang dihubungkan dengan motor penggerak. Umpan basah masuk pada hopper yang berada pada bagian silinder yang lebih tinggi, dan produk keluar pada ujung yang lain. Perancangan alat utama Single Shell Direct Heat Rotary ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : •

Mengurangi kandungan air dari 4,8 % menjadi 0,5 %


•

Media pemanas yang digunakan adalah udara kering, masuk dari ujung yang lebih rendah sehingga akan berkontak langsung dengan bahan baku secara berlawanan arah dan diharapkan efisiensi panas yang diperoleh lebih besar.

20.2

Kondisi Operasi T1 = 120oC

T2 = 85oC t1 = 30oC

t2 = 85oC

Rate Aliran Umpan

= 3961,4468 kg/jam = 8733,4056 lb/jam

Rate Aliran Produk

= 3412,5035 kg/jam = 7523,2052 lb/jam

Rate udara kering masuk

= 1007,0983 kg/jam = 2220,2489 lb/jam

Suhu umpan masuk

= 30oC

Suhu produk keluar

= 85oC

Suhu udara masuk

= 120oC

Suhu udara keluar

= 85oC

20.3 Tahapan Perancangan Perancangan Rotary Dryer meliputi : 20.3.1. Perancangan Dimensi Rotary Dryer a. Diameter silinder b. Volume bahan c. Volume silinder d. Tebal silinder e. Putaran rotary dryer f. Slope rotary dryer g. Hopper rotary dryer h. Sudu-sudu rotary dryer 20.3.2. Perancangan Penggerak Rotary Dryer a. Jumlah gigi, putaran gigi dan pinion b. Pitch line velocity gear dan pinion c. Safe strength gear dan pinion d. Tenaga yang ditransmisikan gear drive ke pinion


e. Batas pemakaian muatan gear drive f. Berat beban total g. Tenaga yang dibutuhkan untuk memutar rotary dryer h. Putaran reducer Tahap-tahap Perancangan : 20.3.1. Perancangan Dimensi Rotary Dryer a. Menghitung Diameter Rotary Dryer Dibutuhkan 1 Rotary Dryer, sehingga : Rate udara kering masuk = 1007,0983 kg/jam = 2220,2489 lb/jam Range kecepatan udara = 0,5 – 5 kg/m2.dt = 400 – 4000 lb/ft2.jam Diambil kecepatan udara = 400 lb/ft2.jam

Luas (A) : A=

massa udara kering masuk kecepatan udara

A=

2220,2489 lb/jam = 5,5506 ft2 2 400 lb/ft .jam

Dimana : A = π/4 x D2 5,5506 ft2 = π/4 x D2 D2 = 7,0709 D = 2,6591 ft = 0,8105 m Dari tabel 4.10 Ulrich, diketahui range diameter rotary dryer (direct) adalah 1-3 m, sehingga diambil ukuran 2 m. b. Menghitung Volume Bahan Rate bahan masuk = 3961,4468 kg/jam = 8733,4056 lb/jam Densitas bahan

= 98,7208 lb/ft3

Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit = 0,5 jam Berat bahan = 8733,4056 lb/jam x 0,5 jam = 4366,7028 lb Volume bahan =

Berat bahan 4366,7028 lb = = 44,2329 ft 3 = 1,2518 m 3 3 ρ 98,7208 lb/ft


c. Menghitung Volume Silinder Rotary Dryer Volume bahan dari rotary dryer = 10 % - 15 % dari volume rotary dryer (ulrich, tabel 4-10 hal 132) maka didapatkan persamaan : Volume bahan < Volume rotary dryer

Volume bahan

= 15 % x Volume rotary dryer

1,2518 m3

= 15 % x Volume rotary dryer

Volume rotary dryer = 8,3543 m3 = 294,7047 ft3 Volume rotary dryer = π/4 . D2. L 8,3453 m3 = π/4 . (1)2. L L = 10,6309 m = 11 m =34,8779 ft Dari ulrich, tabel 4-10 hal 132, diketahui range panjang rotary dryer (direct) adalah = 4-20 m, sehingga ukuran panjang diambil 11 m. Kecepatan solid =

=

panjang waktu tinggal solid

11 1800

= 0,0061 m/detik Dari Ulrich tab 4-10 hlm 132 kecepatan solid = (0,02 – 0,06) m/detik, karena kecepatan solid tidak memenuhi maka diambil kecepatan solid = 0,02 m/detik. t=

11 m = 550 detik 0,02 m/detik

Jadi dimensi rotary dryer : Panjang = 11 m Diameter = 2 m d. Menentukan Tebal Shell Rotary dryer bekerja pada tekanan 1 atm = 14,7 psia ts =

P× D +C 2 × (F ⋅ E − 0,6 P )

Dimana : ts = tebal shell yang dikehendaki D = diameter rotary dryer = 6,5616 ft


P = tekanan operasi = 1 atm = 14,7 psia = 0 psig F = stress maksimum yang diijinkan = 14.700 lb/in2 E = faktor pengelasan = 0,8 C = faktor korosi = 1/16 Perencanaan : −

Bahan konstruksi shell dryer : High alloy stell SA-240 Grade O type 405

−

Tekanan

: 14,7 psia

ts =

P× D +C 2 × (F ⋅ E − 0,6 P )

ts =

14,7 × 6,5616 + 1 / 16 2 × (14700 ⋅ 0,8 − 0,6 x 14,7 )

= 2,173 in Jadi tebal shell rotary dryer adalah 2,5 in e. Menghitung Putaran Rotary Dryer Persamaan : N =

V π×D

Dimana : N = Jumlah putaran rotary dryer (rpm) V = Kecepatan periphetal (ft/menit) D = Diameter dryer (ft) Dari Perry ed 7. hal 12-56, diketahui kecepatan periphetal rotary dryer (30-150) ft/menit dan diambil V = 80 ft/menit Sehingga : N=

80 = 3,8828 rpm 3,14 × 6,5616

N x D = 3,8828 x 6,5616 = 25,4777 (memenuhi) Dari Perry ed.3 hal 20-83 diketahui N x D = 25 – 30, sehingga perhitungan diatas memenuhi. f. Menentukan Slope Rotary Dryer Persamaan untuk aliran counter current :

θ=

0,23 × L B× L× G + 0,6 0,9 F S× N × D

Dimana : θ = Waktu tinggal


L = Panjang dryer D = Diameter dryer (ft) S = Slope N = Perputaran dryer B = Konstanta beban material F = Kecepatan umpan (lb/jam.ft2) G = Kecepatan massa udara (lb/jam.ft2) Menghitung waktu tinggal Waktu tinggal =

hold up rate feed

volume bahan 1,2518 m 3 = = 8,3453 m 3 = 294,7047 ft3 Volume dryer = 15 % 0,15 Dari perry ed. 6, ditentukan hold up sebesar = 3 % - 15 % volume dryer, digunakan hold up = 15 % volume dryer Maka, Volume Dryer = 15 % x 294,7047 ft3 = 44,2057 ft3 Rate feed =

rate bahan 8733,4056 lb/jam = = 88,4657 ft 3 /jam ρ 98,7208 lb/ft 3

Konstanta beban material : B=

5 Dp 0,5

Dimana Dp = 0,0003 ft = 0,000091 m = 91,4411 mikron B=

5 = 0,5229 (91,4411) 0,5

Menghitung kecepatan umpan (F) F=

rate aliran umpan 8733,4056 lb/jam = = 8733,4056 lb/ft3.jam 2 2 1/4 × D 1/4 × (2)

Sehingga :

15 menit =

0,23 × 34,8779 ft 0,5229 × 34,8779 ft × 400 lb/ft 2 .jam + 0,6 S × (3,8828 rpm) 0,9 × 6,5616 ft 8733,4056 lb/ft 2 .jam

333,610 S = 8,5231


S = 0,0255 Jadi slope = 0,0255 α = tg-1 (0,0255) = 8,3134o = 10o Dari Perry. ed.5 hal 20-36, diperoleh harga slope 0 – 1 sehingga perhitungan diatas memenuhi. g. Menghitung Dimensi Hopper Laju umpan = 8733,4056 lb/jam Densitas campuran = 98,7208 lb/ft3 Rate Volumetrik

=

8733,4056 lb/jam = 88,4657 ft 3 /jam 3 98,7208 lb/ft

Asumsi waktu tinggal = 50 detik Volume =

1 jam 88,4657 × × 50detik = 1,2287 ft3 jam 3600 detik

Faktor keamanan = 20 % Kapasitas total = 1,2 x 1,2287 ft3 = 1,4744 ft3 Direncanakan corong berbentuk kerucut terpancung dengan ketentuan : Dluar = 2 ft dan Ddalam = 0,5 ft maka : V

= π/3 x r2 x t

1,4744 ft3 = π/3 x (12 – 0,252) x t t = 1,5026 ft = 18,0312 in h. Menghitung Sudu-sudu (flight) Dari Perry Edisi 6 hlm 20-33 diketahui : Jumlah flight (n ) = (0,6–1) D Tinggi radial flight = (1/12 - 1/8)D Jumlah flight

= 1 x 6,5616 = 6,5616 = 7 buah

Tinggi radial flight = 1/12 x 6,5616 = 0,5468 ft = 6,5616 in Jarak antara sudu-sudu (L) = D.sin ½ β Dimana : L = Jarak antara sudu-sudu (ft)


β = sudut apit fisik pusat =

360 o 360 o = = 51,4286 o jumlah flight 7

D = Diameter dryer (ft) Maka : L = 6,5616 sin (½ .90) = 5,5833 ft = 66,9995 in

20.3.2. Perancangan Penggerak Rotary Dryer Untuk menggerakkan rotary dryer digunakan gear drive, yaitu suatu roda gigi yang digerakkan oleh pinion, sedangkan pinionnya sendiri digerakkan oleh motor. Hubungan antara pitch dan circular pitch pada drive gear adalah :

Dg =

Ng × Pc π

(Hesse, pers. 15-1, hal 420)

Dimana : Dg = Diameter pitch Pc = Circular pitch

Dg =

Ng Pc


Hubungan antara circular pitch dan diameter pitch adalah : Pc.Pd = π


Range circular pitch = 1 ¾ - 2 in

(Hesse, hal 420)

Ditentukan = Pc = 2 in Maka : Pd = π/2 = 1,57 in = 0,131 ft Ditetapkan Dg = 10 ft =120 in Jumlah gigi gear = Ng = Dg x Pd = 120 in x 1,57 in = 188,4 ≈ 189 buah a. Menentukan Jumlah Gigi Pinion dan Putaran Drive Gear Jumlah gigi penggerak : Np = putar 1/5 x Ng Np = 1/5 x 189 buah = 37,8 ≈ 38 buah Diameter gigi penggerak : Dp =

Np × Pc 38 × 2 = = 24,2 in = 2,02 ft π 3,14


Kecepatan gear drive = (Dg/Dp) x putaran rotary dryer = (120/24,2) x 7,7657 rpm = 38,5076 rpm b. Menentukan Pitch Line Velocity Gear Dan pinion  Untuk pitch velocity gear Vm =

π × Dg × rpm 12

Sedangkan Dg = Vm =

Ng Pd

π × 120 × 7,7657 = 243,8429 ft/menit 12

 Untuk Pitch line velocity pinion Vm =

π × Dp × rpm π × 24,2 × 38,5076 = = 243,8429 ft/menit 12 12

c. Menghitung Safe Strenght Gear Dan Pinion Persamaan : Fs =

Sx k x bx Y Pd

( Hesse, pers. 15-15 hal 431 )

Dimana : Fs = safe strength S = Allowable stress k = faktor kecepatan b = lebar permukaan gigi Y = faktor permukaan gigi Pd = rasio jumlah gigi dengan pitch diameter  Bahan yang digunakan : cast iron S = 8000 psi

(Hesse, tabel 15.1,hal.430)

 Untuk metallic gearing dengan pitch line velocity (Vm), lebih kecil dari 1000 rpm, mempunyai faktor kecepatan: K=

600 (600 + Vm )

K=

600 = 0,7110 (600 + 243,8429)

(Hesse, pers.15.13, hal.431)

 Lebar permukaan gear (b) :


Harga b = 9,5/Pd sampai 12,5/Pd

(Hesse, hal 431)

 Menentukan faktor permukaan gigi Digunakan = 14½ involute

(Hesse, hal.430)

Untuk pinion dengan jumlah gigi = 38 buah Y = 0,39 – 2,15/N = 0,39 – 2,15/38 = 0,3334 Untuk gear dengan jumlah gigi = 189 buah Y = 0,39 – 2,15/N = 0,39 – 2,15/189 = 0,3786 Jadi safe strength (Fs)  × 0,3334 8000 × 0,7852 × 12,5 1,57    Pinion, Fs = = 10620,5396 lb 1,57

 × 0,3786 8000 × 0,7852 × 12,5 1,57   = 12060,3968 lb  Gear, Fs = 1,57

d. Menentukan tenaga yang ditransmisikan oleh gear drive ke pinion. Persamaan : Hp =

Fs× Vm 33000

(Hesse, pers.15-12, hal.430)

 Untuk pinion Hp =

10620,5296 × 243,8429 = 78,4769 Hp ≈ 79 Hp 33000

 Untuk gear Hp =

12060,3968 × 243,8429 = 89,1164 Hp ≈ 90 Hp 33000

e. Menentukan Batas Pemakaian Muatan Gear Drive Untuk menentukan apakah beban total yang diterima oleh gear drive pada rotary dryer ini memenuhi atau tidak, maka perlu diperhitungkan batas pemakaian muatan gear drive terlebih dahulu. Fw = Dp x b x Q x W



Dimana : Fw = Batas beban (lb) Dp = Diameter pinion (in) b = lebar permukaan gear (in) W = konstanta kombinasi material (psi) Untuk cast iron pinion dan gear, W = 190

(Hesse, tabel.15-2, hal.432)

Faktor perbandingan kecepatan : Q=

2Ng Ng + Np

Q=

2 ×189 = 1,67 189 + 38


Maka : Fw = 24,2 in x (12,5/1,57) in x 1,67 x 190 psi = 24,2 x 7,96 in x 1,67 x 190 = 61135,83 lb Jadi beban maksimum yang diijinkan adalah = 61135,83 lb f. Menghitung Berat Beban Total  Berat silinder (W1) W1 = π/4 x (Do2 – D2) x L x ρ Do = Di + 2 ts = (3,2808 x 12) + (2 x 3/16) = 39,7446 in = 3,312 ft ρ stainless steel = 489 lb/ft3 W1 = π/4 x (3,3122 – 3,28082) ft2 x 13,1232 ft x 489 lb/ft3 = 1036,1980 lb  Berat flight (W2) W2 = n x L x H x t x ρ Dimana : n = jumlah flight = 7 buah H = tinggi flight = 0,2734 ft L = panjang flight = 2,3199 ft t = tebal flight, ditetapkan 0,25 in = 0,0208 ft ρ = densitas stainless steel = 489 lb/ft3 (perry, edisi.6 tabel 3-118, hal.3-95) W2 = 7 x 2,3199 ft x 0,2734 ft x 0,0208 ft x 489 lb/ft3


= 25,8048 lb  Berat gear (W3) W3 = π/4 x (Dg2 – D2) x b x ρ Dimana : Dg = Diameter gear = 10 ft = 120 in Do = Diameter luas gear = 3,312 ft b = lebar permukaan gear = 7,9618 in = 0,6635 ft ρ = densitas cast iron = 450 lb/ft3 (perry, ed.6 tabel 3-118, hal.3-95) W3 = π/4 x (102 – 3,3122)ft2 x 0,6635 ft x 450 lb/ft3 = 20867,1276 lb  Berat umpan (W4) W4 = Berat umpan masuk rotary dryer = 4366,7028 lb  Berat material (W5) W5 = 2 x π/4 x (Dr2 – D2) x b x ρ Dimana : Dr = Dg = Diameter dinding ring = 10 ft W5 = 2 x π/4 x (102 – 3,3122) ft2 x 0,6635 ft x 450 lb/ft3 = 41734,2551 lb Maka W total = W total = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 W total = (1036,1980 + 25,8048 + 20867,1276 + 4366,7028 + 41734,2551) lb W total = 68030,0883 lb g. Menentukan Tenaga Yang Diperlukan Untuk Memutar rotary Dryer Hp =

N × [(4,75 × Do × W ) + (0,1925 × D × Wt ) + (0,33 × Wt )] 100.000

Dimana : N = putaran rotary dryer = 3,8828 rpm W = berat umpan = 4366,7028 lb D = diameter riding ring = 5 ft Wt = berat total = 68030,0883 lb Do = diameter luar shell = 6,5616 ft


Maka : Hp =

3,8828 × [(4,75 × 6,5616 ft × 4366,7028) + (0,1925 × 5 ft × 68030,0883) + (0,33 × 68030,0883)] 100.000

Hp = 8,6986 Hp ≈ 9 Hp h. Menentukan Putaran pada Reducer Putaran gear drive = 38,5076 rpm Dipilih motor dengan putaran = 200 rpm Untuk menghitung putaran reducer, digunakan persamaan : i=

N1 N1 = N2 N3

Dimana : i

= perbandingan putaran

N1 = putaran motor N2 = putaran reducer N3 = putaran gear drive Sehingga : (N2)2 = N1 x N3 = 200 x 38,5076 = 7701,52 N2 = 87,7583 rpm Maka : i =

200 = 2,2789 rpm 87,7583

DIMENSI ALAT : f. Silinder (Shell) Jenis

: silinder horisontal

Diameter

: 6,5616 ft

Panjang

: 34,8779

Tebal

: 3/16 in

Kecepatan putar : 3,8828 rpm Waktu tinggal

: 0,5 jam


Tenaga putar

: 9 Hp

Bahan konstruksi : High alloy steel SA-240 Grade O tipe 405 Jumlah

: 1 buah

g. Corong Pemasukan (Hopper) Bentuk

: kerucut terpancung

Diameter luar

: 2 ft in

Diameter dalam

: 0,5 in

Tinggi

: 1,5026 ft

Jumlah

: 1 buah

h. Sudu – sudu (Flight) Jenis

: flight 90o lip flight

Jarak antar flight : 5,5833 ft

i.

Tinggi

: 0,5648 ft

Jumlah

: 7 buah

Roda Gigi (Gear) Jumlah gigi

: 189 buah

Diameter

: 2,02 ft

Kecepatan putar : 38,5076 rpm Bahan konstruksi : cast iron Safe strenght

: 12060,3968 lb

Pitch line velocity : 243,8429 ft/menit Daya motor

: 90 Hp

j. Gigi Penggerak (Pinion) Jumlah gigi

: 38 buah

Diameter

: 24,2 in

Bahan konstruksi : cast iron Safe strength

: 10620,5396 lb

Pitch line velocity : 243,8429 ft/menit Daya motor

: 79 Hp


21. BELT CONVEYOR (J-131) Fungsi : untuk mengangkut produk dari centrifuge ke rotary dryer Perhitungan : Kapasitas = 3961,4468 kg/jam = 8733,4056 lb/jam = 3,9614 ton/jam Kapasitas belt yang ditetapkan

= 14 ton/jam

Lebar

= 3,3 ft

Panjang

= 32 ft

Slope

= 20°

Menentukan power motor : HP =

F(L + L o )(T + 0,03Ws) + T x ∆Z 990

(Brown, G.G, hal : 57)

Dimana : F = faktor friksi (= 0,05) untuk plan bearing L = panjang conveyor (ft) Lo = 100 ft untuk plan bearing S = kecepatan bucket T = rate material (ton/jam) ∆Z = kenaikan elevasi material = 6m = 20ft W = berat bagian yang bergerak = 1 lb/in lebar = 39,6 lb/in lebar Sehingga : HP =

0,05(32 + 100)(14 + (0,03 × 100 × 39,6)) + (14 × 20) 990

HP = 1,1682 HP Digunakan efisiensi motor = 80%, maka : Power motor =

1,1682 = 1,4602 HP ≈ 2 HP 80%


Nama

: Belt Conveyor



Fungsi

: Untuk mengangkut produk dari centrifuge ke Rotary Dryer



Type

: Flat belt 20° idler



Bahan Konstruksi

: reinforced rubber



Panjang (L)

: 32 ft = 384 in



Lebar

: 3,3 ft = 39,6 in




Kecepatan

: 100 ft/menit



Power motor

: 2 Hp



Jumlah

: 1 buah

22. FILTER UDARA (H-132) Fungsi : Menyaring debu yang terdapat dalam udara Tipe

: dry filter

Perhitungan : Udara kering yang dibutuhkan = 1007,0983 kg/jam Suhu udara masuk = 30°C ρ udara (30°C) = 1,1676 kg/m3 = 0,07289 lb/ft3 Rate volume udara = =

(Geankoplis, App.3-3)

udara ker ing yang dibutuhkan ρ udara 1007,0983 kg/jam 1,1676 kg/m 3

= 862,9805 m3/jam = 507,9072 ft3/menit Berat debu dalam udara = 1 gr/1000 ft3 Berat debu dalam udara proses =

(Perry’s edisi 6, Tabel 20-39)

1 gr × 507,9072 ft 3 /menit 1000 ft 3

= 0,5079 grains/menit Dari Perry’s edisi 6 tabel 20 – 38, hal 20-43 didapat : Ukuran dry filter = 24 x 24 ft Kapasitas 1 filter = 5000 ft3/menit, sehingga : N=

507,9072 ft 3 /menit = 0,1016 ≈ 1 buah 5000 ft 3 /menit

Sehingga dibutuhkan 1 buah dry filter. Spesifikasi Peralatan : 

Nama

: Filter udara



Fungsi

: Menyaring debu yang terdapat dalam udara



Type

: Dry filter



Bahan Konstruksi

: Carbon Steel SA-135 grade M



Kapasitas

: 5000 ft3/menit




Rate volume udara

: 507,9072 ft3/menit



Ukuran

: (24 x 24) ft



Jumlah

: 1 buah

23. BLOWER (G-133) Fungsi

: Menghembuskan udara menuju rotary dyer

Tipe

: Centrifugal blower

Perhitungan : Rate udara = 1007,0983 kg/jam = 2220,2489 lb/jam = 37,0041 lb/menit Suhu udara masuk = 30°C = 86°F ρ udara (30°C) = 1,1676 kg/m3 = 0,07289 lb/ft3 Rate volumetrik udara = =

(Geankoplis, App.3-3)

Udara kering yang dibutuhkan ρ udara 2220,2489 lb/jam 0,07289 lb/ft 3

= 30458,7721 ft3/jam = 507,6462 ft3/menit Menentukan daya blower : Hp =

144 x Q x (P1 − P2 ) 33000


Dimana : Hp = daya blower yang dibangkitkan (Hp) Q = rate volumetric udara masuk (ft3/menit) P1 – P2 = beda tekanan dalam blower = 0,5 – 10 lb/in2


Maka : Daya blower =

144 x (507,6462 ft 3 /menit) x (0,5 lb/in 2 ) 33000

= 1,3291 Hp η motor = 85% Daya motor =

(Peter and Timmerhaus, hal 521)

1,3291 = 1,5637 Hp ≈ 2 Hp 0,85

Spesifikasi Peralatan : 

Nama

: Blower




Fungsi

: Menghembuskan udara menuju Rotary Dryer



Type

: Centrifugal blower



Bahan Konstruksi




Power motor

: 2 Hp



Jumlah

: 1 buah

24. HEATER UDARA (E-134) Fungsi : memanaskan udara sebelum masuk Rotary Dryer Type : Shell and Tube Faktor kekotoran (Rd) gabungan minimal = 0,003 Btu/jam.ºF ΔPmaks. aliran udara = 2 psi ΔPmaks. aliran steam = 2 psi t1 = 30oC = 86oF T2 = 150oC = 302oF

T1 = 150oC = 302oF

t2 = 120oC = 248oF

 Neraca massa dan neraca panas Rate udara

= 1007,0983 kg/jam = 2220,2489 lb/jam

Rate steam = 46,7347 kg/jam = 103,0314 lb/jam Panas yang dibawa steam (Q) = 25139,3009 kkal/jam = 99695,8316 Btu/jam  Menghitung Δt Δt1 = 302ºF – 248ºF = 54ºF Δt2 = 302ºF – 86ºF = 216ºF

Δt

LMTD

=

Δt 1 − Δt 2 54 − 216 = = 116,8583°F Δt 1 54 ln ln 216 Δt 2

Dari Kern, fig 18 hal 828 didapatkan : tipe HE = 1 : 2 ∆t = Ft x ∆tLMTD Untuk steam, Ft = 1, sehingga : ∆t = 1 x 116,8583 = 116,8583°F  Menghitung suhu kalorik


Tc = ½ (302 + 302)°F = 302°F tc = ½ (248 + 86)°F = 167°F  Trial UD Range UD yang digunakan = 5 – 50 Btu/j.ft2.°F

(Kern, tabel 8 hal 840)

Trial Ud = 9 Btu/j.ft2.°F A=

99695,8316 Btu/jam Q = = 94,7927 ft2 2o o U D x Δt LMTD 9 btu/jft F x 116,8583 F

Nt =

94,7927 A = = 30,1811 0,1963 x16 a" x l

Dari Kern, tabel 9 hal 842 didapatkan Nt standart = 30 buah UD koreksi =

Nt x U D trial Nt standart

UD koreksi =

30,1811 × 9 = 9,0543 Btu/j.ft2.°F 30

UD koreksi memenuhi karena masih dalam range = 5-50 Btu/j.ft2.°F Kesimpulan sementara perancangan : Type HE

:1–2

Bagian Shell (Udara)

Bagian Tube (Steam)

IDs = 8 in

do = ¾ in

n’ = 1

di = 0,62 in

de = 0,73 in

a’ = 0,3020 in2

B=8

a’’ = 0,1963 ft2/ft

B = (1/5 – 1) IDs

l = 16 ft

N+1 =

l × 12 16 × 12 × n' = × 1 = 24 B 8

n=2 PT = 1 in C’ = PT – do = 1 - ¾ = 0,25 in Nt standar = 30 buah Susunan = segitiga BWG = 16


 Evaluasi perpindahan panas Bagian Shell (udara)

Bagian Tube (steam)

IDS x B x c ' 1. as = ' n xPT x 144

1’. at =

8 x 8x 0,25 = 0,1111 ft2 1 x 1 x 144

=

=

m 2220,2489 lb/jam = as 0,1111 ft 2

2. Gs =

Gt =

=

de x Gs µ x 2,42

NRet =

(0,73/12)(19982,2402) 0,025 x 2,42

=

M 103,0314 = at 0,0315

di x Gt µ x 2,42 (0,62/12)(3275,1702 ) 0,02 x 2,42

= 41954,6591

= 241108,0224 3. JH = 350 (Kern, fig. 28 hal 838) k  Cp.μ  4. ho = JH   de  k 

30 x 0,3020 = 0,0315 ft2 2 x 144

= 3275,1702 lb/j.ft2

= 19982,2402 lb/jam.ft2 NRes =

Nt x a ' n x 144

1/3

 μ   μW

  

2’. JH = -

0,14

3’. Untuk steam hio =1500 Btu/jam.ft2.°F

μ = 0,022 (Kern, fig 15, hal 823) Cp = 0,25 (Kern, fig 3, hal 805) k = 0,0186 Btu/j.ft2.°F/ft (Kern, hal 801) 1/3

 0,0186  0,25x 0,022  ho = (350)   x1  0,73/12  0,0186  = 81,4794 Btu/j.ft2.°F

Uc =

hio x ho hio + ho

Uc

=

Rd =

Uc − U D koreksi 77,2815 − 9,0543 = = 0,0975 j.ft2.°F/Btu Uc x U D koreksi 77,2815 x 9,0543

1500 x 81,4794 = 77,2815 Btu/j.ft2.°F 1500 + 81,4794

Harga Rd > Rd tetapan, maka memenuhi  Evaluasi Penurunan panas (∆P)


Bagian Shell (udara)

Bagian tube (steam)

1. NRe s = 241108,0224

1’. NRet = 41954,6591

f = 0,00014 (Kern, fig.26 hal 836) 2. ΔPs =

f × Gs 2 × IDS (n + 1) 5,22 × 1010 × de × Sg × φs

f = 0,00018 (Kern, fig.26 hal 836) 2’. ΔP1 =

0,00014 × 19581,6173 2 × 8 (3) = 5,22 × 1010 × 0,73 12 × 0,98 × 1

=

1

2

× f × Gt 2 × I × n 5,22 × 1010 × di × Sg × φs 1

2

× 0,00018 × 3209,5065 2× 16 × 2 5,22 × 1010 × 0,62 12 × 1 × 1

= 0,0033 < 2 psi (memadai)

= 0,000011 3’. ∆Pn =

=

4 v2 x Sg 2.g '

4x4 x 0,001 = 0,016 psi 1

∆Pt = ∆Pn + ∆P1 = 0,000011 + 0,016 = 0,0160 psi < 2 psi (memenuhi)


Nama



Fungsi

: Heater : Memanaskan udara sebelum masuk Rotary

Dryer 

Type

: Shell and tube 1-2



Bahan Konstruksi




Jumlah

: 1 buah



Kapasitas

: 2220,2489 lb/jam

 Steam yang digunakan

: 103,0314 lb/jam

 Bagian Shell : IDS = 8 n’ = 1 B=8 de = 0,73 in  Bagian tube

: do = ¾ in di = 0,62 in a’ = 0,3020 in2


a’’ = 0,1963 ft2/ft l = 16 ft n=2 PT = 1 in C’ = 0,25 in Nt standar = 30 buah Susunan = segitiga BWG = 16  Jumlah : 1 buah

25. CYCLONE (H-136) Fungsi : Untuk memisahkan debu atau partikel CuSO4.5H2O yang terikut udara dari Rotary Dryer Tipe

: Duclone collector

Perhitungan : Rate udara

= 1007,0983 kg/jam = 2220,2489 lb/jam

ρ udara/gas

= 0,049 lb/ft3

Kecepatan udara cyclone = 50 ft/detik

(Perry’s edisi 6 hal 20-28)

Menghitung dimensi cyclone : Kecepatan volumetrik udara =

=

Rate udara ρ udara 2220,2489 lb/jam 0,049 lb/ft 3

= 45311,2023 ft3/jam = 12,5864 ft3/detik Luas aliran (Ac) =

=

Rate volumetrik udara kecepatan udara cyclone

12,5864 ft3/detik 50 ft/detik

= 0,2517 ft2 Dari Perry edisi 6 fig 20-106 hal 20-84 diketahui : −

Ac = Bc x Hc


−

Bc = Jc = ¼ Dc

−

Hc = Dc/2

−

Zc = Lc = 2 Dc

−

De = Dc/2

−

Sc = Dc/8

Maka :

Ac = Bc x Hc = Bc x Dc/2 = Bc x (4 Bc/2) = 2 Bc2 0,2517 = 2 Bc2 Bc = 0,3548 ft

Dc = 4 Bc = 4 x 0,3548 = 1,4191 ft Jc = Bc = 0,3548 ft Hc = Dc/2 = 1,4191/2 = 0,7095 ft Zc = 2 Dc = 2 x 1,4191 = 2,8382 ft Lc = Zc = 2,8382 ft De = Dc/2 = 1,4191/2 = 0,7095 ft Sc = Dc/8 = 1,4191/8 = 0,1774 ft Diameter partikel minimum pada cyclone : Dpmin =

9 × μ × Bc 2 × π × Ne × Vc × (ρs − ρ )

(Perry’s edisi 6 hal 20-28)

Dimana : Dpmin = ukuran partikel minimum yang bisa lolos dari saringan Dp

= ukuran partikel yang diijinkan lolos dari saringan

Bc

= lebar inlet dust (ft)

Vc

= kecepatan gas masuk cyclone

µ

= viscositas gas (lb/ft.det)

ρ

= densitas gas (lb/ft3)

ρs

= densitas material (lb/ft3)

Dc

= diameter cyclone (ft)

Dari perry’s edisi 7 hal 17-30 :


Ne

= 3,5

Vc

= 50 ft/detik

Dp

= 0,0003 ft

η

= 98%

Dpmin

9 × μ × Bc 2 × π × Ne × Vc × (ρs − ρ )

=

=

9 × 0,036 × 0,3548 2 × 3,14 × 3,5 × 50 × (98,7208 − 0,049)

= 0,0000341 ft Karena Dpmin < Dppartikel = memenuhi


Nama

: Cyclone



Fungsi

: Untuk memisahkan debu atau partikel CuSO4.5H2O yang terikut udara dari Rotary Dryer



Type

: Duclone collector



Bahan Konstruksi

: Carbon Steel 240 grade M type 316



Jumlah

: 1 buah



Dimensi : Dc = 1,4191 ft De = 0,7095 ft Hc = 0,7095 ft Lc = 2,8382 ft Sc = 0,1774 ft Zc = 2,8382 ft Jc = 0,3548 ft Bc = 0,3548 ft

26. MESIN PENGEMAS (J-138) Fungsi : Untuk mengemas produk CuSO4.5H2O dari bin produk kedalam plastic bag Kapasitas bahan masuk = 3787,8788 kg/jam

= 8350,7576 lb/jam

Kapasitas mesin

= 8350,7576 lb/jam x 2 jam = 16701,5152 lb

Densitas bahan

= 98,7208 lb/ft3


16701,5152 lb = 169,1793 ft3 3 98,7208 lb/ft

Volume mesin =

Spesifikasi Peralatan : 

Nama

: Mesin pengemas



Fungsi

: Untuk mengemas produk CuSO4.5H2O dari bin produk kedalam plastik bag



Bahan konstruksi



Kapasitas bahan masuk : 8350,7576 lb/jam



Kapasitas mesin

: 16701,5152 lb



Jumlah

: 1 buah

: Carbon steel

27. GUDANG (F-139) Fungsi : untuk menyimpan produk CuSO4.5H2O Dasar perancangan : Suhu gudang

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Waktu tinggal

: 30 hari

Massa produk

: 3787,8788 kg/jam = 8350,7576 lb/jam = 200418,1818 lb/hari

Densitas produk : 98,7208 lb/ft3 Volume produk mengisi gudang diasumsikan : 80% dari volume gudang Perhitungan : Volume produk = =

massa produk x waktu tinggal ρ produk (200418,1818 lb/hari) x (30 hari ) 98,7208 lb/ft 3

= 60904,5455 ft3 = 1724,6340 m3 Produk mengisi 40% volume gudang 0,4 x Volume gedung =1724,6340 m3 Volume gudang = 4311,5851 m3 Ditetapkan : Panjang = 2 x lebar gudang Tinggi Maka

:

=7m

4311,5851 = p x l x t


4311,5851 = 2l x l x 7 l2 = 307,9704 l = 17,5491 m p = 17,5491 m x 2 = 35,0982 m Spesifikasi alat :  Fungsi

: Untuk menyimpan produk CuSO4.5H2O



Bahan

: Beton



Ukuran



Jumlah

: Panjang

= 35,0982 m

Lebar

= 17,5491 m

Tinggi

=7m

: 1 buah


LAMPIRAN D PERHITUNGAN UTILITAS

Unit utilitas pada suatu pabrik adalah salah satu bagian yang sangat penting untuk menunjang jalannya proses produksi dalam suatu industri kimia, sehingga kapasitas produksi semaksimal mungkin dapat dicapai. Unit utilitas yang diperlukan pada Pra Rencana Pabrik Kuprisulfatpentahidrat ini yaitu : 

Air yang berfungsi sebagai air proses, air pendingin, air umpan boiler, air sanitasi dan air untuk pemadam kebakaran.



Steam sebagai media pemanas dalam proses produksi.



Listrik yang berfungsi untuk menjalankan alat-alat produksi, utilitas dan untuk penerangan.



Bahan bakar untuk mengoperasikan boiler.



Refrigerant digunakan untuk menjaga suhu dan mendinginkan suhu dalam proses produksi. Dari kebutuhan unit utilitas yang diperlukan, maka utilitas tersebut dibagi

menjadi 5 unit, yaitu : 6. Unit penyediaan steam 7. Unit penyediaan air 8. Unit penyediaan tenaga listrik 9. Unit penyediaan bahan bakar 10. Unit Penyediaan Refrigerant

LD.1. Unit Penyediaan Steam Pada Pra Rencana Pabrik Kuprisulfatpentahidrat ini, kebutuhan air pengisi boiler atau air umpan boiler berdasarkan pada kebutuhan steam. Adapun kebutuhan steam tersebut digunakan sebagai media pada peralatan sebagai berikut:


Tabel LD.1. Total Kebutuhan Steam Nama Alat

Kebutuhan (kg/jam)

Heater (E-118)

1113,8276

Heater (E-122)

786,2857

Evaporator (V-120)

4638,5713

Jet Ejector (G-124)

2,9012

Heater Udara (E-134)

46,7347

Total

6588,3205

Direncanakan banyaknya steam yang disupply adalah 20 % excess. Kebutuhan steam

= 1,2 x 6588,3205 kg/jam = 7905,985 kg/jam

Massa steam (ms) dalam boiler = 7905,985 kg/jam = 17429,4193 lb/jam Direncanakan steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi : -

Suhu (T)

=

150°C = 302oF

-

Tekanan(P)

=

1 atm

-

Air umpan boiler masuk pada suhu 30˚C = 86oF

Dasar Perhitungan : Hp

=

= 14,7 Psia = 101,325 kPa

m s × (H g − H f ) H fg × 34,5

(Savern, pers. 172, hal 140)

Dimana : ms

= massa steam yang dihasilkan

Hg

= enthalpi steam pada 302oF

Hf

= enthalpi air masuk pada 86oF

Hfg = enthalpi uap air pada 86oF 34,5 = angka penyesuaian pada penguapan 34,5 Hp / lb air / jam pada 86oF menjadi uap kering. Dari Kern, tabel 7 hal 816 didapatkan : Hg pada 302oF

, 69,07 psia

= 1180,26 Btu / lb

Hf pada 86oF

, 14,7 psia

= 180,07 Btu / lb

Hfg pada 86oF

, 14,7 psia

= 970,3 Btu / lb

Sehingga :


Hp

(17429,4193 lb/jam) × (1180,26 − 180,07 ) Btu/lb (970,3 Btu/lb) × 34,5

=

= 520,7632 Btu / jam = 8,6793Btu / menit = 2,0483 Hp Untuk kapasitas boiler (Q) : Q = Q =

m s × (H g − H f )

(Savern, pers 171, hal 140 )

1000

(17429,4193 lb/jam) × (1180,26 − 180,07 ) Btu/lb 1000

= 17432,7309 kbtu / jam = 17432730,9 Btu / jam Panas yang dipindahkan oleh permukaan air = 6.105 W / m2 = 190198,44 Btu / j.ft2 (Perry’s, edisi 6, tabel6.49) Luas permukaan panas (A)

=

17432730,9 Btu / jam 190198,44 Btu / j.ft 2

= 91,6554 ft2 Faktor evaporasi

= =

Faktor evaporasi

Hg − Hf 970,3

(Savern, pers. 173 hal. 140)

(1180,26 − 180,07 ) Btu/jam 970,3 Btu/jam

= 1,0308

Jumlah air yang dibutuhkan = faktor evaporasi x rate steam = (1,0308) x (17432730,9 Btu / jam) = 17969745 Btu / jam Bahan bakar yang digunakan fuel oil 33°API = 132000 Btu/lb = 8583,2358 kkal/kg

dengan Heating Value

(Perry’s ed. 7 fig. 27-3, hal 27-10)

Diperkirakan efisiensi boiler 85%, maka kebutuhan bahan bakar boiler Kebutuhan bahan bakar

=

=

m s × (H g − H f )

:

effisiensi × H v

(17429,4193 lb/jam) × (1180,26 − 180,07 ) Btu/lb 0,85 × (132000 Btu/lb)

= 155,3719 lb/jam = 70,4767 kg/jam Jumlah perpindahan panas boiler dan jumlah tube dapat dihitung sebagai berikut :


Heating value surface

=

10 ft2 / Hp boiler

Direncanakan panjang pipa

=

10 ft

Ukuran pipa yang digunakan

=

2 in

Luas permukaan linear feed

=

0,622 ft2 / ft (Kern, tabel 10 hal. 844)

Heating surface boiler

= HV surface x Hp boiler = 10 ft2 / Hp x 2,0483 Hp = 20,4833 ft2

Jumlah tube yang dibutuhkan : Nt

=

A = at × L

91,6554 ft 2 = 14,7356 tube ≈ 15 tube 0,622 ft 2 /ft × (10 ft )

(

)

Spesifikasi boiler : 

Type

:

Fire tube boiler



Kapasitas boiler

:

17432,7309 kBtu/jam



Rate steam

:

17429,4193 lb/jam (pada P=1atm=14,7 Psia)



Bahan bakar

:

fuel oil 33°API



Efisiensi

:

85%



Heating surface

:

20,4833 ft2



Jumlah tube (Nt)

:

15 buah



Ukuran tube

:

2 in



Panjang tube (L)

:

10 ft



Jumlah boiler

:

1 buah

LD.2. Unit Penyediaan Air Untuk memenuhi kebutuhan air pada pabrik, maka direncanakan diambil dari air sungai. Pengambilan air sungai ditampung dalam bak penampung air sungai untuk mengalami pengolahan selanjutnya yang dipergunakan sebagai air sanitasi. Sedangkan untuk air proses, air pendingin dan air umpan boiler akan diolah lebih lanjut sesuai dengan kebutuhan masing-masing. LD.2.1. Air Sanitasi Air sanitasi digunakan untuk memenuhi kebutuhan karyawan, laboratorium, perkantoran, taman dan kebutuhan yang lain. Air sanitasi yang dipergunakan harus memenuhi syarat kualitas air sebagai berikut : a. Syarat fisik


-

Suhu

:

berada di bawah suhu kamar

-

Warna

:

tidak berwarna / jernih

-

Rasa

:

tidak berasa

-

Bau

:

tidak berbau

-

Kekeruhan

:

< 1 mg SiO2 / liter

-

pH

:

netral

b. Syarat kimia -

Tidak mengandung logam berat seperti Pb, As, Cr, Cd, Hg

-

Tidak mengandung zat-zat kimia beracun

c. Syarat mikrobiologis -

Tidak mengandung kuman maupun bakteri, terutama bakteri patogen yang dapat merubah sifat-sifat fisik air.

Kebutuhan air sanitasi pada Pra Rencana Pabrik Kuprisulfatpentahidrat ini adalah: 1. Untuk kebutuhan karyawan Menurut standar WHO kebutuhan air untuk tiap orang = 120 kg/hari. Jumlah karyawan pada pabrik

= 187 orang

Jam kerja untuk tiap karyawan

= 8 jam / hari

Pemakaian air sanitasi untuk 187 karyawan adalah : = 120 kg ×

187 = 7480 kg / hari = 311,7 kg / jam 3

2. Untuk laboratorium, taman dan keperluan lain Direncanakan kebutuhan air untuk laboratorium, taman dan pemadam kebakaran adalah sebesar 50% dari kebutuhan karyawan. Sehingga kebutuhan air untuk laboratorium dan taman : = 50% x 7480 kg / hari = 3740 kg / hari = 155,8 kg / jam Jadi kebutuhan air untuk karyawan , laboratorium, taman adalah: =

(7480 + 3740) kg / hari

=

11200 kg / hari

=

467.5 kg / jam

Untuk pemadam kebakaran dan cadangan air diperkirakan 40 % excess, sehingga total kebutuhan air sanitasi : =

1,4 x 467,5 kg / jam


=

654,5 kg / jam

LD.2.2. Air Umpan Boiler Air umpan boiler adalah air yang dibutuhkan untuk bahan baku steam yang berfungsi sebagai pemanas. Air umpan boiler disediakan 20 % dari kebutuhan steam : Kebutuhan steam

= 1,2 x 6588,3205 kg/jam = 7905,985 kg/jam

Make up kebutuhan air umpan boiler 20 % dari kebutuhan : = 0,2 x 7905,985 = 1581,197 kg/jam Sehingga air untuk kebutuhan steam = 7905,985 + 1581,197 = 9487,182 kg/jam LD.2.3. Air Pendingin Air berfungsi sebagai media pendingin pada alat perpindahan panas. Hal ini disebabkan karena : -

Air merupakan materi yang banyak didapat

-

Mudah dikendalikan dan dikerjakan

-

Dapat menyerap panas

-

Tidak mudah menyusut karena pendinginan

-

Tidak mudah terkondensasi

Air pendingin yang dibutuhkan digunakan pada alat-alat sebagai berikut : Tabel LD.2. Total Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat

Kebutuhan (kg/jam)

Kondensor Barometrik (E-123)

8069,5933

Total

8069,5993

Direncanakan banyaknya air pendingin yang disupply dengan excess 20%. Kebutuhan air pendingin = 1,2 x 8069,5993 kg/jam = 9683,512 kg/jam Make up kebutuhan air pendingin 20 % = 0,2 x 9683,512 = 1936,702 kg/jam Sehingga kebutuhan air pendingin = 9683,512 + 1936,702 = 11620,214 kg/jam LD.2.4. Air Proses Air proses yang dibutuhkan digunakan pada alat-alat sebagai berikut : Tabel LD.3.Total Kebutuhan Air Proses


Nama Alat

Kebutuhan (kg/jam)

Tangki Pengencer H2SO4 (M-116)

9388,178

Rotary Vacuum Filter (H-121)

25,3197

Centrifuge (H-126)

159,9123

Total

Total

Kebutuhan

air

9573,41

yang

perlu

disupply

pada

Pra

Rencana

Pabrik

Rencana

Pabrik

Kuprisulfatpentahidrat ini adalah : Tabel LD.4. Total kebutuhan air yang perlu disupply Keterangan

Kebutuhan (kg/jam)

Air sanitasi

654,5

Steam

9487,182

Air pendingin

11620,21

Air Proses

9573,41 Total

Untuk

31335,31

memenuhi

kebutuhan

air,

maka

pada

Pra

Kuprisulfatpentahidrat ini menggunakan air sungai. Sebelum digunakan, air sungai tersebut masih perlu diproses (water treatment) untuk memenuhi air sanitasi, air pemanas, air pendingin dan juga air proses.

Peralatan yang digunakan dalam pengolahan air sebagai berikut : 1. Pompa Air Sungai (P-211) Fungsi

:

Untuk memompa air sungai ke bak sedimentasi

Type

:

Centrifugal pump

Bahan

:

Cast iron

Dasar perhitungan : Rate aliran

= 31335,31 kg/jam = 69081,36lb/jam = 19,1892 lb/detik

Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt


Rate volumetrik (Qf)

=

19,1892 lb/dt = 0,30738 ft3/dt 3 62,428 lb/ft

Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =

3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,30738)(0,45) x (62,428)0,13

(Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm 892)

= 3,9257 in = 0,3271 ft Standarisasi ID = 4 in Sch. 40 Diperoleh

:

(Geankoplis, App.A-5 hal. 892)

-

OD

=

4,5 in

-

ID

=

4,026 in

-

A

=

0,0884 ft2

Laju aliran fluida (V)

V=

rate volumetrik (Q f ) 0,30738 ft 3 /dt = = 3,4771 ft/dt luas area (A ) 0,0884 ft 2

Cek jenis aliran fluida

N Re =

D ⋅ V ⋅ ρ (4,026 /12 ) ft × (3,4771)ft/dt × (62,428)lb/ft 3 = μ 0,000538 lb/ft ⋅ dt

N Re = 134866,8 > 2100

Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. (Mc. Cabe jilid II, hal. 47) Ditentukan bahan pipa cast iron ε = (2,6 x 10-4) m (Geankoplis 6th, hal 88) Sehinggga :

(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,002542 (4,026/12) ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,007 Menentukan panjang pipa : -

-

Pipa lurus

=

150 ft

Elbow, 90

=

2 buah

Kf

=

2 x 0,75 = 1,5(Geankoplis 6th tabel 2.10.1,hal 93)

=

1 buah (half open)

=

1 x 4,5 = 4,5 (Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93)

=

1 buah (wide open)

o

Gate valve Kf

-

Globe valve


Kf

=

(Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93)

1 x 6 = 6

 A K c = 0,551 − 2 A1 

  

(Geankoplis 6th pers. 2.10.16 hal 93)

0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2

(Geankoplis 6th pers. 2.10.15 hal 93) 2

 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K (Geankoplis 6th pers. 2.10.18 hal 94) ∑  D x c f   2

  (3,4771)2 ( 150 ) ∑ F = 4 (0,007 ) (4,026/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 6 2   ∑ F = 157,59 lbf ft/lbm

Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli (pers. 2.7.28, Geankoplis 6th hlm 64) : P − P1 1 2 v 2 av − v12av + g (z 2 − z 1 ) + 2 + ∑ F + WS = 0 2α ρ

(

)

∆v 2 ∆z ⋅ g ∆P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : -

∆z

=

20 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

3,4771 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (3,4771)2   (20 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + [157,5947] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 

WS = 163,86 Tenaga penggerak


WHP

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

=

(163,86) × (0,30738) × (62,428)

=

550

= 5,7173 Hp

Kapasitas = 137,9802 gallon/menit η (effisiensi) pompa = 45 % (Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520) BHP =

WHP η

BHP =

5,7173 Hp = 12,7051 Hp 0,45

η (effisiensi) motor = Daya motor

=

82 % (Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520)

BHP 12,7051 = = 14,9472 Hp ≈ 15 Hp η 0,82

Spesifikasi pompa : 

Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 15 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

2. Bak Sedimentasi (F-212) Fungsi

:

Untuk mengendapkan lumpur yang terikut

Bahan konstruksi

:

Beton bertulang


= 31335,31 kg/jam = 69081,36 lb/jam = 19,1892 lb/detik

ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik

=

Waktu pengendapan

= 12 jam

Volume air

= Rate volumetrik x waktu pengendapan

31335,31 kg/jam = 31,4712 m3 / jam 995,68 kg/m 3

= (31,4712 m3 / jam) x (12 jam) = 377,6551 m3 Direncanakan volume liquid = 80% volume bak, sehingga :


Volume bak

=

377,6551 m 3 = 472,0689 m3 0,8

Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi

=

5 : 3 : 2

= (5 x) x (3 x) x (2 x) = 30 x3

Volume bak Sehingga : Volume bak

=

30 x3

472,0689 m3

=

30 x3

=

2,5058 m

x

Jadi ukuran bak sedimentasi : Panjang

= 5 x (2,5058 m)

= 12,5294 m

Lebar

= 3 x (2,5058 m)

= 7,5176 m

Tinggi

= 2 x (2,5058 m)

= 5,0117 m

Spesifikasi bak sedimentasi : 

Bentuk

: persegi panjang



Panjang (P)

: 12,5294 m



Lebar (L)

:

7,5176 m



Tinggi (T)

:

5,0117 m



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

3. Pompa Bak Sedimentasi (P-213) Fungsi

:

Untuk memompa air dari bak sedimentasi ke skimmer

Type

:

Centrifugal pump

Bahan

:

Cast iron






=

19,1892 lb/dt = 0,30738 ft3/dt 3 62,428 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,30738)(0,45) x (62,428)0,13



:


-

OD

=

4,5 in

-

ID

=

4,026 in

-

A

=

0,0884 ft2


V=



N Re =


N Re = 134866,8 > 2100


(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,00254 (4,026/12) ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,007 Menentukan panjang pipa : - Pipa lurus

=

20 ft

- Elbow, 90

=

3 buah

Kf

=

3 x 0,75 = 2,25 (Geankoplis 6th tabel 2.10.1hal 93)

=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

o

- Gate valve Kf - Globe valve


=

Kf

1 x 6 = 6


  


 A K c = 0,55 1 − 2 A1 

0   = 0,55 1 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2



  (3,4771) (20) ∑ F = 4 (0,007 ) (4,026/12) + 1 + 0,55 + 2,25 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 96,5396 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

15 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

3,4771 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (3,4771)2   (15) × (9,8)   0  -WS =  +  + [96,5394] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 

-WS = 101,2925 Tenaga penggerak


WHP

= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(101,2925) × (0,30738) × (62,428) 550

= 3,53405 Hp

Kapasitas = 137,9802 gallon/menit η (effisiensi) pompa = 45 % (Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520) BHP =

WHP η

BHP =

3,53405 Hp = 7,85345 Hp 0,45

η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor

=

(Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520)

BHP 7,85345 = = 9,2393 Hp ≈ 10 Hp η 0,8


Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 10 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

4. Bak Skimmer (F-214) Fungsi

: Untuk memisahkan kotoran yang mengapung

Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : Rate aliran


ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik

=

31335,31 kg/jam = 31,4712 m3 / jam 995,68 kg/m 3

Waktu pengendapan

= 30 menit = 0,5 jam

Volume air

= Rate volumetrik x waktu pengendapan = (31,4712 m3 / jam) x (0,5 jam) = 15,7356 m3

Direncanakan volume liquid = 80% volume bak, sehingga :


Volume bak

=

15,7356 m 3 = 19,6695 m3 0,8

Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi Volume bak

=

5 : 3 : 2

= (5 x) x (3 x) x (2 x) = 30 x3

Sehingga : Volume bak =

30 x3

19,66995 m3 =

30 x3

x

0,8687 m

=

Jadi ukuran bak skimer : Panjang

= 5 x (0,8687 m)

= 4,3437 m

Lebar

= 3 x (0,8687 m)

= 2,6062 m

Tinggi

= 2 x (0,8687 m)

= 1,7374 m

Spesifikasi bak skimmer : 

Bentuk

: Persegi panjang



Panjang (P)

: 4,3437 m



Lebar (L)

: 2,6062 m



Tinggi (T)

: 1,7374 m



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

5. Pompa Skimmer (P-215) Fungsi

: Untuk memompa air dari bak skimer ke tangki clarifier

Type

: Centrifugal pump

Bahan

: Cast iron






=

19,1892 lb/dt = 0,30738 ft3/dt 3 62,428 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,30738)(0,45) x (62,428)0,13



:


-

OD

=

4,5 in

-

ID

=

4,026 in

-

A

=

0,0884 ft2


V=



N Re =


N Re = 134866,8 > 2100


(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,00254 (4,026/12) ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,007 Menentukan panjang pipa : -

-

Pipa lurus

=

35 ft

Elbow, 90

=

3 buah

Kf

=

3 x 0,75 = 2,25(Geankoplis 6th tabel 2.10.1 hal 93)

=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

o

Gate valve Kf

-

Globe valve


Kc

1 x 6 = 6 (Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93)

=

Kf

 A  = 0,551 − 2  A1  


0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474  K ex

 A  = 1 − 1  A2  

2


 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2


  (3,4771) (35) ∑ F = 4 (0,007 ) (4,026/12) + 1 + 0,55 + 2,25 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 100,7826 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

30 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

3,4771 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (3,4771)2   (30 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + [100,7826 ] +  (2 ) × (1) × (32,2)   32,2   62,428 

WS

= 110,1007

Tenaga penggerak


WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

WHP = =

(110,1007 ) × (0,30738) × (62,428) 550

= 3,4813 Hp

Kapasitas = 137,9802 gallon/menit η (effisiensi) pompa

= 45 % (Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520)

BHP =

WHP η

BHP =

3,4813 Hp = 8,5363Hp 0,45

η (effisiensi) motor = Daya motor

85 % (Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520)

BHP 8,5363 = = 10,0427Hp ≈ 10 Hp η 0,85

=

Spesifikasi pompa :

6.



Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 10 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

Tangki Clarifier (P-216) Fungsi

: Untuk tempat terjadinya koagulasi dan flokulasi dengan penambahan koagulan alum (Al2(SO4)3 . 18 H2O)

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M type 316 Dasar perhitungan : Rate aliran


ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik

=

31335,31 kg/jam = 31,4712 m3 / jam 3 995,68 kg/m

Waktu tinggal

= 2 jam

Volume air

= Rate volumetrik x waktu pengendapan = (31,4712 m3 / jam) x (2 jam) = 62,9425 m3

Direncanakan volume liquid

= 80 % volume tangki, sehingga :


Volume tangki

=

62,9425 m 3 = 78,6781 m3 0,8

Kebutuhan alum = 30 % dari volume air total dengan konsentrasi 80 ppm atau 80 mg tiap 1 L air (0,08 kg / m3). Jadi kebutuhan alum

= (30 %) x (62,9425 m3) x (0,08 kg / m3) = 1,5106 kg/jam

Kebutuhan alum tiap hari =

24 jam x 1,5106 kg/jam = 36,2548 kg / hari 1 hari

Tangki berbentuk silinder dengan tutup bawah berbentuk conical : π × D3 π Volume tangki = + D 2 × Ls 24 × tan 1 / 2α 4

diasumsikan L =1,5 D Tutup membentuk sudut (α) = 60° Direncanakan tangki clarifier berjumlah 1 buah, sehingga : π × D3 π + D 2 ×1,5D 24 × tan 1 / 2α 4

78,6781 m3

=

78,6781 m3

= 0,2267 D3 + 1,1775 D3

D

= 3,8265 m

Menentukan tinggi clarifier : Tinggi shell = Ls = 1,5 x D = 1,5 x 3,8265 m = 5,7397 m Tinggi tutup bawah berbentuk conis : tg 1/2α = h=

1 / 2.Di h

1/2(3,8265) 1 / 2.D = tg 1/2α tg 30 o

= 5,9781 m Tinggi tangki = tinggi shell + tinggi tutup bawah = 5,7397 m + 5,9781 m = 4,5521 m Perencanaan pengaduk : Digunakan pengaduk jenis turbine with 6 blades at 45° angle (G.G. Brown, hal 507)


Data – data jenis pengaduk : Dt/Di

= 3,0

Zi/Di

= 0,75 – 1,3

Zl/Di

= 2,7 – 3,9

W/Di

= 0,17

(G.G. Brown, hal 507)

Dimana : Dt

= diameter dalam tangki

Di

= diameter impeller

Zi

= tinggi impeller dari dasar tangki

Zl

= tinggi zat cair dalam silinder

W

= lebar baffle impeller

Menentukan diameter impeller Dt/Di = 3 Di =

Dt 3,8265 m = = 1,2755 m = 4,1849 ft 3 3

Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki Zi/Di = 0,75 – 1,3 (diambil 0,9) Zi

= 0,9 Di = 0,9 x 1,2755 m = 1,1479 m

Menentukan panjang impeller

L 1 = Di 3 L

= 1/3 Di = 1/3 x 1,2755 m = 1,3949 ft

Menentukan lebar impeller

W = 0,17 Di W

= 0,17 x 1,2755 m = 0,2168 m

Menentukan daya pengaduk Motor pengerak = 200 – 250 (diambil V = 220) V

= π x Di x n

NRe

=

P

Φ x ρ x n 3 x Di 5 = gc

(G.G. Brown, hal 507)

n x Di 2 x ρ µ


Dimana :

n

= putaran pengaduk (rpm)

Di

= diameter impeller (ft)

P

= daya motor (Hp)

V

= motor penggerak

ρ

= 1 g / cm3 = 62,43 lb / ft3

µ

= viscositas (0,03228 lb / ft.menit)

gc

= 32,2 lb.ft / det2.lbf = 115920 lb.ft / menit2.lbf

Φ

= 7 (G.G. Brown, hal 507)

Sehingga : n

=

V 220 = = 16,7419 ≈ 17 rpm π × Di π × (4,1849)

NRe

=

17 × (4,1849) 2 × 62,43 0,03228

NRe

= 575816,1 (aliran turbulen)

P

=

P

= 23774,83 lb.ft / menit = 0,72045 Hp

7 x (62,43) x (17) 3 x (4,1849) 5 115920

Ditetapkan : Maka : P =

η motor = 80 %,

η pengaduk = 60 %

0,72045 Hp = 1,5009 Hp ≈ 2 Hp 0,8 x 0,6

Spesifikasi tangki clarifier : 

Bentuk



Diameter tangki (D) : 3,8265 m



Tinggi (H)



Diameter impeller (Di): 1,2755 m



Lebar impeller (W)

: 0,2168 m



Daya motor

: 2 Hp



Bahan

: Carbon Steel SA-240 Grade M type 316



Jumlah

: 1 buah

: Tangki silinder tutup bawah berbentuk conical

: 11,7179 m


7.

Sand Filter (F-217) Fungsi

: Tempat untuk menyaring zat-zat yang terikut setelah dari tangki Clarifier

Type

: Tangki mendatar



ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik

=

31335,31 kg/jam = 31,4712 m3 / jam 3 995,68 kg/m

Waktu pengendapan

= 30 menit = 0,5 jam

Volume air

= Rate volumetrik x waktu pengendapan = (31,4712 m3 / jam) x (0,5 jam) = 15,7356 m3

Direncanakan volume liquid = 80 % volume bak, sehingga :

15,7356 m 3 = 19,6695 m3 0,8

Volume tangki

=

Volume ruang kosong

= 20 % volume tangki.

Volume ruang kosong

= (20 %) x (19,6695 m3) = 3,9339 m3

Porositas =

V ruang kosong V ruang kosong + V padatan

Diasumsikan porositas bad sebesar 0,4, maka 0,4

=

3,9339 m 3 3,9339 m 3 + V padatan

0,4 (3,9339 m3 + V padatan) = 3,9339 m3 0,4 V padatan Volume padatan Volume total tangki

= 2,3603 m3

= 5,9008 m3 = Volume padatan + Volume air = 5,9008 m3 + 15,7356 m3 = 21,6364 m3

Menentukan dimensi tangki Volume silinder =

¼ π . Di2 . Ls

Diasumsikan Ls =

1,5 Di


21,6364 m3

= ¼ π . (Di)2 . 1,5 Di

21,6364 m3

= 1,179 Di3

Di

= 2,6376 m

Jadi tinggi silinder (Ls) = 1,5 x 2,6376 m = 3,9565 m Menentukan tinggi tutup atas dan bawah (h) h

=

0,0756 Di3

=

0,0756 (2,6367 m)3

Jadi tinggi total tangki

= 0,1994 m

= Ls + 2h = 3,9565 m + 2(0,1994) m = 4,3553 m

Spesifikasi sand filter : 

Type

: Silinder mendatar



Tinggi (H)

: 4,3553 m



Diameter (Di) : 2,6376



Tutup

: conical



Jumlah

: 1 buah

8. Bak Air Bersih (F-218) Fungsi

: Untuk menampung air dari tangki sand filter

Bahan konstruksi

: Beton bertulang



ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik

=

31335,31 kg/jam = 31,4712 m3 / jam 3 995,68 kg/m

Waktu tinggal

= 24 jam

Volume air


Direncanakan volume liquid Volume bak

=

= 80 % volume bak, sehingga :

755,3103 m 3 = 944,1379 m3 0,8

Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :


Panjang : lebar : tinggi =

5 : 4 : 2

= (5 x) x (4 x) x (2 x) = 40 x3

Volume bak Maka :

=

40 x3

944,1379 m3 =

40 x3

Volume bak

x

=

2,8685 m

Jadi ukuran bak air bersih : Panjang = 5 x (2,8685 m)

= 14,3436 m

Lebar

= 4 x (2,8685 m)

= 11,47408 m

Tinggi

= 2 x (2,8685 m)

= 5,7370 m

Spesifikasi bak air bersih: 

Bentuk

: persegi panjang



Panjang (P)

: 14,3436 m



Lebar (L)

: 11,47408 m



Tinggi (T)

: 5,7370 m



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

9. Pompa Air Bersih (P-219) Fungsi

: Untuk memompa air dari bak bersih ke kation dan anion exchanger

Type

: Centrifugal pump

Bahan

: Cast iron

Dasar perhitungan : Rate aliran = 21107,4 kg/jam = 46533,06 lb/jam = 12,9258 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt 12,9258 lb/dt 62,428 lb/ft 3

Rate volumetrik (Qf) =

= 0,2070 ft3/dt

Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt = IDopt =

3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13 (0,45)

3,9 (0,2070)


x (62,428)0,13


= 3,2862 in Standarisasi ID = 3,5 in Sch. 40 Diperoleh

:


-

OD

=

4,0 in

-

ID

=

3,548 in

-

A

=

0,0687 ft2


V=



N Re =

D ⋅ V ⋅ ρ (3,548 /12 ) ft × (3,0138 )ft/dt × (62,428)lb/ft 3 = μ 0,000538 lb/ft ⋅ dt

N Re = 103017,5 > 2100


(

)


=

30 ft

- Elbow, 90

=

3 buah

Kf

=


=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

=

1x6=6

o

- Gate valve Kf - Globe valve Kf

 A K c = 0,551 − 2 A1 

  

(Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93) (Geankoplis 6th pers. 2.10.16 hal 93)

0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474 


 A K ex = 1 − 1  A2

  

2


 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v ∑ F = 4f D + K x + K c + K f  2 (Geankoplis 6th pers. 2.10.18 hal 94)

 (30) ∑ F = 4 (0,007 ) (3,548/12) + 1 + 0,55 + 2,25 + 4,5 + 

 (3,0138) 6 2 

2

∑ F = 77,8489 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

15 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

3,0138 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (3,0138)2   (15) × (9,8)   0  -WS =  +  + [77,8489] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 

WS = 82,5552 Tenaga penggerak WHP

= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(82,5552) × (0,2070) × (62,428) 550

= 1,9401Hp

Kapasitas = 92,9431 gallon/menit η (effisiensi) pompa = 45%



BHP =

WHP η

BHP =

1,9401 Hp = 4,3115 Hp 0,45

η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =


BHP 4,3115 Hp = η 0,8

= 5,3893 Hp ≈ 6 Hp

Spesifikasi pompa :

10.



Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 6 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

Kation Exchanger (D-210A) Fungsi

: Untuk

menghilangkan

ion-ion

positif

yang

dapat

menyebabkan kesadahan air. Resin yang digunakan adalah Hidrogen exchanger (H2Z). Dimana tiap 1 m3 H2Z dapat menghilangkan 6500 – 9000 gram hardness. Direncanakan H2Z yang digunakan sebanyak 8000 g/m3. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M type 316 Dasar perhitungan : Rate aliran = 21107,4 kg/jam = 46533,06 lb/jam = 12,9258 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Rate volumetrik (Qf) =

46533,06 lb/jam 62,428 lb/ft 3

= 745,3876 ft3 / jam = 92,9431 gpm Direncanakan : - Tangki berbentuk silinder - Kecepatan air

=

8 gpm / ft2

- Tinggi bad

=

4 m = 13,124


Luas penampang tangki = = Volume bad

Rate volumetrik Kecepa tan air 92,9431 gpm =11,6178 ft2 2 8 gpm/ft

= Luas x tinggi = (11,6178 ft2) x (2 x 13,124)ft = 152,4733 ft3

Mencari diameter bad : Luas 11,6178 ft2 d

=

π/4 . d2

=

(π/4) x d2

=

3,8470 ft = 1,1725 m

Direncanakan : H/D

= 3

H

= 3 x D = 3 x (3,847 ft) = 11,5411 ft = 3,5715 m

Volume tangki : V

= HxA = (11,5411 ft) x (14,7998 ft2) = 170,8079 ft3= 4,8338 m3

Diasumsikan : tiap galon air mengandung 10 grain hardness, maka : Kandungan kation

= 92,9431 gal / min x 10 grain/gal = 929,4318 grain / menit = 55765,91 grain / jam

Dalam 4,8338 m3 H2Z dapat menghilangkan hardness sebanyak : = 4,8338 x 8000

= 38670,92 gram

= 38670,92 x (2,2046/1000 lb / gram) x 8000 = 682031,3 grain Umur resin

=

682031,3 grain = 12,2302 jam 55765,91grain/jam

Jadi setelah 12,2302 jam resin harus segera diregenerasi dengan menambahkan asam sulfat atau asam klorida. Spesifikasi kation exchanger : 

Bahan konstruksi




Diameter (D)

: 1,1725 m



Tinggi (H)

: 3,5175 m


11. Anion Exchanger (D-210B) Fungsi

:

Untuk

menghilangkan ion-ion negatif yang dapat

menyebabkan kesadahan air. Direncanakan anion exchanger yang digunakan sebanyak 8000 g / m3. Bahan konstruksi :

Carbon Steel SA-240 Grade M type 316

Dasar perhitungan : Rate aliran = 21107,4 kg/jam = 46533,06 lb/jam = 12,9258 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Rate volumetrik (Qf) =

46533,06 lb/jam 62,428 lb/ft 3

= 745,3876 ft3 / jam = 92,9431 gpm Direncanakan : - Tangki berbentuk silinder - Kecepatan air

=

8 gpm / ft2

- Tinggi bad

=

4m

Luas penampang tangki =

= Volume bad

Rate volumetrik Kecepa tan air 92,9431 gpm = 11,6178 ft2 8 gpm/ft 2

= Luas x tinggi = (11,6178 ft2) x (2 x 13,124)ft = 152,4732 ft3

Mencari diameter bad : Luas 11,6178 ft2 d

=

π/4 . d2

=

(π/4) x d2

=

3,8470 ft = 1,1725 m

Direncanakan : H/D

= 3


H

= 3 x D = 3 x (3,847 ft) = 3,7707 ft = 11,5411 m

Volume tangki : V

= HxA = (11,5411 ft) x (14,7998 ft2) = 170,8079 ft3= 4,8338 m3

Diasumsikan : tiap galon air mengandung 20 grain hardness, maka : Kandungan anion

= 92,9431 gal / min x 20 grain/gal = 1858,864 grain / menit = 111531,8 grain / jam

Dalam 4,8338 m3 DOH dapat menghilangkan hardness sebanyak : = 4,8338 x 8000 = 38670,92 gram = 38670,92 x (2,2046/1000 lb / gram) x 8000 = 682031,3grain Umur resin

=

682031,3 grain = 6,1151 jam 111531,8 grain/jam

Jadi setelah 6,1151 jam resin harus segera diregenerasi dengan menambahkan NaOH. Spesifikasi anion exchanger : 

Bahan konstruksi




Diameter (D)

: 1,1725 m



Tinggi (H)

: 11,5411 m

12. Bak Air Lunak (F-221) Fungsi : Untuk menampung air bersih untuk umpan boiler dan air pendingin Bahan konstruksi : Beton bertulang Waktu tinggal

: 8 jam

Dasar perhitungan : Rate aliran = 21107,4 kg/jam = 46533,06 lb/jam = 12,9258 lb/detik ρ air pada 30oC

995,68 kg / m3

=

21107,4 kg/jam 995,68 kg/m 3

= 21,1989 m3 / jam


=

Waktu pengendapan

= 8 jam

Volume air



= (21,1989 m3 / jam) x (8 jam) = 169,5918 m3 Direncanakan volume liquid = 80 % volume bak, sehingga :

169,5918 m 3 = 211,9898 m3 0,8

Volume bak =

Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi Volume bak

=

5 : 3 : 2

= (5 x) x (3 x) x (2 x) = 30 x3

Sehingga : =

30 x3

211,9898 m3 =

30 x3

Volume bak

x

=

1,9189 m

Jadi ukuran bak air lunak : Panjang = 5 x (1,9189 m)

= 9,5947 m

Lebar

= 3 x (1,9189m)

= 5,7568 m

Tinggi

= 2 x (1,9189 m)

= 3,8379 m

Spesifikasi bak air lunak : 

Bentuk

: Persegi panjang



Panjang (P)

: 9,5947 m



Lebar (L)

: 5,7568 m



Tinggi (T)

: 3,8379 m



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

13. Pompa ke Deaerator (P-222) Fungsi

:

Untuk memompa air dari bak air lunak ke deaerator

Type

:

Centrifugal pump

Bahan

:

Cast iron

Dasar perhitungan : Rate aliran = 9487,182 kg/jam = 20915,3 lb/jam = 5,8098 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt



5,8098 lb/dt = 0,09306 ft3/dt 3 62,428 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,09306)(0,45) x (62,428)0,13


= 2,2930 in = 0,1910 ft Standarisasi ID = 2,5 in Sch. 40 Diperoleh

:


-

OD

=

2,875 in

-

ID

=

2,469 in

-

A

=

0,03322 ft2


V=



N Re =


N Re = 66635,88 > 2100


(

)


=

30 ft

- Elbow, 90

=

2 buah

Kf

=


=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

o



=

Kf

 A K c = 0,551 − 2 A1 

1x6=6

  

(Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93) (Geankoplis 6th pers. 2.10.16 hal 93)

0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2



  (2,8014 ) (30) ∑ F = 4 (0,007 ) (2,469/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 69,1914 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

10 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

2,8014 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (2,8014 )2   (10 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + [69,1914 ] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 



WHP

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

=

(72,3567 ) × (0,0930) × (62,428)

=

550

= 0,7643 Hp



BHP =

WHP η

BHP =

0,7643 Hp = 1,6985 Hp 0,45



BHP 1,6985 Hp = = 2,1231 Hp ≈ 2 Hp η 0,80

=


Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 2 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

14. Deaerator (D-223) Fungsi

: Untuk menghilangkan gas impurities dalam air umpan boiler dengan injeksi steam

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-240 Grade M type 316 Type

: Silinder horisontal

Dasar perhitungan : Rate aliran = 9487,182 kg/jam = 20915,3 lb/jam = 5,8098 lb/detik ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3


=

Waktu pengendapan

= 1 jam

Volume air


9487,182 kg/jam 995,68 kg/m 3

= 9,5283 m3 / jam

= (9,5283 m3 / jam) x (1 jam) = 9,5283 m3


Direncanakan volume liquid = 80% volume tangki, sehingga : Volume tangki

=

9,5283 m 3 = 11,9104 m3 0,8

Menentukan dimensi tangki Diasumsikan Ls

= 1,5 Di

Volume tangki

= ¼ π . Di2 . Ls

11,9104 m3

= ¼ π . (Di)2 . 1,5 Di

11,9104 m3

= 1,179Di3

Di

= 2,1617 m

Jadi tinggi tangki (Ls)

= 1,5 x 2,1617 m = 3,2426 m

Menentukan tinggi tutup atas dan bawah (h) h

=

0,0756 Di3

h

=

0,0756 x (2,1617 m)3 = 0,7673 m

Jadi tinggi total tangki = Ls + h = 3,2426 m + 0,7673 m = 4,0063 m Spesifikasi deaerator : 

Type

: Silinder horisontal



Tinggi (H)

: 4,0063 m



Diameter (Di) : 2,1617 m



Tutup

: standard dishead



Jumlah

: 1 buah

15. Pompa ke Boiler (P-224) Fungsi

: Untuk memompa air deaerator ke boiler

Type

: Centrifugal pump

Bahan

: Cast iron




5,8098 lb/dt = 0,09306 ft3/dt 3 62,428 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,09306)(0,45) x (62,428)0,13



:


-

OD

=

2,875 in

-

ID

=

2,469 in

-

A

=

0,03322 ft2


V=



N Re =


N Re = 66635,88 > 2100


(

)


=

50 ft

- Elbow, 90

=

2 buah

Kf

=


=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

o



=

Kf

 A K c = 0,551 − 2 A1 

1x6=6

  



0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2



  (2,8014 ) (50) ∑ F = 4 (0,007 ) (2,469/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 79,8717 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

20 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

2,8014 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (2,8014 )2   (20 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + [79,8717] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 



WHP

= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(86,0805) × (0,09306) × (62,428) 550

= 0,9092 Hp



BHP =

WHP η

BHP =

0,9092 Hp = 2,0206 Hp 0,45


=

BHP = η

(Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520) 2,0206 Hp = 2,5281 Hp ≈ 3 Hp 0,80


Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 3 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

16. Pompa ke Bak Air Pendingin (P-225) Fungsi

: Untuk memompa air lunak ke bak air pendingin

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Cast Iron

Dasar perhitungan : Rate aliran = 11620,21 kg/jam = 25617,76 lb/jam = 7,1160 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt Rate volumetrik (Qf) =

7,1160 lb/dt 62,428 lb/ft 3

= 0,1139 ft3/dt


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13



3,9 (0,1139)(0,45) x (62,428)0,13

IDopt =


:


-

OD

=

2,875 in

-

ID

=

2,469 in

-

A

=

0,03322 ft2


V=



N Re =


N Re = 81617,83 > 2100


(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,004146 (2,469 /12) ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,007 Menentukan panjang pipa : - Pipa lurus

=

25 ft

- Elbow, 90o

=

3 buah

=


=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

=

1x6=6

Kf - Gate valve Kf - Globe valve Kf

 A K c = 0,551 − 2 A1 

  




0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2


 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2


  (3,4313) (25) ∑ F = 4 (0,007 ) (2,469/12) + 1 + 0,55 + 2,25 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 104,2116 lbf ft/lbm


(

)

∆v 2 ∆z ⋅ g ∆P + + + ∑ F + WS = 0 ρ 2 ⋅ α ⋅ gc gc Direncanakan : -

∆z

=

8 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

3,4313 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (3,4313)2   (8) × (9,8)   0  -WS =  +  + [104,2116] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 


= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(106,8292) × (0,113988) × (62,428) 550

= 1,3821Hp

Kapasitas = 51,1678 gallon/menit


η (effisiensi) pompa = 45%


BHP =

WHP η

BHP =

1,3821 Hp = 3,07152 Hp 0,45


BHP = η

=


Spesifikasi pompa : a. Type

: Centrifugal pump

b. Daya pompa

: 4 Hp

c. Bahan konstruksi

: Cast iron

d. Jumlah

: 1 buah

17. Bak Air Pendingin (F-226) Fungsi

: Sebagai tempat penampungan air pendingin

Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : Rate aliran = 11620,21 kg/jam = 25617,76 lb/jam = 7,1160 lb/detik ρ air pada 30oC = 995,68 kg / m3 Rate volumetrik =

11620,21 kg/jam = 11,6706 m3 / jam 3 995,68 kg/m

Waktu tinggal

= 7 jam

Volume air


Direncanakan volume liquid = 80% volume bak, sehingga : Volume bak =

81,6944 m 3 = 102,118 m3 0,8

Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi = Volume bak

5 : 3 : 2

= (5 x) x (3 x) x (2 x) = 30 x3


Sehingga : Volume bak

= 30 x3

102,118 m3

= 30 x3

x

= 1,5042 m

Jadi ukuran bak : Panjang (P)

= 5 x (1,5042 m)

= 7,5213 m

Lebar (L)

= 3 x (1,5042 m)

= 4,5128 m

Tinggi (T)

= 2 x (1,5042 m)

= 3,0085 m

Spesifikasi bak air pendingin : 

Bentuk

: Persegi panjang



Panjang (P)

: 7,5213 m



Lebar (L)

: 4,5128 m



Tinggi (T)

: 3,0085 m



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

18. Pompa ke Peralatan (P-227) Fungsi

: Untuk memompa air dari bak air pendingin ke peralatan proses

Type

: Centrifugal pump

Bahan

: Cast Iron

Dasar perhitungan : Rate aliran = 11620,21 kg/jam = 25617,76 lb/jam = 7,1160 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt Rate volumetrik (Qf) =

7,1160 lb/dt 62,428 lb/ft 3

= 0,11398 ft3/dt


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,11398)(0,45) x (62,428)0,13


= 2,5121 in


Standarisasi ID = 2,5 in Sch. 40 Diperoleh

:


-

OD

=

2,875 in

-

ID

=

2,469 in

-

A

=

0,03322 ft2


V=

rate volumetrik (Q f ) 0,11398ft 3 /dt = = 3,4313 ft/dt luas area (A ) 0,03322 ft 2


N Re =


N Re = 81617,83 > 2100


(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,004146 (2,469 /12) ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,007 Menentukan panjang pipa : - Pipa lurus

=

80 ft

- Elbow, 90

=

3 buah

Kf

=


=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

=

1x6=6

o

- Gate valve Kf - Globe valve Kf

 A K c = 0,551 − 2 A1 

  



0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474 


 A K ex = 1 − 1  A2

  

2


 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v ∑ F = 4f D + K x + K c + K f  2


  (3,43130 ) (80) ∑ F = 4 (0,007 ) (2,469/12) + 1 + 0,55 + 2,25 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 148,2742 lbf ft/lbm


(

)

∆v 2 ∆z ⋅ g ∆P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ

Direncanakan : -

∆z

=

12 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

3,4313 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (3,4313)2   (12 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + [148,2742] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 


= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(152,1092) × (0,11398) × (62,428) 550

= 1,9680 Hp




BHP =

WHP η

BHP =

1,9680 Hp = 4,3733 Hp 0,45


BHP = η

=



Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 6 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

19. Cooling Tower (P-240) Fungsi : Untuk mendinginkan air yang akan digunakan sebagai air pendingin. Dasar perhitungan : Rate aliran = 11620,21 kg/jam = 25617,76 lb/jam = 7,1160 lb/detik ρ air pada 30oC = 995,68 kg / m3 Rate volumetrik =

11620,21 kg/jam = 11,6706 m3 / jam = 51,1678 gpm 995,68 kg/m 3

Suhu wet bulb udara

= 25 oC =

77 F

Suhu air masuk menara

= 45 oC =

113 F

Suhu air pendingin

= 30 oC =

86 F

Digunakan counter flow encluced draft tower, dari Perry’s fig 12-14 hal. 12-17 maka didapatkan konsentrasi air = 2,5 gpm / ft2 Sehingga luas yang dibutuhkan : A=

51,1678 gpm 2,5 gpm/ft 2

= 20,4671 ft2

Menghitung diameter Luas 20,4671 ft2

= (π/4) . d2 = (π/4) . d2


d

= 5,1061 ft = 1,5562 m

Menghitung volume Direncanakan tinggi tower (L) = 3 d L = 3 x 1,5562 m = 4,6688 m Volume = (π/4) . d2 . L = (π/4) x ( 1,5562 m)2 x (4,6688 m) = 8,8767 m3 = 313,473 ft3 Dari Perry’s edisi 7, gambar 12-15 hal. 12-17, didapatkan : Standard power performance adalah 100 %, maka : Hp fan/luas tower area (ft2)

= 0,041 Hp/ft2

Hp fan = 0,041 Hp/ft2 x luas tower (ft2) = (0,041 Hp/ft2) x (20,4671 ft2) = 0,8391 Hp ≈ 1 Hp Spesifikasi cooling tower : 

Diameter (D) : 1,5562 m



Tinggi (L)

: 4,6688 m



Type

: Induced Draft



Daya fan

: 1 Hp



Jumlah

: 1 buah

20. Pompa ke Bak Klorinasi (P-228) Fungsi

: Untuk memompa air dari bak air bersih ke bak klorinasi

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Cast Iron Dasar perhitungan : Rate aliran = 654,5000 kg/jam = 1442,9107 lb/jam = 0,4008 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt Rate volumetrik (Qf) =

0,4008 lb/dt = 0,0064 ft3/dt 3 62,428 lb/ft

Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh :


IDopt = IDopt =

3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13 (0,45)

3,9 (0,0064)


x (62,428)0,13

= 0,6884 in = 0,0574 ft Standarisasi ID = ¾ in Sch. 40 Diperoleh

:


-

OD

=

1,05 in

-

ID

=

0,824 in

-

A

=

0,00371 ft2


rate volumetrik (Q f ) 0,0064 ft 3 /dt V= = = 1,7305 ft/dt luas area (A ) 0,00371 ft 2


N Re

D ⋅ V ⋅ ρ (0,824 /12 ) ft × (1,7305)ft/dt × (62,428)lb/ft 3 = = μ 0,000538 lb/ft ⋅ dt

N Re = 13737,7386 > 2100


(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,0124 (0,824/12) ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,014

Menentukan panjang pipa : - Pipa lurus

=

20 ft

- Elbow, 90o

=

3 buah

=


=

1 buah (half open)

=

1 x 4,5 = 4,5

=

1 buah (wide open)

=

1x6=6

Kf - Gate valve Kf - Globe valve Kf

(Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93) (Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93)


 A K c = 0,551 − 2 A1 

  


0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2


 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v ∑ F = 4f D + K x + K c + K f  2


  (1,7305) (20) ∑ F = 4 (0,014) (0,824/12) + 1 + 0,55 + 2,25 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 45,8364 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

5 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

1,7305 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (1,7305)2   (5) × (9,8)   0  -WS =  +  + [45,8364] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 


=

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550


=

(47,4046) × (0,0064) × (62,428) 550

= 0,0345 Hp



BHP =

WHP η

BHP =

0,0345 Hp = 0,0768 Hp 0,45


BHP = η


0,0768 Hp = 0,0960 Hp ≈ 1 Hp 0,80


Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 1Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

21. Bak Klorinasi (F-230) Fungsi

: Untuk menampung air yang akan dinetralkan dengan reaksi klorinasi.

Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : Rate aliran = 654,5000 kg/jam = 1442,9107 lb/jam = 0,4008 lb/detik ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik =

654,5 kg/jam = 0,6573 m3 / jam 3 995,68 kg/m

Waktu tinggal

= 12 jam

Volume air




Volume bak =

7,8876 m 3 = 9,8595 m3 0,8


=

5 : 3 : 2

= (5 x) x (3 x) x (2 x) = 30 x3

Volume bak Sehingga :

=

30 x3

9,8595 m3

=

30 x3

x

=

0,69 m

Volume bak

Jadi ukuran bak klorinasi : Panjang

= 5 x (0,69 m)

= 3,45 m

Lebar

= 3 x (0,69 m)

= 2,07 m

Tinggi

= 2 x (0,69 m)

= 1,38 m

Spesifikasi bak klorinasi : 

Bentuk

: persegi panjang



Panjang (P)

: 3,45 m = 135,8265 in



Lebar (L)

: 2,07 m = 81,4959 in



Tinggi (T)

: 1,38 m = 54,3306 in



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

22. Pompa ke Bak Air Sanitasi (P-229) Fungsi

: Untuk memompa air dari bak klorinasi ke bak air sanitasi

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Cast Iron




0,4008 lb/dt = 0,0064 ft3/dt 3 62,428 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,0064)(0,45) x (62,428)0,13


= 0,6884 in = 0,0574 ft Standarisasi ID = ¾ in Sch. 40 Diperoleh

:


-

OD

=

1,05 in

-

ID

=

0,824 in

-

A

=

0,00371 ft2


V=



N Re =


N Re = 13737,7386 > 2100


(

)


=

25 ft

- Elbow, 90

=

2 buah

Kf

=


=

1 buah (half open)

=


=

1 buah (wide open)

o



=

Kf

 A K c = 0,551 − 2 A1 

1x6=6

  



0   = 0,551 −  = 0,55  0,3474   A K ex = 1 − 1  A2

  

2


 0,3474  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2


  (1,7305)2 ( 25) ∑ F = 4 (0,014) (0,824/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 6 2   ∑ F = 50,8192 lbf ft/lbm


(

)


∆z

=

10 ft

-

∆P

=

0

-

∆v

=

1,7305 ft/dt

-

α

=

1

Maka :  (1,7305)2   (10 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + [50,8192] +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 



WHP

= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(53,9092) × (0,0064) × (62,428) 550

= 0,0393 Hp

Kapasitas = 2,8589 gallon/menit η (effisiensi) pompa = 45% (Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hal 520) BHP =

WHP η

BHP =

0,0393 Hp = 0,0873 Hp 0,45


BHP = η


0,0873 Hp = 0,1091 Hp ≈ 1 Hp 0,80


Type : Centrifugal pump



Daya pompa : 1Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

23. Bak Air Sanitasi (F-231) Fungsi

: Sebagai tempat penampungan air sanitasi

Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : Rate aliran = 654,5000 kg/jam = 1442,9107 lb/jam = 0,4008 lb/detik ρ air pada 30oC

= 995,68 kg / m3

Rate volumetrik =

654,5 kg/jam = 0,6573 m3 / jam 995,68 kg/m 3

Waktu tinggal

= 12 jam

Volume air




Volume bak =

7,8876 m 3 = 9,8595 m3 0,8


=

5 : 3 : 2

= (5 x) x (3 x) x (2 x) = 30 m3

Volume bak Sehingga :

=

30 x3

9,8595 m3

=

30 x3

x

=

0,69 m

Volume bak

Jadi ukuran bak air sanitasi : Panjang

= 5 x (0,69 m)

= 3,45 m

Lebar

= 3 x (0,69 m)

= 2,07 m

Tinggi

= 2 x (0,69 m)

= 1,38 m

Spesifikasi bak air sanitasi : 

Bentuk

: persegi panjang



Panjang (P)

: 3,45 m



Lebar (L)

: 2,07 m



Tinggi (T)

: 1,38 m



Bahan

: Beton Bertulang



Jumlah

: 1 buah

24. Pompa Air Proses (P-241) Fungsi

: Untuk memompa air bersih ke peralatan

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Cast Iron Dasar Perhitungan : Rate aliran = 9573,41 kg/jam = 21105,4 lb/jam = 5,8626 lb/detik Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3 Viskositas (μ) air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,00054 lb/ft.dt



5,8626 lb/dt = 0,09391 ft3/dt 3 62,428 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,09391)(0,45) x (62,428)0,13


= 2,3024 in = 0,1918 ft Standarisasi ID = 2,5 in Sch. 40 Diperoleh :

(Geankoplis App. 5 hlm 892)

-

OD

=

2,875 in

-

ID

=

2,469 in

-

A

=

0,03322 ft2


V=



N Re =


N Re = 6524,889 > 2100


(

)

2,6 ⋅10 −4 m x 3,2808 ft/m ε = = 0,004272 (2,469/12)ft D Dari Geankoplis 6th, gb. 2.10.3 hlm 88, didapat f (Fanning friction factor) f = 0,018 Menentukan panjang pipa : - Pipa lurus

=

80 ft

- Elbow, 90o

=

2 buah

=


=

1 buah (half open)

=

1 x 4,5 = 4,5

=

1 buah (wide open)

Kf - Gate valve Kf - Globe valve



=

Kf KC


1x6=6

  

 A = 0,551 − 2 A1 


0   = 0,551 −  = 0,55  0,006  Kex

 A = 1 − 1 A2 

  

2


 0,006  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2


  (2,8269 ) (80) ∑ F = 4 (0,018) (2,469/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 1190,726 lbf ft/lbm


(

)


∆z

= 10 ft

-

∆P

=0

-

∆v

= 2,8269 ft/dt

-

α

=1

Maka :  (2,2869 )2   (10 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + 1190,726 +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 



WHP

= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(1193,893) × (0,09391) × (62,428) 550

η (effisiensi) pompa = 45 %

= 12,7260 Hp


BHP =

WHP

BHP =

12,7260 Hp = 28,2801 Hp 0,45

η


=


BHP 28,2801 Hp = = 35,35 Hp ≈ 35 Hp η 0,8


Tipe

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 35 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

LD.3. Unit Penyediaan Listrik Kebutuhan tenaga listrik pada Pra Rencana Pabrik Kuprisulfatpentahidrat ini direncanakan dan disediakan oleh PLN dan generator set. Tenaga listrik yang disediakan digunakan untuk menggerakkan motor, penerangan, instrumentasi dan lainnya.

Kebutuhan listrik terbagi menjadi : a. Peralatan proses produksi b. Penerangan pabrik c. Listrik untuk penerangan LD.3.1. Peralatan proses produksi Pemakaian listrik untuk peralatan proses produksi dapat dilihat dalam tabel berikut : Tabel LD.5 Kebutuhan listrik pada proses produksi


No

Kode

Nama Alat

Daya(Hp)

1 R-110

Reaktor

296

2 J-112

Belt conveyor

2

3 P-115

Pompa storage H2SO4

3

4 M-116

Tangki Pengencer H2SO4

1

5 P-117

Pompa

6

6 P-127A

Pompa

23

7 H-121

Rotary Vacuum filter

8 P-127-B

Pompa

21

9 P-127-C

Pompa

7

1

10 H-126

Centrifuge

26,4

11 J-131

Belt conveyor

2

12 B-130

Rotary Dryer

18

13 G-133

Blower

2

Total

408,4

LD 3.2. Daerah pengolahan air (Unit Utilitas) Pemakaian listrik untuk daerah pengolahan air (water treatment) dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel LD.6. Pemakaian listrik pada daerah pengolahan air No Kode

Nama Alat

Daya(Hp)

1

P-211

Pompa Air Sungai

15

2

P-213

Pompa Sedimentasi

10

3

P-215

Pompa Skimer

10

4

F-216

Clarifier

2

5

P-219

Pompa Air Bersih

6

6

P-222

Pompa Ke Deaerator

2

7

P-224

Pompa Ke Boiler

3

8

P-225

Pompa Ke Bak Air Pendingin

4

9

P-227

Pompa Ke Peralatan

6

10

Q-220

Boiler

2


11

F-240

Cooling Tower

1

12

P-228

Pompa Ke Bak Klorinasi

1

13

P-229

Pompa Ke Bak Air Sanitasi

1

14

P-241

Pompa Air Proses

35

Total

98

Pemakaian listrik untuk daerah pengolahan Refrigerant dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel LD.7. Pemakaian listrik pada daerah pengolahan Refrigerant No

Kode

Nama Alat

Daya(Hp)

1 P-252

Pompa ke penampungan sementara

1

2 P-254

Pompa ke referigerator

1

3 P-255

Pompa Ke peralatan

2

Total

4

Jadi kebutuhan listrik untuk proses, unit utilitas dan refrigerant adalah: =

( 408,4 + 98 + 4 ) Hp = 510,4 Hp

=

510,4 Hp x 0,7457 kW/Hp = 380,6 kW

LD.3.3. Listrik untuk penerangan Pemakaian listrik untuk penerangan dapat diperoleh dengan mengetahui luas bangunan dan areal lahan yang dipergunakan, dengan menggunakan rumus : L

=

A⋅F U⋅D

Dimana : -

L

=

lumen outlet

-

A

=

luas daerah

-

F

=

foot candle

-

U

=

koefisien utilitas = 0,8

-

D

=

efisiensi penerangan rata-rata = 0,75


Tabel LD.8. Pemakaian listrik untuk penerangan Luas No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Bangunan Pos keamanan Taman Tempat Parkir Kantor Umum Kantor bagian Proses Musholla Poliklinik Kantin Toilet Sarana Olahraga Unit PMK Bengkel Gudang Ruang control Laboratorium Daerah proses Daerah Utilitas Unit pengolahan air Unit Pengolahan limbah Area Penyimpanan bahan Daerah perluasan pabrik Jalan Area penyimpanan produk Jumlah

Candle

m2

ft2

(ft)

Lumen

12 200 400 450 200 50 40 64 30 200 24 150 150 80 120 2100 300 700 300 450 1000 2674 200 9894

129,167 2152,782 4305,564 4843,76 2152,782 538,1955 430,5564 688,8903 322,9173 2152,782 258,334 1614,587 1614,587 861,1128 1291,669 22604,21 3229,173 7534,737 3229,173 4843,76 10763,91 28782,7 2152,782 106498,1313

10 5 5 10 5 5 5 5 5 10 10 10 10 10 10 20 10 10 10 5 5 5 10 190

2152,783 17939,85 35879,7 80729,33 17939,85 4484,963 3587,97 5740,753 2690,978 35879,7 4305,567 26909,78 26909,78 14351,88 21527,82 753473,7 53819,55 125579 53819,55 40364,67 89699,31 239855,8 35879,7 1693521,934

Lumen Kebutuhan Listrik untuk penerangan = 0,8 × 0,75

12.000

1693521,934 = 0,8 × 0,75

12.000

= 235,2114 Kw

LD.3.4. Kebutuhan listrik untuk lain-lain Kebutuhan listrik untuk keperluan seperti peralatan kantor, lemari Es, Ac dan lain-lain, ditetapkan 10 kW


LD.3.5. Total kebutuhan listrik Kebutuhan listrik = 380,6053 + 235,2114 + 10 = 625,8166 kW Ditetapkan faktor keamanan : 10% Kebutuhan listrik total = 625,8166+ (10% x 625,8166) = 688,3983 kW Direncanakan pemenuhan kebutuhan listrik berasal dari PLN 100% dan unit generator digunakan sebagai emergensi jika suplai listrik dari PLN mati. Kapsitas generator = 688,3983 kW Effisiensi : 80% Kapsitas total generator =

688,3983 = 860,4979 kW 0,8

Spesifikasi Generator : 

Type



Kapasitas : 860,4979 kW, 380/220 Volt



Frekwensi : 50/60 Hz



Jumlah

: AC generator 3 phase

: 2 buah (1 cadangan)

LD.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar Unit bahan bakar bertugas menyediakan bahan bakar untuk kebutuhan bahan bakar untuk keperluan utilitas. Kebutuhan bahan bakar untuk boiler = 155,3719 lb / jam Tangki Bahan Bakar Fungsi : Untuk menyimpan bahan bakar yang akan digunakan. Type : Fixed roof Bahan : High Alloy Steel SA 240 Grade A Kondisi

: P T

= 14,7 psia = 30oC

Dasar Perhitungan Waktu penyimpanan

= 15 hari

Massa bahan bakar

= 15 hari x 3728,926 lb / hari = 55933,9 lb


Volume bahan bakar

=

55933,9 lb = 1016,98 ft3 3 55 lb/ft

Volume bahan bakar dianggap menempati 80% volume tangki Volume tangki =

1016,98 ft 3 = 1271,225 ft3 0,8

Mencari diameter tangki: Ls = 1,5 di Volume tangki

1271,225 ft

3

π . di 3 π + di 2 Ls = 24 . tg 1 / 2 α 4 π . di 3 π + di 2 (1,5 di) = o 4 24 . tg 30

1271,225 ft3

= 0,2266di3 + 1,1775di3

1271,225 ft3

= 1,4041di3

di

= 9,6740ft = 116,0885 in

Menentukan tekanan design (Pi) : Volume bahan dalam shell

= volume bahan – volume conis = 1016,98 -

π(9,6740) 2 24.tg 30 o

= 1015,068 ft3 Tinggi bahan bakar dalam shell =

Volume bahan dalam shell 1/4π ⋅ d 2 =

Tekanan hidrostatik (Ph) =

1015,068 = 13,8168 ft 1 / 4.π .(9,6740) 2

ρ (H −1) 55 lb/ft 3 (13,8168 −1) = 144 144

= 4,8953 psi Tekanan design (Pi) = 4,8953 + 14,7 = 19,5953 psia = 19,5953 – 14,7 = 19,5953 psig

Menentukan tebal silinder (ts): Bahan

: Carbon steel SA 240 Grade M Type 316


f allowble

: 18750 psi


Faktor korosi (C) : 1/16 in Type pengelasan : double welded butt joint(E = 0,8) Tekanan design (Pi) = 11,1178 psig ts =

pi . di +C 2(f.E − 0,6. pi)

ts =

(4,8953) (116,0885 ) 1 + 2((18750)(0,8 ) − ( 0,6).(4,8953 )) 16

ts =

0,4416 3 ≈ in 16 16

Standarisasi do : do = di + 2.ts do = 116,0885 + 2(3/16) do = 116,4635 in

Dari tabel 5-7 Brownell and Young, hal : 90 didapat harga : do = 120 Menentukan harga di baru : di

= do - 2.ts

di

= 120 – 2 (3/16)

di

= 119,625 in = 5,9687 ft

Cek hubungan Ls dengan di Volume tangki = 1271,225 ft3=

π.di 3 π + di 2 Ls o 24.tg 30 4

π.(9,6740 ) 3 π + (9,6740 ) 2 Ls 4 24.tg 30 o

1271,225 ft3= 18,4927+ 73,4659 Ls Ls

= 17,0158 ft

Ls 17,0518 = = 1,7626 > 1,5 di 9,6740

(memenuhi)

Menentukan tebal tutup atas berbentuk conis


thb =

pi . di +C 2(f .E − 0,6.pi) cos 30 o

thb =

(4,8953)(116,0885 ) 1 + o 2((18750)(0,8) − (0,6)(4,8953) ) cos 30 16

thb =

3 0,4912 ≈ in 16 16

Menentukan tinggi storage : Tinggi shell = Ls = 17,0518ft = 204,6226 in Tinggi tutup atas berbentuk conis : tg 1/2α h = h

=

1/2.di h

1/2(9,6740) 1 / 2.d = tg 1/2α tg 30 o

= 0,7551 ft = 9,0618 in

Tinggi tangki = tinggi shell + tinggi tutup atas = 204,6226 + 9,0618 = 213,6845 in

LD.5. Unit Penyediaan Refrigerant Refrigerant yang dipakai pada Pra rencana pabrik Kuprisulfatpentahidrat ini adalah brine, dengan perincian kebutuhan: Tabel D.5.1. Total Kebutuhan Refrigerant Nama Alat

Kebutuhan (kg/jam)

Reaktor (R-110)

3506,6536

Kristalizer (X-125)

1295,03

Total

4801,684

Refrigerant yang dibutuhkan 4801,684 kg/jam, make up refrigerant 5%. Maka kebutuhan refrigerant sebesar = 1,05 x 4801,684 = 5041,768 kg/jam. Peralatan yang dipakai dalam pengolahan refrigerant adalah:

1. Refrigerator (F-250)


Fungsi : Mendinginkan kembali refrigerant Brine Total Brine masuk : 3850,1943 kg/jam Dari Perry 7ed halaman 11.98 – 11.102 didapatkan bahwa untuk mendinginkan Brine dipakai Refrigerator jenis Joule Thompson-Cycle. Mechanical expander : 4 Mpa Type valve : Needle valve

2. Storage Brine (F-251) Fungsi

: Menyimpan Refrigerant Brine

Type

: Fixed roof

Bahan

: Stainless Steel SA-240 Grade M Type 316

Dasar perhitungan : Rate aliran = 5041,768 kg/jam = 11115,01 lb/jam = 266760,2 lb/hari ρ

= 0,947 g/cm3 = 59,1193 lb/ft3

Waktu penyimpanan = 1 hari Massa Brine

= 1 hari x 266760,2 lb / hari = 266760,2 lb

Volume Brine

=

266760,2 lb = 4512,235 ft3 59,1193 lb/ft 3

Volume Brine dianggap menempati 80% volume tangki Volume tangki

=

4512,235 ft 3 = 5640,294 ft3 0,8

Mencari diameter tangki: Ls = 1,5 di Volume tangki =

5640,294 ft

3

π . di 3 π + di 2 Ls 24 . tg 1 / 2 α 4

π . di 3 π + di 2 (1,5 di) = o 4 24 . tg 30

5640,294 ft3 = 0,2266di3 + 1,1775di3 5640,294 ft3 di

= 1,4041di3 = 15,8964 ft = 191 in


Menentukan tekanan design (Pi) : Volume Brine dalam shell = volume brine – volume conis

π(15,8964) 2 = 4512,235 24.tg 30 o = 4517,397 ft3 Tinggi Brine dalam shell

= =

Tekanan hidrostatik (Ph) =

Volume brine dalam shell 1/4π ⋅ d 2

4517,397 = 22,7727 ft 1 / 4.π .(15,8964) 2

ρ (H −1) 59,1212 lb/ft 3 (22,7727 −1) = 144 144

= 8,9388 psi Tekanan design (Pi)

= 8,9388 + 14,7 = 23,6388 psia = 23,6388 – 14,7 = 8,9388 psig

Menentukan tebal silinder (ts): Bahan


f allowble

: 18750 psi


Faktor korosi (C) : 1/16 in Type pengelasan : double welded butt joint(E = 0,8) Tekanan design (Pi) = 8,9388psig ts =

pi . di +C 2(f.E − 0,6. pi)

ts =

(8,9388) (190,7579 ) 1 + 2((18750)(0,8 ) − ( 0,6).(8,9388 )) 16

ts = 0,0466 x

16 16

ts = 0,11935 in ≈

3 in 16

Standarisasi do : do = di + 2.ts do = 191 + 2(3/16) do = 191,375 in Dari tabel 5-7 Brownell and Young, hal : 90 didapat harga :


do = 192 icr = 11,5 r

= 170


= do - 2.ts

di

= 192 – 2 (3/16)

di

= 191,625 in = 15,9687 ft

Cek hubungan Ls dengan di

π.di 3 π + di 2 Ls Volume tangki = o 24.tg 30 4 π.(15,9687 ) 3 π + (15,9687 ) 2 Ls 5640,294 ft = o 4 24.tg 30 3

5640,294 ft3= -83,1744 + 200,1758 Ls Ls

= 28,5922 ft

Ls 28,5922 = = 1,7905 > 1,5 di 15,9687

(memenuhi)

Menentukan tebal tutup atas berbentuk conis thb =

pi . di +C 2(f .E − 0,6.pi) cos 30 o

thb =

(8,9388)(167,625 ) 1 + o 2((18750)(0,8) − (0,6)(8,9388) ) cos 30 16

thb = 0,11962≈

3 in 16

Menentukan tinggi storage : Tinggi shell = Ls = 28,83874 ft = 343,1066 in Tinggi tutup atas berbentuk conis : tg 1/2α h = h

=

1/2.di h

1/2(15,8964) 1 / 2.d = tg 1/2α tg 30 o

= 1,2465 ft = 14,9582 in


Tinggi storage = tinggi shell + tinggi tutup atas = 28,8387 + 1,2465 = 29,8387 ft = 358,0648 in

Spesifikasi storage : 

Type

: Fixed roof



Tinggi (H)

: 358,0648 in



Bahan konstruksi




Jumlah

: 1 buah

3. Pompa Ke Tangki Penampung Sementara (P-252) Fungsi

: Untuk memompa Brine ke penampung sementara

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi

: Cast Iron

Dasar Perhitungan : Rate aliran = 5041,768 kg/jam = 11115,01 lb/jam = 3,0875 lb/detik Densitas Brine = 0,947 g/cm3 = 59,1193 lb/ft3 Viskositas (μ) Brine = 6,2 cp = 6,2 x 10-3 kg/m.s = 0,0042 lb/ft.dt Rate volumetrik (Qf) =

3,0875 lb/dt = 0,052225 ft3/dt 3 59,1193 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,05222)(0,45) x (59,1193)0,13


= 1,7556 in = 0,1463 ft Standarisasi ID = 2 in Sch. 40 Diperoleh : -


OD

=

2,375 in

-

ID

=

2,067 in

-

A

=

0,0233 ft2


V=

rate volumetrik (Q f ) 0,05222 ft 3 /dt = luas area (A ) 0,0233 ft 2

= 2,2414 ft/dt



N Re =


N Re = 5434,521 > 2100


(

)


=

20 ft

- Elbow, 90o

=

2 buah

=


=

1 buah (half open)

=

1 x 4,5 = 4,5

=

1 buah (wide open)

=

1x6=6

Kf - Gate valve Kf - Globe valve Kf KC

 A = 0,551 − 2 A1 

  

(Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93) (Geankoplis 6th tabel 2.10.1, hal 93) (Geankoplis 6th pers. 2.10.16 hal 93)

0   = 0,551 −  = 0,55  0,006  Kex

 A = 1 − 1 A2 

  

2


 0,006  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2



  (2,2414 ) (20) ∑ F = 4 (0,01) (2,067/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 6 2  

2

∑ F = 45,7037 lbf ft/lbm

Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli (pers. 2.7.28, Geankoplis 6th hlm 64) : P − P1 1 2 + ∑ F + WS = 0 v 2 av − v12av + g (z 2 − z 1 ) + 2 ρ 2α

(

)


∆z

= 10 ft

-

∆P

=0

-

∆v

= 2,2414 ft/dt

-

α

=1

Maka :  (2,2414 )2   (10 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + 45,7037 +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 


= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(48,8252) × (0,05222) × (59,1193) 550

= 0,274 Hp

Kapasitas = 22,2 gallon/menit η (effisiensi) pompa = 45 %


BHP =

WHP η

BHP =

0,274 Hp = 0,609 Hp 0,45


=


BHP 0,609 Hp = = 0,7613Hp ≈ 1 Hp η 0,8



Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 1 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

4. Tangki Penampung Sementara (F-253) Fungsi

: Menampung Brine selama 1 hari

Type

: Silinder tegak dengan tutup bawah conis dan tutup atas datar.

Bahan


Dasar perhitungan : Rate aliran = 5041,768 kg/jam = 11115,01 lb/jam = 3,0875 lb/detik Densitas Brine = 0,947 g/cm3 = 59,1193 lb/ft3 Viskositas (μ) Brine = 0,00305 lb/ft.dt 11115,01 lb/jam = 188,0098 ft3 / jam 3 59,1193 lb/ft

Rate volumetrik

=

Waktu tinggal

= 24 jam

Volume Brine

= Rate volumetrik x waktu tinggal = (188,0098 ft3 / jam) x (24 jam) = 4512,235 m3

Direncanakan volume liquid Volume tangki

= 80 % volume tangki, sehingga :

4512,235 ft 3 = 5640,294 ft3 = 159,6203 m3 = 0,8

Tangki berbentuk silinder dengan tutup bawah berbentuk conical : Volume tangki

=

π × D3 π + D 2 × Ls 24 × tan 1 / 2α 4

diasumsikan L =1,5 D Tutup membentuk sudut (α) = 60° Direncanakan tangki penampung berjumlah 1 buah, sehingga : 159,6203 m3 =

π × D3 π + D 2 ×1,5D 24 × tan 1 / 2α 4

159,6203 m3 = 0,2267 D3 + 1,1775 D3


D

= 4,84417 m

Menentukan tinggi tangki penampung sementara : Tinggi shell = Ls = 1,5 x D = 1,5 x 4,8441 m = 7,2662 m Tinggi tutup bawah berbentuk conis : tg 1/2α = h=

1 / 2.Di h

1/2(4,8441) 1 / 2.D = tg 1/2α tg 30 o

= 0,3781 m Tinggi tangki

= tinggi shell + tinggi tutup bawah = 7,2662 m + 0,3781 m = 7,6443 m

Spesifikasi tangki penampung sementara : 

Type

: Silinder tegak dengan tutup bawah conis dan tutup atas datar



Diameter (D)

: 4,8441 m



Tinggi (H)

: 7,6443 m



Bahan konstruksi




Jumlah

: 1 buah

5. Pompa Ke Refrigerator (P-254) Fungsi

: Untuk memompa Brine ke Refrigerator

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi

: Cast Iron

Dasar Perhitungan : Rate aliran = 5041,768 kg/jam = 11115,01 lb/jam = 3,0875 lb/detik Densitas Brine = 0,947 g/cm3 = 59,1193 lb/ft3 Viskositas (μ) Brine = 0,00305 lb/ft.dt Rate volumetrik (Qf) =

3,0875 lb/dt = 0,05222 ft3/dt 3 59,1193 lb/ft

Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh :


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

(0,45)

IDopt =

3,9 (0,05222)


x (59,1193)0,13

= 1,7556 in = 0,1463 ft Standarisasi ID = 2 in Sch. 40 Diperoleh : -


OD

=

2,375 in

-

ID

=

2,067 in

-

A

=

0,0233 ft2


V=

rate volumetrik (Q f ) 0,05222 ft 3 /dt = luas area (A ) 0,0233 ft 2

= 2,2414 ft/dt


N Re

D ⋅ V ⋅ ρ (2,067 /12 ) ft × (2,2414)ft/dt × (59,1193)lb/ft 3 = = μ 0,00305 lb/ft ⋅ dt

N Re = 7483,603 > 2100


(

)


=

20 ft

- Elbow, 90o

=

2 buah

=


=

1 buah (half open)

=

1 x 4,5 = 4,5

=

1 buah (wide open)

=

1x6=6


 A = 0,551 − 2 A1 

  



0   = 0,551 −  = 0,55  0,006  Kex

 A = 1 − 1 A2 

  

2


 0,006  = 1 −  =1 0   2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2


 (20) ∑ F = 4 (0,0095) (2,067/12) + 1 + 0,55 + 1,5 + 4,5 + 

 (2,2414 ) 6 2 

2

∑ F = 29,4053 lbf ft/lbm


(

)


∆z

= 10 ft

-

∆P

=0

-

∆v

= 2,2414 ft/dt

-

α

=1

Maka :  (2,2414 )2   (10 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + 29,4053 +  (2 ) × (1) × (32,2 )   32,2   62,428 


= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(32,5268) × (0,05222) × (59,1193) 550

= 0,18259 Hp

Kapasitas = 22,2 gallon/menit


η (effisiensi) pompa = 45 %


BHP =

WHP η

BHP =

0,18259 Hp = 0,4057 Hp 0,45


=


BHP 0,4057 Hp = = 0,5072 Hp ≈ 1 Hp η 0,8


Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 1 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

6. Pompa Ke Peralatan (P-255) Fungsi

: Untuk memompa Brine ke Peralatan

Type

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi

: Cast Iron

Dasar Perhitungan : Rate aliran = 5041,768 kg/jam = 11115,01 lb/jam = 3,0875 lb/detik Densitas Brine = 0,947 g/cm3 = 59,1193 lb/ft3 Viskositas (μ) Brine = 0,0019 lb/ft.dt Rate volumetrik (Qf) =

3,0875 lb/dt = 0,05222 ft3/dt 3 59,1193 lb/ft


3,9 (Qf)(0,45) x (ρ)0,13

IDopt =

3,9 (0,05222)(0,45) x (59,1193)0,13


= 1,7556 in Standarisasi ID = 2 in Sch. 40 Diperoleh : -


OD

=

2,375 in

-

ID

=

2,067 in

-

A

=

0,0233 ft2



V=



N Re =


N Re = 12013,15 > 2100


(

)


=

80 ft

- Elbow, 90o

=

2 buah

=


=

1 buah (half open)

=

1 x 4,5 = 4,5

=

1 buah (wide open)

=

1x6=6


 A = 0,551 − 2 A1 

  


0   = 0,551 −  = 0,55  0,006  Kex

 A = 1 − 1 A2 

  

2


 0,006  = 1 −  =1 0  


2  ∆L v F = 4 f + K + K + K ∑  D x c f   2


 (80) ∑ F = 4 (0,009) (2,067/12) + 1 + 0,55 +1,5 + 4,5 + 

 (2,2414 ) 6 2 

2

∑ F = 76,0369 lbf ft/lbm


(

)


∆z

= 10 ft

-

∆P

=0

-

∆v

= 2,2414 ft/dt

-

α

=1

Maka :  (2,2414)2   (10 ) × (9,8)   0  -WS =  +  + 76,0369 +  (2) × (1) × (32,2)   32,2   62,428 


= =

WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550

(79,1584) × (0,05222) × (59,1193) 550

= 0,4443 Hp

Kapasitas = 22,2 gallon/menit η (effisiensi) pompa = 45 %


BHP =

WHP η

BHP =

0,4443 Hp = 0,9874 Hp 0,45

η (effisiensi) motor = 80 %



Daya motor

=

BHP 0,9874 Hp = = 1,2343 Hp ≈ 2 Hp η 0,8


Type

: Centrifugal pump



Daya pompa

: 2 Hp



Bahan konstruksi

: Cast iron



Jumlah

: 1 buah

LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI


Dalam pra rancangan pabrik kuprisulfat pentahidrat ini digunakan asumsi sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 30.000 ton/ tahun 3. Perhitungan didasarkan pada harga perlatan tiba di pabrik atau purchased equipment delivered (Timmerhaus et al, 2004). 4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US $ 1 = Rp. 9500,- (suara merdeka, 20 Oktober 2012)

1.

Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)

1.1

Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)

1.1.1 Biaya Tanah Lokasi Pabrik Menurut keterangan masyarakat setempat, biaya tanah pada lokasi pabrik berkisar Rp 250.000/m2. Luas tanah seluruhnya

= 11.966 m2

Harga tanah seluruhnya

= 11.966 m2× Rp 250.000/m2 = Rp 2.991.500.000,-

Biaya perataan tanah diperkirakan 5% dari harga tanah seluruhnya (Timmerhaus, 2004). Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 2.991.500.000,- = Rp 149.575.000,Total biaya tanah (A) = Rp 2.991.500.000,- + Rp.149.575.000,- = 3.141.075.000,-

1.1.2

Harga Bangunan

Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No.

Jenis areal

Luas

Harga

(m2)

(Rp/m2)

Jumlah (Rp)

1

Pos Keamanan

12

1.250.000

15.000.000

2

Tempat parkir

200

750.000

150.000.000

3

Taman

150

250.000

75.000.000

Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya (Lanjutan) 4

Timbangan

5

Kantor umum

50

250.000

25.000.000

450

1.250.000

562.500.000


6

Kantor bagian proses

200

1.250.000

250.000.000

7

Musholla

50

1.250.000

62.500.000

8

Poliklinik

40

1.250.000

50.000.000

9

Toilet

30

1.250.000

37.500.000

10

Sarana olah raga

200

1.250.000

250.000.000

11

Kantin

100

500.000

50.000.000

12

Unit PMK

54

500.000

27.000.000

13

Bengkel

150

1.000.000

150.000.000

14

Gudang peralatan

150

1.000.000

150.000.000

15

Ruang Kontrol

80

1.250.000

100.000.000

16

Laboratorium

120

1.250.000

150.000.000

17

Daerah Proses

2100

1.250.000

2.625.000.000

18

Daerah Utilitas

300

1.000.000

300.000.000

19

Unit Pengolahan air

700

1.000.000

700.000.000

20

Unit pengolahan limbah

300

1.000.000

300.000.000

Area Penyimpanan Bahan 21

baku

700

1.250.000

875.000.000

22

Area Penyimpanan Produk

630

1.250.000

787.500.000

23

Daerah perluasan area

2.500

500.000

1.250.000.000

24

Jalan

2.500

500.000

1.250.000.000

Total

11.966

10.192.000.000

\Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp 10.192.000.000

1.1.3

Perincian Harga Peralatan

Harga peralatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: X  I  Cx = Cy  2   x   X 1   I y  m

dimana: Cx

(Timmerhaus, 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.2 Indeks Harga Alat Pada Tahun Sebelum Evaluasi Xi2

No.

Yi

Xi

XiYi

1.

1986

318

101.124,00

631.548,00

2.

1987

324

104.976,00

643.788,00

3.

1988

343

117.649,00

681.884,00

4.

1989

355

126.025,00

706.095,00

5.

1990

357,6

127.877,76

711.624,00

6.

1991

361,3

130.537,69

719.348,30

7.

1992

358,2

128.307,24

713.534,40

8.

1993

359,2

129.024,64

715.885,60

9.

1994

368,1

135.497,61

733.991,40

10.

1995

381,1

145.237,21

760.294,50

11.

1996

381,7

145.694,89

761.873,20

12.

1997

386,5

149.382,25

771.840,50

13.

1998

389,5

151.710,25

778.221,00

14.

1999

390,6

152.568,36

780.809,40

15.

2000

394,1

155.314,81

788.200,00

16.

2001

394,3

155.472,49

788.994,30

Σ

31.896

5.862,2

2.153.399,2

11.687.931,60

(Sumber: Tabel 6-2, Peters et.al., 2004)

a=

[(Σ(ΣYi)(Σ 2 ) − (ΣΣXi)(ΣXi i)] [n(Σn( 2 ) − (ΣΣXi2 ]

(Sudjana, hal 315)


a=

[(31.896)(2.153.399,2) − (5.862,2)(11.687.931,60)]

[16(2.153.399,2) − (5.862,2) ] 2

a = 1885,7455

b= b=

[(n)(Σ(n)( ) − (ΣΣXi)(ΣYi]

(Sudjana, hal 315)

[n(Σn( 2 ) − (ΣΣXi2 ]

[(16)(11.687.931,60) − (31.896)(5.862,2)]

[16(2.153.399,2) − (5.862,2) ] 2

b = 0,2941 Kenaikan harga tiap tahun merupakan fungsi linier, tahun dan indeks harga tahun k merupakan persamaan garis lurus, sehingga: y = a + bx Dimana: a = konstanta b = gradien y = tahun x = indeks harga Indeks harga pada tahun 2007 adalah: 2007 = 1.885,7455 + 0,2941 x x = 412,2903 Indeks harga pada tahun 2002 adalah: 2012 = 1.885,7455 + 0,2941 x x = 429,2913

Harga peralatan Dengan menggunakan rumus-rumus pada metode penafsiran harga didapatkan harga peralatan proses seperti tabel E.2 dan harga peralatan utilitas pada tabel E.3. Contoh perhitungan peralatan: Nama alat

:

Bin Copper Oxides (F-114)

Kapasitas

:

1,2065 ft3

Bahan konstruksi

:

Carbon steel SA 240 Grade M Type 316

Dari http//: www.matche.com/EquipCost/html diperoleh:


Harga alat tahun 2002 : $ 7,850 Sehingga harga pompa tahun 2007 =

indeks tahun 2012 × harga tahun 2007 indeks tahun 2007

=

429,2913 × $65.501,00 412,2903

= $ 68.202,00 Asumsi : 1$ = Rp 10.000

Tabel LE.3 Harga Peralatan Proses No

Nama Alat

Kode

Harga Alat Tahun 2007($)

Harga Alat Tahun 2012($)

1

Reaktor

R-110

3.859.134

4.018.268

2

Gudang copper oxides

F-111

157.234

163.718

3

B. Conveyor

J-112

552.753

575.546

4

Bin Copper Oxides

F-113

65.501

68.202

5

Storage As.sulfat

F-114

574.698

598.396

6

Pompa

P-115

13.528

14.086

7

T. Pengencer

M-116

72.698

75.696

8

Pompa

P-117

13.528

14.086

9

Heater

E-118

26.910

28.020

10 Evaporator

V-120

341.064

355.128

11 RVF

H-121

307.166

319.832

12 Heater

E-122

26.857

27.964

13 Barometrik

L-123

20.964

21.828

14 jet ejector

G-124

20.318

21.156

15 kristalizer

X-125

153.844

160.188

16 Centrifuge

H-126

101.380

105.560

17 RD

B-130

273.060

284.320

18 B.Conveyor

J-131

63.076

65.677

19 Filter udara

H-132

78.851

82.102


20 Blower

G-133

116.243

121.036

21 Heater udara

E-134

52.255

54.410

22 Cyclone

H-136

5.705

5.940

23 Bin Produk

F-137

9.335

9.720

24 Mesin Pengemas

J-138

9.909

10.318

25 Gudang Produk

F-139

167.664

174.578

26

Pompa Rotary

P-127A

15.465

16.102

27

Pompa rotary

P-127B

15.465

16.102

28 Pompa rotary

P-127C

15.465

16.102

7.099.140

7.424.083

Tabel LE.4 Harga Peralatan Utilitas No

Nama Alat

Kode

Harga/Unit ($) 2007

2012

1.

Pompa Air Sungai

P-211

15.906

16561

2.

Bak Sedimentasi

F-212

31.874

33187

3.

Pompa Bak Sedimentasi

L-213

15.906

16561

4.

Bak Skimmer

F-214

31.874

33187

5.

Pompa Skimmer

L-215

15.906

16561

6.

Tangki Clarifier

F-216

102.777

107011

7.

Sand Filter

F-217

159.058

165611

8.

Bak Air Bersih

F-218

15.906

16561

9.

Pompa Air Bersih

L-219

26.075

27149

10.

Kation Exchanger

D-210A

31.290

32579

11.

Anion Exchanger

D-210B

15.645

16290

12.

Bak Air Lunak

F-221

167.699

174608

13.

Pompa ke Deaerator

L-222

167.793

174706

14.

Deaerator

D-223

31.874

33187

15.

Pompa ke Boiler

L-224

15.906

16561

16.

Boiler

Q-220

89.281

92959

17.

Pompa ke Bak Air Pendingin

L-225

15.906

16561


18.

Bak Air Pendingin

F-226

115.460

120217

19.

Pompa ke Peralatan

L-227

15.906

16561

20.

Cooling Tower

P-240

6.467

6733

21.

Pompa ke Bak Klorinasi

L-228

15.906

16561

22.

Bak Klorinasi

F-230

60.650

63149

23.

Pompa ke Bak Air Sanitasi

L-229

15.906

16561

24.

Bak Air Sanitasi

F-231

31.290

32579

25.

Pompa Air Proses

L-241

15.180

15805

26.

Storage Brine

F-251

102.944

32579

27.

Pompa ke Storage Sementara

L-252

15.906

15806

28.

Storage Brine Sementara

F-253

102.944

107185

29.

Pompa ke Refrigerator

L-254

15.906

16561

30.

Refrigerator

P-250

90.115

33187

31.

Pompa ke Peralatan

L-255

15.906

16561

1.498.783

1.560.573

TOTAL : Semua peralatan di impor

Harga peralatan total = Harga peralatan proses + Harga peralatan utilitas = $ 7.424.083 + $ 1.560.573 = $ 8.984.656 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 %

-

Biaya gudang di pelabuhan

= 0,5 %

-

Biaya administrasi pelabuhan

= 0,5 %

-

Transportasi lokal

= 0,5 %

-

Biaya tak terduga

= 0,5 %

Total

= 43 %

(Timmerhaus,2004)


Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased – equipment delivered) adalah (A): = 1,43 × $ 8.984.656 = $ 12.578.518 Biaya pemasangan diperkirakan 10% dari total harga peralatan (Timmerhaus,2004). = 0,1 × $ 12.578.518

Biaya pemasangan (B)

= $ 1.257.851 Total harga peralatan (HPT)

= Harga peralatan + biaya pemasangan (C) = $ 12.578.518 + $ 1.257.851 = $ 13.836.369

1.1.4

Instrumentasi dan Alat Kontrol

Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 13% peralatan

dari

total

harga

(Timmerhaus,2004) = 0,13 × $ 13.836.369

Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D)

= $ 1.798.728

1.1.5

Biaya Perpipaan

Diperkirakan

biaya

perpipaan

50%

dari

total

harga

peralatan

(Timmerhaus,2004) Biaya perpipaan (E) = 0,5 × $ 13.836.369 = $ 6.918.185

1.1.6

Biaya Instalasi Listrik

Diperkirakan biaya instalasi listrik 10% dari HPT Biaya instalasi listrik (F)

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 13.836.369 = $ 1.383.636

1.1.7

Biaya Insulasi

Diperkirakan biaya insulasi 8 % dari HPT

(Timmerhaus, 2004)

Biaya insulasi (G) = 0,08 × $ 13.836.369 = $ 1.106.910


1.1.8

Biaya Inventaris Kantor

Diperkirakan biaya inventaris kantor 1% dari HPT

(Timmerhaus, 2004)

Biaya inventaris kantor (H) = 0,01 × $ 13.836.369 = $ 138.363

1.1.9

Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan

Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 1% dari total harga peralatan (HPT)

(Timmerhaus, 2004)

Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan (I) = 0,01 × Rp 99.677.394.524,= $ 138.364

1.1.10 Biaya Sarana Transportasi Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi

Tipe

Harga per

Harga

unit ($)

Total

No

Jenis Kendaraan

Unit

1

Dewan Komisaris

3

Corolla Altis

42.500

127.500

2

Direktur Utama

1

Corolla Altis

42.500

42.500

3

Manajer

4

New Innova

25.000

100.000

4

Bus Karyawan

3

Hino Mini Bus

41.000

123.000

5

Mobil Box

1

Box Kargo

40.000

40.000

6

Truk

5

Hino Dutro

80.000

400.000

7

Mobil pemasaran

3

New Avanza

16.000

48.000

Mobil Pemadam 8

Kebakaran

1

Fire Truk 4x4

85.000

85.000

9

Sepeda

10

Federal

100

1.000

Harga Total

967.000


Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = $ 26.287.556

1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) 1.2.1

Pra Investasi

Diperkirakan 7% dari total MITL

(Timmerhaus, 2004).

Pra Investasi (A) = 0,07 × $ 26.287.556 Pra Investasi (A) = $ 1.840.129

1.2.2

Biaya Engineering dan Supervisi


(Timmerhaus, 2004).

Biaya Engineering dan Supervisi (B) = 0,08 $ 26.287.556 = $ 2.103.004

1.2.3

Biaya Kontraktor


(Timmerhaus, 2004).

Biaya Kontraktor (C) = 0,02 × $ 26.287.556 Biaya Kontraktor (D) = $ 525.751 1.2.4

Biaya Tak Terduga


(Timmerhaus, 2004).

Biaya Tak Terduga (D) = 0,1 × $ 26.287.556 Biaya Tak Terduga (E) = $ 2.628.755

Total MITTL = A + B + C + D = $ 7.097.640 Total MIT

= MITL + MITTL = $ 26.287.556 + $ 7.097.640 = $ 33.385.196

2

Modal Kerja Modal kerja didasarkan pada perhitungan pengoperasian pabrik selama 3

bulan (90 hari).


2.1

Persediaan Bahan Baku

2.1.1

Bahan Baku Proses

1. CuO Kebutuhan

= 1399,48 kg/jam

Harga

= $ 25/kg

Harga total

= 90 hari x 24 jam/hari x 1399,48 kg/jam x $ 25/kg

(alibaba.com, 08.09.2012)

= $ 75.571.920 2. H2SO4 Kebutuhan

= 1714,363 kg/jam

Harga

= $ 1,5/kg

Harga total

= 90 harix24 jam/hari x 1714,363 kg/jam x $ 1,5/kg


= $ 5.554.536

1.1.2

Bahan Baku Utilitas

1. Resin Kebutuhan

= 1,0592 kg/jam

Harga

= $ 9,5/kg

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 1,0592 kg/jam × $ 9,5 /kg


= $ 21.734 2. Alum Kebutuhan

= 1,5106 kg/jam

Harga

= $ 0,18 /kg

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 1,5106 kg/jam × $ 0,18/kg


= $ 587 3. Brine Kebutuhan

= 5041,768 kg/jam

Harga

= $ 0,075/liter

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 5041,768 kg/jam × $ 0,075/liter


= $ 816.766 4. Solar Kebutuhan

= 3720 liter/hari

Harga solar untuk industri = Rp. 8.000,-/liter

(Pertamina, 2012)


Harga total

= 90 hari × 3.720 ltr/hari × Rp 8.000,-/liter = $ 267.840

Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) adalah $ 82.233.385

2.1

Kas

2.1.1

Gaji Pegawai

Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai Gaji per NO Jabatan

Jumlah

bulan(Rp)

Total(Rp)

1

Direktur

1

35.000.000

35.000.000

2

Dewan komisaris

3

25.000.000

75.000.000

3

Sekretaris

2

4.000.000

8.000.000

Manajer Teknik dan 4

Produksi

1

15.000.000

15.000.000

5

Manajer R&D

1

15.000.000

15.000.000

Manajer umum dan 6

keuangan

1

15.000.000

15.000.000

7

Kepala Bagian Keuangan

1

5.000.000

5.000.000

Kepala Bagian Umum dan 8

personalia

1

5.000.000

5.000.000

9

Kepala Bagian Teknik

1

5.000.000

5.000.000

10

Kepala Bagian Produksi

1

5.000.000

5.000.000

11

Kepala Bagian R&D

1

5.000.000

5.000.000

12

Kepala Bagian QC

1

5.000.000

5.000.000

13

Kepala Seksi Proses

2

5.000.000

10.000.000

14

Kepala seksi utilitas

1

5.000.000

5.000.000

1

5.000.000

5.000.000

Kepala seksi Listrik dan 15

Instrumentasi

Total gaji pegawai selama 1 bulan = Rp 855.000.000/Rp 10.000,- = $ 85.500. Total gaji pegawai selama 3 bulan = $ 256.500


2.1.2

Biaya Administrasi Umum

Diperkirakan 10% dari total gaji pegawai. Biaya Administrasi Umum

= 0,10 × $ 256.500 = $ 25.650

2.2.3

Biaya Pemasaran

Diperkirakan 10% dari total gaji pegawai. Biaya Pemasaran

= 0,10 × $ 256.500 = $ 25.650

2.2.4

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 (Rusjdi, 2004): 

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 0,5% (Pasal 5 UU No.21/97).



Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 10.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).



Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikan 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 Isopropil Asetat Nilai Perolehan Objek Pajak -

Tanah

$

314.108

-

Bangunan

$

1.019.200

Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak

$

4.000 +

(Perda Sumatera Utara) Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak

$

1.337.308

Pajak yang Terutang (0,5% × NPOPKP)

$

6.687


Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No 1 2 3 4

Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan

Jumlah ($) 256.000 25.650 25.650 6.687

Total

314.487

2.3 Biaya Start – Up Diperkirakan 8% dari modal investasi tetap Biaya Administrasi Umum

(Timmerhaus, 2004).

= 0,08 × $ 33.358.196 = $ 2.670.816

2.4 Piutang Dagang

PD =

IP × HPT 12

dimana :

PD

= piutang dagang

dimana :

IP

= jangka waktu kredit yang diberikan (3 bulan)

dimana :

HPT = hasil penjualan tahunan

Penjualan : 1. Harga jual Kupri sulfat pentahidrat Produksi Kuprisulfat pentahidrat

=$16,-/kg (alibaba.com,08.05.2012) = 30.000.000 kg/tahun

Hasil penjualan Kuprisulfat pentahidrat tahunan yaitu : = 30.000.000 x $ 16/ kg = $ 480.000.000 Piutang Dagang =

3 × $ 480.000.000 12

Piutang Dagang = $ 120.000.000


Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No Jenis Biaya 1 Bahan Baku Proses dan Utilitas 2 Biaya Kas 3 Biaya Start – Up 4 Piutang Dagang Total Modal Kerja

Jumlah ($) 82.233.385 314.847 2.670.816 120.000.000 205.218.687

Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = $ 33.385.196 + $ 205.218.687 = $ 238.603.883 Modal ini berasal dari : - Modal sendiri

= 60% dari total modal investasi = 0,6 × $ 238.603.883 = $ 143.162.330

- Pinjaman dari Bank

= 40% dari total modal investasi = 0,4 × $ 238.603.883 = $ 95.441.553

3.

Biaya Produksi Total

3.1

Biaya Tetap (Fixed Cost = FC)

3.1.1

Gaji Tetap Karyawan

Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga Gaji total = (12 + 2) × $ 85.500 = $ 1.197.000

3.1.2

Bunga Pinjaman Bank

Bunga pinjaman bank adalah 12% dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012). = 0,12 × $ 95.441.553 = $ 11.452.986


3.1.3

Depresiasi dan Amortisasi

Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol.

D=

P−L n

dimana : D

= depresiasi per tahun

dimana : P

= harga awal peralatan

dimana : L

= harga akhir peralatan

dimana : n

= umur peralatan (tahun)

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. Biaya amortisasi diperkirakan 20% dari MITTL, sehingga: Amortisasi

= 20% x $ 7.097.640 = $ 1.419.528

Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi Komponen

Umur

Depresiasi (Rp)

1.019.200

20

50.960

13.836.369

10

1.383.637

Instrumentrasi dan alat control

1.798.728

10

149.894

Perpipaan

6.918.185

10

691.818

Instalasi listrik

1.383.637

10

138.364

Insulasi

1.106.910

10

110.691

138.364

10

13.836

138.364

10

13.836

967.000

10

96.700

Bangunan Peralatan proses dan utilitas

Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi

Biaya ($)

Total

2.649.737

Total Biaya Depresiasi dan Amortisasi = $ 1.419.528 + $ 2.649.737 = $ 4.069.265


3.1.4

Biaya Tetap Perawatan

Biaya tetap perawatan terbagi menjadi: 1. Perawatan mesin dan alat-alat proses

(Timmerhaus, 2004)

Diperkirakan 10% dari HPT Biaya perawatan mesin dan alat proses = 0,1 × $ 13.836.369 = $ 1.383.637 2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10% dari harga bangunan Biaya perawatan bangunan

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 1.019.200 = $ 101.920

3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10% dari harga kendaraan Biaya perawatan kendaraan

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 967.000 = $ 96.700

4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10% dari harga instrumentasi dan alat kontrol.

(Timmerhaus,

2004) Biaya perawatan instrumentasi dan alat kontrol = 0,1 × $ 1.798.728 = $ 179.873 5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 % dari harga perpipaan Biaya perawatan perpipaan

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 6.918.185 = $ 691.818

6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10% dari harga instalasi listrik

(Timmerhaus, 2004)

Biaya perawatan instalasi listrik = 0,1 × $ 1.383.637 = $ 138.364 7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10% dari harga insulasi Biaya perawatan insulasi

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 1.106.910


= $ 110.691 8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10% dari harga inventaris kantor Biaya perawatan inventaris kantor

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 138.364 = $ 13.836

9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10% dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus, 2004) Biaya perawatan perlengkapan kebakaran

= 0,1 × $ 138.364 = $ 13.836

Total Biaya Perawatan

3.1.5

= $ 2.730.676

Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost)

Diperkirakan 10% dari modal investasi tetap Biaya tambahan industri

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × $ 33.385.196 = $ 3.338.520

3.1.6

Biaya Administrasi Umum

Diperkirakan 10% dari biaya tambahan Biaya administrasi umum

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 x $ 3.338.520 = $ 333.852

3.1.7

Biaya Pemasaran dan Distribusi

Diperkirakan 20% dari biaya tambahan Biaya pemasaran dan distribusi

(Timmerhaus, 2004)

= 0,2 x $ 3.338.520 = $ 667.704

3.1.8

Biaya Laboratorium, Penelitian dan Pengembangan

Diperkirakan 10% dari biaya tambahan

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 x $ 3.338.520,= $ 333.852


3.1.9

Biaya Asuransi

1. Biaya asuransi pabrik adalah 1% dari modal investasi tetap Biaya asuransi

= 0,01 x $ 33.385.196 = $ 333.852

2. Biaya asuransi karyawan Asuransi karyawan 1,54% dari total gaji karyawan (Biaya untuk asuransi tenaga kerja adalah 2,54% dari gaji karyawan, dimana 1% ditanggung oleh karyawan dan 1,54% ditanggung oleh perusahaan) = 0,0154 x $ 1.197.000 = $ 18.434 Total biaya asuransi = $ 352.286

3.1.10 Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan adalah $ 6.687 Total Biaya Tetap (Fixed Cost) = $ 24.482.827

3.2

Biaya Variabel

3.2.1

Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun

Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah $ 82.233.385 Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun adalah : = $ 82.233.385 ×

3.2.2

330 = $ 301.522.410 90

Biaya Variabel Tambahan

Biaya variabel tambahan terbagi menjadi: 1. Biaya Perawatan Diperkirakan 15% dari biaya tetap perawatan Biaya perawatan = 0,15 x $ 1.383.637 = $ 207.546 2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10% dari biaya tetap pemasaran


Biaya pemasaran dan distribusi

= 0,1 x $ 667.704 = $ 66.770

Total biaya variabel tambahan

3.2.3

= $ 274.316

Biaya Variabel Lainnya

Diperkirakan 20% dari biaya variabel tambahan Biaya variabel lainnya

= 0,2 x $ 274.316 = $ 54.863

Total Biaya Variabel

= $ 301.851.589

Total Biaya Produksi

= Biaya Tetap + Biaya Variabel = $ 24.482.827 + $ 301.851.589 = $ 326.334.416

4

Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan

4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan

= Total penjualan – Total biaya produksi = $ 480.000.000 – $ 326.334.416 = $ 153.665.584

Bonus perusahaan diberikan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan. Bonus perusahaan

= 0,005 × $ 153.665.584 = $ 768.328

Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = $ 152.897.256

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 % × $ 5.000

=$

500,-

-

15 % × ($10.000 - $5.000)

=$

750,-

30 % × ($ 152.897.256 - $ 10.000)

= $ 45.866.177

Total PPh

= $ 45.867.427

4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak

= Laba sebelum pajak – PPh = $ 152.897.256 – $ 45.867.427 = $ 107.029.829

5

Analisa Aspek Ekonomi

5.1 Profit Margin (PM) PM =

PM =

Laba sebelum pajak × 100 % Total penjualan

$ 152.897.256 × 100 % $ 480.000.000

PM = 47,6%

5.2 Break Even Point (BEP) BEP =

Biaya Tetap × 100 % Total Penjualan − Biaya Variabel

$ 24.482.827 x 100% BEP = $ 480.000.000 − $ 301.851.589 BEP = 13,74 % Kapasitas produksi pada titik BEP

= 13,74 % × 30.000 ton/tahun = 4.123 ton/tahun

Nilai penjualan pada titik BEP

= 13,74 % × $ 480.000.000 = $ 65.966.105


5.3 Return on Investment (ROI) ROI =

ROI =

Laba setelah pajak × 100 % Total Modal Investasi

$ 107.029.829 × 100 % $ 238.603.883

ROI = 40,96 %

5.4

Pay Out Time (POT) POT =

1 ×1 tahun 0,4485

POT = 2,3 tahun

5.5

Return on Network (RON) RON =

RON =

Laba setelah pajak × 100 % Modal sendiri

$ 107.029.829 × 100 % $ 143.162.330

RON = 76,76 %

5.6

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.


Tabel LE.10 Data Perhitungan BEP Total Biaya Kapasitas(%)

Biaya tetap($)

Biaya Variabel($)

Produksi($)

Penjualan($)

0

24.482.827

0

24.482.827

0

10

24.482.827

30.185.158,95

54.667.986

48.000.000

20

24.482.827

60.370.317,89

84.853.144

96.000.000

30

24.482.827

90.555.476,84

115.038.303

144.000.000

40

24.482.827

120.740.635,79

145.223.462

192.000.000

50

24.482.827

150.925.794,74

175.408.621

240.000.000

60

24.482.827

181.110.953,68

205.593.780

288.000.000

70

24.482.827

211.296.112,63

235.778.939

336.000.000

80

24.482.827

241.481.271,58

265.964.098

384.000.000

90

24.482.827

271.666.430,52

296.149.257

432.000.000

100

24.482.827

301.851.589,47

326.334.416

480.000.000


Biaya tetap

Harga (Rp)

Biaya variabel Total biaya produksi Penjualan

BEP

Kapasitas produksi (%)

Gambar LE.2 Grafik BEP


Tabel LE.11 Data Perhitungan IRR Thn 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Laba sebelum pajak

Pajak

Laba Sesudah pajak

Depresiasi

Net Cash

P/F pada i

PV pada i =

P/F pada i

PV pada i =

Flow

= 43%

43%

=44%

44%

-

-

-

-

238.603.883

1

238.603.883

1

238.603.883

152.897.256

45.867.427

107.029.829

2.649.737

109.679.566

0,6993

76.698.997

0,6944

76.166.365

168.186.982

50.454.344

117.732.637

2.649.737

120.382.374

0,4890

58.869.565

0,4823

58.054.771

185.005.680

55.499.954

129.505.726

2.649.737

132.155.463

0,3420

45.193.607

0,3349

44.258.597

203.506.248

61.050.124

142.456.123

2.649.737

145.105.860

0,2391

34.700.905

0,2326

33.746.985

223.856.873

37.158.312

186.698.561

2.649.737

189.348.298

0,1672

31.665.126

0,1615

30.580.807

246.242.560

43.874.018

202.368.542

2.649.737

205.018.279

0,1169

23.975.979

0,1122

22.994.164

270.866.816

51.261.295

219.605.521

2.649.737

222.255.258

0,0818

18.176.061

0,0779

17.310.699

297.953.497

59.387.299

238.566.198

2.649.737

241.215.935

0,0572

13.794.873

0,0541

13.046.862

327.748.847

68.325.904

259.422.943

2.649.737

262.072.680

0,0400

10.480.872

0,0376

9.843.722

360.523.732

78.158.370

282.365.362

2.649.737

285.015.099

0,0280

7.970.902 560.130.772

0,0261

7.434.349 552.041.205


IRR = 43 +

(560.130.772−552.041.205) 560.130.772

x (44 – 43) = 43,5


hari

Recommend Documents