LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Waktu operasi
: 330 hari / tahun ; 24 jam / hari
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan operasi
: kilogram (kg)
Bahan baku
: - Ammonium Phosphate (AP) -
Potassium Phosphate (PP)
Produk akhir
: Potassium Ammonium Polyphosphate (PAP)
Kapasitas Produksi
: 300.000 ton/tahun : 37878,7879 kg/jam
Tabel A.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia No. Senyawa
Rumus molekul
BM (kg/kmol)
1.
Ammonium Phosphate
NH4H2PO4
115,0259
2.
Potassium Phosphate
KH2PO4
136,0893
3.
Potassium Ammonium Polyphosphate
[KNH4(PO3)2]8
1720,6766
4.
Air
H2O
18,0153
Keterangan: F = Laju alir massa (kg/jam) N = Laju alir mol (kmol/jam) A.1 Tangki Pencampur (M-101) Air 3 AP
1
Tangki Pencampur (M-101)
5
AP Air
1 = 22283,0755 kg/jam FAP
Kelarutan ammonium phosphate di dalam air = 20 gr/100 gr air (Sciencelab, 2012) 3 1 = 100/20 × FAP FAir
= 11415,3777 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Komponen: Air
3 5 : FAir = FAir 5 = 111415,3777 kg/jam FAir
AP
1 5 : FAP = FAP 5 = 22283,0755 kg/jam FAP
Neraca Massa Total : F1 +F3 = F5 = F7 22283,0755 + 111415,3777 = F5 = F7 F5 = F7 = 133698,4533 kg/jam
Tabel A.2 Neraca Massa Tangki Pencampur (M-101)
H2O
Alur Masuk (kg/jam ) 1 3 22283,0755 111415,3777 -
Total
133698,4533
Komponen NH4H2PO4
Keluar (kg/jam) 5 22283,0755 111415,3777 133698,4533
A.2 Tangki Pencampur (M-102) Air 4 PP
2
Tangki Pencampur (M-102)
6
PP Air
2 = 23966,8406 kg/jam FPP
Kelarutan potassium phosphate di dalam air = 22 gr/100 gr air (Sciencelab, 2012) 4 2 Maka dipilih FAir = 100/22 × FPP
= 108940,1846 kg/jam Neraca Massa Komponen: Air
4 6 : FAir = FAir 6 = 108940,1846 kg/jam FAir
PP
2 6 : FPP = FPP
Universitas Sumatera Utara
6 = 23966,8406 kg/jam FPP
Neraca Massa Total : F2 + F4 = F6 = F8 23966,8406 + 108940,1846 = F6 = F8 F6 = F8 = 132907,0252 kg/jam Tabel A.3 Neraca Massa Tangki Pencampur (M-102)
H2O
Alur Masuk (kg/jam ) 2 4 23966,8406 108940,1846 -
Keluar (kg/jam) 6 23966,8406 108940,1846
Total
132907,0252
132907,0252
Komponen KH2PO4
A.3 Reaktor (R-101) Dalam reaktor ini terjadi reaksi pembentukan Potassium Ammonium Polyphosphate (PAP) dan Air. AP Air
9 11
PP Air
10
Reaktor (R-101)
PAP AP Air
Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : 8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) → = N10 PP
[KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l)
23966,8406kg massa PP 176,1111kmol Mr PP 136,0893kg/kmol
r1 = konversi × N10 = PP
1 176,1111 22,0139 kmol/jam 8
AP dibuat berlebih sekitar 10 % dari mol yang bereaksi, sehingga: NAP mula-mula
= NAP bereaksi + 0,1(NAP bereaksi) = 176,1111 + 0,1 (176,1111) = 193,7222 kmol
Reaksi
8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) →
[KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l)
Mula-mula
193,7222
176,1111
-
-
Bereaksi
176,1111
176,1111
22,0139
293,5186
Sisa
17,6111
0
22,0139
352,2223
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Komponen : 9 = : FAP N 9AP × Mr = 193,7222 × 115,0259 = 22283,0755 kg/jam
AP
11 = × Mr = 17,6111 × 115,0259 = 2025,7341 kg/jam FAP N 11 AP
PP
10 = : FPP × Mr = 176,1111 × 136,0893 = 23966,8406 kg/jam N 10 PP
PAP
11 = : FPAP × Mr = 22,0139 × 1720,6766 = 37878,7879 kg/jam N 11 PAP
Air
9 : FAir
5 = 111415,3777 kg/jam = FAir
10 FAir
6 = 108940,1846 kg/jam = FAir
11 FAir
= N11 × Mr = 352,2223 × 18,0153 = 226700,9521 kg/jam Air
Alur 9: 9 + 9 = 22283,0755 + 111415,3777 = 132907,0252 kg/jam F9= FAP FAir
Alur 10: 10 + 10 = 23966,8406 + 108940,1846 = 132907,0252 kg/jam F10= FPP FAir
Alur 11: 11 + 11 + 11 F11= FAP FPAP FAir = 2025,7341 + 37878,7879 + 226700,9521 = 266605,4741
kg/jam Neraca Massa Total : F9 + F10 = F11 132907,0252 + 132907,0252 = F11 F11 = 266605,4741 kg/jam
Tabel A.4 Neraca Massa Reaktor (R-101) Komponen NH4H2PO4
Alur Masuk (kg/jam ) 9 10 22283,0755 -
Keluar (kg/jam) 11 2025,7341
KH2PO4
-
23966,8406
-
[KNH4(PO3)2]8
-
-
37878,7879
H2O Total
132907,0252 132907,0252 266605,4741
226700,9521 266605,4741
Universitas Sumatera Utara
A.4 Evaporator (FE-101) Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian air yang terdapat dalam Potassium Ammonium Polyphosphate yang berasal dari reaktor. Efisiensi = 90 %
13 11 PAP AP Air
Air 12
Evaporator (FE-101)
PAP AP Air
Neraca Massa Komponen : AP
12 = 11 = 2025,7341 kg/jam : FAP FAP
PAP
12 = 11 = 37878,7879 kg/jam : FPAP FPAP
Air
13 : FAir 12 FAir
11 = 0,9 × 226700,9521 kg/jam = 204030,8569 kg/jam = 0,9 × FAir 11 = 0,1 × 226700,9521 kg/jam = 22670,0952 kg/jam = 0,1 × FAir
Neraca Massa Total : F11 = F12 + F13 266605,4741 = F12 + 204030,8569 F12 = 62574,6172 kg/jam
Tabel A.5 Neraca Massa Evaporator (FE-101) Komponen
Alur Keluar (kg/jam) 12 13 2025,7341 -
NH4H2PO4
Masuk (kg/jam) 11 2025,7341
[KNH4(PO3)2]8
37878,7879
37878,7879
-
H2O
226700,9521
22670,0952
204030,8569
Total
266605,4741
266605,4741
A.5 Spray Dryer (D-101) Alat ini digunakan untuk menguapkan air yang terdapat dalam Potassium Ammonium Polyphosphate yang berasal dari evaporator. Efisiensi = 98 %
Universitas Sumatera Utara
16 Air 12
Spray Dryer (D-101)
PAP AP Air
15 PAP AP Air
Neraca Massa Komponen: Air
12 = 15 + 16 : FAir FAir FAir 15 = 0,02 × 12 = 0,02 × 22670,0952 = 453,4019 kg/jam FAir FAir 16 = 0,98 × 12 = 0,98 × 22670,0952 = 22216,6933 kg/jam FAir FAir
AP
15 = 12 : FAP FAP 15 = 2025,7341 kg/jam FAP
PAP
15 = 12 : FPAP FPAP 15 = 37878,7879 kg/jam FPAP
Neraca Massa Total: F12 = F15 + F16 62574,6172 = F15 + 22216,6933 F15 = 40357,9239 kg/jam
Tabel A.6 Neraca Massa Spray Dryer (D-101) Komponen
Alur Keluar (kg/jam) 15 16 2025,7341 -
NH4H2PO4
Masuk (kg/jam) 12 2025,7341
[KNH4(PO3)2]8
37878,7879
37878,7879
-
H2O
22670,0952
453,4019
22216,6933
Total
62574,6172
62574,6172
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Kapasitas Produksi
: 37878,7879 kg/jam
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu operasi
: 330 hari / tahun ; 24 jam / hari
Satuan operasi
: kg/jam
Suhu referensi
: 25 oC (298,15 K)
B.1 Data Perhitungan Cp Tabel B.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk Perhitungan Cp Gas Komponen
A
H2O
B
C
3,40471E+01 -9,65604E-03
3,29883E-05
d
e
-2,04467E-08
4,30228E-12
(Reklaitis, 1983) Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 T2
Cp g dT
a(T2
T1 )
T1
b 2 (T2 2
[J/mol. K] 2
T1 )
c 3 (T2 3
3
T1 )
d 4 (T2 4
4
T1 )
e 5 (T2 5
5
T1 )
Tabel B.2 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan Komponen a H2O 1,829E+01 (Reklaitis, 1983)
b 0,4721
Cp = a + bT + cT2 + dT3 T2
CpdT
a(T2
T1
T1 )
b 2 (T2 2
C -0,0013
d 1,314E-06
[J/mol K] 2
T1 )
c 3 (T2 3
3
T1 )
d 4 (T2 4
4
T1 )
B.2 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Kopp’s Rule Tabel B. 3 Kontribusi Unsur dan Gugus untuk Estimasi Cp Unsur H N O K P
ΔE (J/mol.K) 7,56 18,74 13,42 28,78 26,63
(Perry, 2008)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: (Perry, 2008) Keterangan: Cp = Kapasitas panas (J/mol.K) Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa ΔEi = Nilai kontribusi unsur i 1. Ammonium Phosphate (NH4H2PO4) Cp = 18,74 + (6 × 7,56) + 26,63 + (4 × 13,42) Cp = 144,41 J/mol.K 2. Potassium Phosphate (KH2PO4) Cp = 28,78 + (2 × 7,56) + 26,63 + (4 × 13,42) Cp = 124,2 J/mol.K 3. Potassium Ammonium Polyphosphate [(KNH4(PO3)2]8 Cp = [28,78 + 18,74 + (4 × 7,56) + (2 × 26,63) + (6 × 13,42)] × 8 Cp = 1692,32 J/mol.K Tabel B.4 Data Panas Laten Air ∆Hvl (kJ/kg) T (oC) 2257,06 100 2230 110 2189 124,7 1806,425 230 (Geankoplis, 2003) Keterangan : ∆Hvl : Panas laten (kJ/kg) B.3 Panas Pembentukan Standar Tabel B.5 Data Panas Pembentukan Standar Komponen ∆Hof Ammonium Phosphate -1445,07 Potassium Phosphate -1568,3 Potassium Ammonium Polyphosphate -1692,6 Air -285,83 (CRC PRESS LLC, 2000; Grenthe et al.,1992)
kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
B.4 Perhitungan Neraca Panas untuk Masing-Masing Alat B.4.1 Heater (E-101) Air Pemanas 230 oC
AP Air 25 oC, 1 atm
7
AP Air 80 oC, 1 atm
9
Kondensat 90 oC 7 FAP
= 22283,0755 kg/jam
N 7AP
= (22283,0755 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/115,0259 gram) = 193722,2447 mol/jam
7 FAir
= 111415,3777 kg/jam
N 7Air
= (111415,3777 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 6184486,3936 mol/jam
Neraca Panas Masuk: 298,15
Qin
= N 7AP
CpdT
298,15
+
298,15
N 7Air
CpdT = 0 298,15
Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin = Qout 0
= 133698,4533 . 16,6109 . (Tout – 273,15)
(Tout – 273,15) = 0 Tout
= 273,15 K = 25 oC
Tabel B.6 Neraca Panas Keluar E-101 353,15
Senyawa
9
N
out (mol/jam)
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
Ammonium Phosphate
193722,2447
7,9425
1538648,6145
Air
6184486,3936
4,3748
27055715,0638
Total Panas Keluar
28594363,6784
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Keluar: 353,15
= N 9AP
Qout
353,15
9 CpdT + N Air 298,15
CpdT = 1538648,6145 + 27055715,0638 298,15
= 28594363,6784 kJ/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin = 28594363,6784 - 0 kJ/jam = 28594363,6784 kJ/jam Massa air pemanas (230 oC) yang diperlukan adalah: m
m
=
dQ/dt H 2 H1
=
28594363,6784 = 20002,9826 kg/jam 1806,4250- 376,92
B.4.2 Heater (E-102) Air Pemanas 230 oC
PP Air 25 oC, 1 atm
8
10
PP Air 80 oC, 1 atm
Kondensat 90 oC 8 FPP
= 23966,8406 kg/jam
N 8PP
= (19972,3672 kg/jam)(1000 gram/kg)(1 mol/136,0893 gram) = 176111,1315 mol/jam
8 FAir
= 108940,1846 kg/jam
N 8Air
= (108940,1846 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 6047092,4494 mol/jam
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Masuk: 298,15
Qin
= N 8PP
298,15
CpdT 298,15
+
N 8Air
CpdT = 0 298,15
Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin = Qout = 132907,0252 . 16,9037 . (Tout – 273,15)
0
(Tout – 273,15) = 0 = 273,15 K = 25 oC
Tout
Tabel B.7 Neraca Panas Keluar E-102 353,15
N10out (mol/jam)
Senyawa
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
Potassium Phosphate
176111,1315
6,8316
1203112,0006
Air
6047092,4494
4,3748
26454647,9470
Total Panas Keluar
27657759,9476
Neraca Panas Keluar: 353,15
= N 10 PP
Qout
353,15
10 CpdT + N Air 298,15
CpdT = 1203112,0006 + 26454647,9470 298,15
= 27657759,9476 kJ/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin = 27657759,9476 - 0 kJ/jam = 27657759,94764 kJ/jam Massa air pemanas (230 oC) yang diperlukan adalah: m
m
=
dQ/dt H 2 H1
=
27657759,94764 = 19347,7882 kg/jam 1806,4250- 376,92
Universitas Sumatera Utara
B.4.3 Reaktor (R-101) Sat. Steam 230 oC AP Air 80 oC, 1 atm
9 PAP AP Air 210 oC, 1 atm
11 10
PP Air 80 oC, 1 atm
Kondensat 230 oC
Neraca Panas Masuk Panas masuk pada alur 9, 353,15
(Q9)
= N 9AP
353,15
9 CpdT + N Air 298,15
CpdT 298,15
= 1538648,6145 + 27055715,0638 = 28594363,6784 kJ/jam Panas masuk pada alur 10, 353,15
(Q10)
= N 10 PP
353,15
10 CpdT + N Air 298,15
CpdT 298,15
= 1203112,0006 + 26454647,9470 = 27657759,9476 kJ/jam Qin
= Q 9 + Q10 = 28594363,6784 kJ/jam + 27657759,9476 kJ/jam = 56252123,6260 kJ/jam
Tabel B.8 Neraca Panas Masuk R-101 353,15
Senyawa
N9in (mol/jam)
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
Ammonium Phosphate
193722,2447
7,9425
1538648,6145
Air
6184486,3936
4,3748
27055715,0638
353,15
Senyawa
N10in (mol/jam)
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
Potassium Phosphate Air
176111,1315
6,8316
1203112,0006
6047092,449477
4,3748
26454647,9470
Total Panas Masuk
56252123,6260
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas keluar 383,15
Panas keluar pada alur 11, (Q11) = ΣN
11
CpdT 298,15
483,15
Q 11 = N 11 PAP PAP
CpdT = 22,0139 kmol/jam x 1692,32 J/mol.K (483,15- 298,15) 298,15
= 6892091,5215 kJ/jam 483,15
Q
11 AP
= N
11 AP
CpdT = 17,6111 kmol/jam x 144,41 J/mol.K (483,15-298,15) 298,15
= 470495,8573 kJ/jam 483,15
Q11 Air
= N 11 Air
CpdT = 12583801,1060 kmol/jam x 15419,0272 J/mol 298,15
= 194029971,4065 kJ/jam 11 11 Qout = Q 11 PAP + Q AP + Q Air
= 6892091,5215 kJ/jam + 470495,8573 kJ/jam + 194029971,4065 kJ/jam = 201392558,7853 kJ/jam Tabel B.9 Neraca Panas Keluar R-101 N11out
Senyawa
(mol/jam)
483,15
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
NH4H2PO4
17611,1132
26,7159
470495,8573
[KNH4(PO3)2]8
22013,8914
313,0792
6892091,5215
12583801,1060
15,419
194029971,4065
H2O
Total Panas Keluar
201392558,7853
Reaksi di dalam Reaktor: 8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) → [KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l) r1
=
konversi x N 8PP 8
r1
=
1 x 176,1111 = 22,0139 kmol/jam = 22013,8914 mol/jam 8
Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm: ∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]
Universitas Sumatera Utara
= [∆Hof [KNH4(PO3)2]8 + 16 x ∆HofH2O – 8 x ∆Hof NH4H2PO4 - 8 x KH2PO4] = [(-1692,57) + (16 x -285,83) - (8 x -1445,07) - (8 x -1568,3)] = 17841,11 kJ/mol Q reaksi
= 17841,11 kJ/mol x 22013,8914 mol/jam = 392752258,7406 kJ/jam = Qout – Qin+ Qreaksi
dQ/dt
= 201392558,7853 – 56252123,6260 + 392752258,7406 = 537892693,8999 kJ/jam Massa saturated steam (230 oC) yang diperlukan adalah: m
=
dQ/dt ΔH vl (2300 C)
=
537892693,8999 = 297766,4137 kg/jam 1806,4250
B.4.5 Evaporator (FE-101) 13
PAP AP Air 210 oC
11
Uap air 220 oC
PAP AP Air
Saturated steam 230 oC
220 oC
12
Neraca Panas Masuk Evaporator : 483,15
Qin
= N 11 PAP
483,15
11
CpdT + N AP 298,15
11 CpdT + N Air 298,15
483,15
CpdT 298,15
= 6892091,5215 + 470495,8573 + 194029971,4065 = 201392558,7853 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.10 Neraca Panas Masuk FE-101 483,15
N11in (mol/jam)
Senyawa
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
NH4H2PO4
17611,1132
26,7159
470495,8573
[KNH4(PO3)2]8
22013,8914
313,0792
6892091,5215
12583801,1060
15,419
201392558,7853
H2O
Total Panas Masuk
201392558,7853
Neraca Panas Keluar Evaporator : 493,15
Qout = N12 Air
493,15
12 CpdT + N PAP 298,15
493,15
493,15
298,15
298,15
13 13 CpdT + FAir x ∆Hvl + N Air
12 CpdT + N AP 298,15
CpdT
= 20558437,7237 + 7264637,0091 + 495928,0658 + 185025939,5131 + 561829568,9884 = 775174511,3001 kJ/jam Tabel B.11 Neraca Panas Keluar FE-101 373,15
N12out (mol/jam)
Senyawa
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
NH4H2PO4
17611,1132
10,8308
495928,0658
[KNH4(PO3)2]8
22013,8914
126,924
7264637,0091
1258380,1106
5,9993
20558437,7237
H2O
N13out (mol/jam)
Senyawa
493,15
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
H2O Senyawa H2O
11325420,9954
16,3372
185025939,5131
F13out (kg/jam)
∆Hvl (kJ/kg)
Q (kJ/jam)
204030,8569
2753,65
561829568,9884
Total Panas Keluar
dQ/dT
775174511,3001
= Qout – Qin = 775174511,3001 - 201392558,7853 = 573781952,5148 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 230 o
C. Data saturated steam pada 230 oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis,
2003 sebagai berikut: ∆Hvl (Panas penguapan steam pada suhu 230 oC) = 1806,425 kJ/kg Maka steam yang dibutuhkan: m
=
dQ/dt H vl
=
573781952,5148 1806,425
= 317633,9746 kg/jam B.4.4 Sub Cooler Condenser (E-103) Air 25oC
Uap air 220o C
13
14
Air 85 oC
Air 90 oC
Neraca Panas Masuk: 493,15
Q13
=
ΣN 13 Uap air
CpdT = 11325420,9954 kg/jam × 5,9993 kJ/mol (1000 298,15
gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 185025939,5131 kJ/jam Panas yang dilepas pengembunan uap air : Q
= F13 . ∆Hvl = 204030,8569 × 2753,65 = 561829568,9884 kJ/jam
Qin
= Q13 + F13. ∆Hvl = 185025939,5131 + 561829568,9884 = 746855508,5015 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.12 Neraca Panas Masuk E-103 373,15
N13in (mol/jam)
Senyawa
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
298,15
H2O Senyawa H2O
11325420,9954
16,3372
185025939,5131
F11in (kg/jam)
∆Hvl (kJ/kg)
Q (kJ/jam)
204030,8569
2753,65
561829568,9884
Total Panas Masuk
746855508,5015
Neraca Panas Keluar: Panas keluar T = 328,15 K (550C) melibatkan perubahan fasa, sehingga berlaku: Tb
T2
CpdT T1
T2
ΔH Vl
Cp l dT T1
Cp v dT Tb
sehingga diperoleh : 353,15
Qout
=Nair
CpdT = 11325,4210 (4395,1653) = 79620612,9192 kJ/jam 289,15
Tabel B.13 Neraca Panas Keluar E-103 328,15
N14in (mol/jam)
Senyawa
CpdT (kJ/mol)
Q (kJ/jam)
289,15
H2O
11325,4210
4395,1653
Total Panas Keluar
79620612,9192 79620612,9192
Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin = 79620612,9192 – 746855508,5015 kJ/jam = -667234895,5823 kJ/jam Air (saturated): H(25 0C) = 104,8 kJ/kg 0
H(90 C) = 376,92 kJ.kg
(Smith, dkk., 2005) (Smith, dkk., 2005)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan: m
=
dQ/dt H 2 H1
m
=
- 667234895,5823 376,92 104,8
m
= 245198,7710 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
B.4.5 Spray Dryer (D-101) Udara Dingin 30 oC 16
PAP AP Air T=220 oC X = 10 %
Udara Bekas Air T = 90 oC
12
D-101 15
PAP AP Air T = 90 oC X= 2 %
Temperatur basis, To = 0 oC Panas laten air (0 oC), ∆Hvl = 2501,6 kJ/kg.K Kapasitas panas , Cp PAP = 0,001 kJ/kg.K Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H Humiditas udara (Tudara masuk 30oC), Hin = 0,025 kg H2O/kg udara (Walas, dkk., 1990) Kapasitas panas air, Cpair (220 oC) = 4,219 kJ/kg.K, Cpair (90 oC) = 4,208 kJ/kg.K Kapasitas panas udara, Cpudara (30oC) = 1,0048 kJ/kg.K H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi. ∆Hvlo H’ padatan = Cp padatan (Ti-To) + Xi. Cp air (Ti-To) Dimana: H’
= entalpi (kJ/kg)
Cs
= panas humiditas air udara (kJ/kg.K)
Cp
= kapasitas panas (kJ/kg.K)
H
= humiditas udara (kg H2O/kg udara kering)
X
= moisture content padatan (kg air/kg padatan)
∆Hvl
= panas laten air (kJ/kg)
T
= temperatur (0 oC)
30oC, H’ udaramasuk = [(1,005 + 1,88 × 0,025) × (30-0)] + (0,025 × 2501,6) 30oC, H’ udara masuk = 94,1 90oC, H’ udara keluar = H’= (1,005 + 1,88 × H) × (90-0) + H× 2501,6
Universitas Sumatera Utara
90oC, H’ udara keluar = H’= 90,45 + 2670,8 H H’ padatan masuk= [(0,001) × (220-0)] + [0,1 × 4,219 × (220-0)] = 93,0344 H’ padatan keluar= [(0,001) × (90-0)] + [0,02 × 4,208 × (90-0)] = 7,6629 Tabel B.14 Entalpi Spray Dryer (kJ/kg) Alur Masuk Keluar Masuk Keluar
H’ masuk 94,1 93,0344 -
Udara Padatan
H’ keluar 90,45 + 2670,8 H 7,6629
F padatan = 37878,7879 kg/jam NeracaPanas Total Spray Dryer Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan. dQ dT
Q out– Q in= 0 → Q out= Q in
Fudara× H’udaramasuk+ Fpadatan× H’in = F’udara× H’udarakeluar + F padatan × H’out Fudara× H’udaramasuk+ Fpadatan× H’in = F’udara× H’ + F padatan× H’out [(Fudara× 94,1) + (37878,7879 × 93,0344)] = [F’udara× (90,45 + 2670,8 H) + (37878,7879 × 7,6629)] [(Fudara× 94,1) + 3524029,3341] = [Fudara× (90,45 + 2670,8 H) + 290262,0003] 94,1 Fudara + 3233767,3338 = 90,45 Fudara+ 2670,8 Fudara H 3,65 Fudara + 3233767,3338 = 2670,8 FudaraH
--*)
Neraca Massa Kandungan Air [(Fudara× Hin)+ (Fpadatan× Xin)] = [( Fudara× H42)+ (F padatan× Xout)] [(Fudara× 0,025) + (37878,7879 × 0,1)] = [(Fudara× H) + (37878,7879 × 0,02)] 0,025 Fudara+ 3787,8788 = Fudara× H + 757,5758 0,025 Fudara+ 3030,3030 = Fudara× H
---**)
Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 3,65 Fudara + 3233767,3338 = 2670,8 × (0,025 Fudara+ 3030,3030) 3,65 Fudara + 3233767,3338 = 66,77 Fudara+ 8093333,3333 3,65 Fudara– 66,77 Fudara= 4859565,9996 -63,12 Fudara= 4859565,9996 Fudara= 76989,3219 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Disubstitusi ke persamaan **) 0,025 Fudara+ 3030,3030 = Fudara× H 0,025 (76989,3219) + 3030,3030 = 76989,3219× H H= 0,0644 kg air/ kg udara kering.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN C.1
Gudang Penyimpanan Ammonium Phosphate (NH4H2PO4) (G-101)
Fungsi
: Menyimpan padatan ammonium phosphate
Bentuk bangunan
: Dinding : beton Lantai : aspal Atap
Jumlah
: seng
: 1 unit
Kondisi penyimpanan : Kondisi ruangan
: Temperatur : 25 0C Tekanan
Kebutuhan
: 1 atm
: 30 hari
Perhitungan desain bangunan : Bahan baku NH4H2PO4 dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan memuat masing-masing 30 kg bahan baku NH4H2PO4. Densitas NH4H2PO4 = 1803 kg/m3 (Perry, dkk., 2008) Jadi, 1 karung memuat :
Kebutuhan
= 22283,0755 kg/jam
Banyaknya karung yang diperlukan dalam 30 hari :
= 534793,8131 karung Diambil 534793 karung, maka : Volume karung tiap 30 hari = 534793 karung × 0,0166 m3 = 8898,4027 m3 Faktor kosong ruangan
= 20%
Area jalan dalam gudang
= 20%
Volume ruang yang dibutuhkan :
Universitas Sumatera Utara
= (1,4) × 8898,4027 m3
Volume total
= 12457,7637 m3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t) volume
= panjang × lebar × tinggi = (2t) × (2t) × t
12457,7637 m3= 4t3 t = 14,6036 m Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang
= (2) × 14,6036 m = 29,2072 m
lebar
= (2) × 14,6036 m = 29,2072 m
tinggi
= 14,6036 m
C.2
Belt Conveyor (C-101)
Fungsi
: mengangkut reaktan NH4H2PO4 menuju tangki pencampur M-101
Jenis
: continuous belt conveyor
Bahan
: Carbon steel
Kondisi operasi : Temperatur = 25 0C Tekanan Laju bahan
= 1 atm
: 22283,0755 kg/jam
Faktor kelonggaran
: 12 %
(Tabel 28-8 Perry, dkk., 2008)
Kapasitas total belt conveyor : = 1,12
Laju bahan
= 1,12
22283,0755 kg/jam
= 24957,0446 kg/jam = 24,9570 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21–9, Perry, dkk., 2008) -
Lebar belt conveyor
= 14 in
-
Luas permukaan muatan = 0,11 ft2
-
Lapisan belt maksimum = 5
-
Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): P
0,0027 m 0,82 L
Keterangan:
(Peters, dkk., 2004)
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
L
= panjang conveyor (m)
m = 24,9570 ton/jam = 6,9325 kg/s L = 25 ft = 7,62 m P
0,0027 (6,9325) 0,82 (7,62) 0,1007 kW 0,1350 hp
Digunakan daya motor standar ¼ hp. C.3
Gudang Penyimpanan Potassium Phosphate (KH2PO4) (G-102)
Fungsi
: Menyimpan padatan potassium phosphate
Bentuk bangunan : Dinding : beton
Jumlah
Lantai
: aspal
Atap
: seng
: 1 unit
Kondisi penyimpanan : Kondisi ruangan : Temperatur : 25 0C Tekanan Kebutuhan
: 1 atm
: 30 hari
Perhitungan desain bangunan : Bahan baku KH2PO4 dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan memuat masing-masing 30 kg bahan baku KH2PO4. Densitas KH2PO4
= 2338 kg/m3 (Perry, dkk., 2008)
Jadi, 1 karung memuat :
Kebutuhan
= 23966,8406 kg/jam
Banyaknya karung yang diperlukan dalam 30 hari :
Universitas Sumatera Utara
= 575204,1747 karung Diambil 575205 karung, maka : Volume karung tiap 30 hari = 575205 karung × 0,0128 m3 = 7380,7314 m3 Faktor kosong ruangan
= 20%
Area jalan dalam gudang
= 20%
Volume ruang yang dibutuhkan : Volume total = (1,4) × 7380,7314 m3 = 10333,0240 m3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t) volume
= panjang × lebar × tinggi = (2t) × (2t) × t
10333,0240 m3= 4t3 t
= 13,7211 m
Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang
= (2) × 13,7211 m = 27,4422 m
lebar
= (2) × 13,7211 m = 27,4422 m
tinggi
= 13,7211 m
C.4
Belt Conveyor (C-102)
Fungsi
: Mengangkut reaktan KH2PO4 menuju tangki pencampur T-102
Jenis
: Continuous belt conveyor
Bahan
: Carbon steel
Kondisi operasi
: Temperatur Tekanan
Laju bahan
= 25 0C = 1 atm
: 23966,8406 kg/jam
Faktor kelonggaran : 12 %
(Tabel 28-8 Perry, dkk., 2008)
Kapasitas total belt conveyor : = 1,12
Laju bahan
= 1,12
23966,8406 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 26842,8615 kg/jam = 26,8429 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21–9, Perry, dkk., 2008) - Lebar belt conveyor
= 14 in
- Luas permukaan muatan
= 0,11 ft2
- Lapisan belt maksimum
=5
- Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): P
0,0027 m 0,82 L
Keterangan: P
(Peters, dkk., 2004)
= daya (kW)
m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 26,8429 ton/jam = 7,4564 kg/s L = 25 ft = 7,62 m Maka P 0,0027 (7,4564)0,82 (7,62) 0,1069 kW 0,1433hp Digunakan daya motor standar ¼ hp. C.5
Tangki Pencampur (M-101)
Fungsi : Mencampur reaktan Ammonium Phosphate (NH4H2PO4), pelarut air (H2O) Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit Bahan : carbon steel SA-113 grade C Data
:
a) Densitas - NH4H2PO4 = 1803 kg/m3 (Perry dkk., 2008) - H2O
= 997,08 kg/m3 (Perry dkk., 2008)
b) Viskositas -
H2O
= 0,8973 cP (Perry dkk., 2008)
Universitas Sumatera Utara
Tabel C.1 Komposisi Bahan pada Tangki Pencampur (M-101) Komponen
Massa
(kg/m3)
(kg/jam)
Volume
μ (cP)
(m3/jam)
mol (kmol/jam)
In μ
% mol
(cP)
NH4H2PO4
22283,0755
1803
12,3589
-
193,7222
0,0304
-
H2O
111415,3777
997,08
111,7417
0,8937
6184,4864
0,9696
-0,1124
6378,2086
1,0000
-0,1124
133698,4533
124,1006
= 1077,3397 0,8937 Kondisi operasi
: Tekanan
(Perry, dkk., 2008)
= 1 atm
Temperatur = 25 0C Faktor kelonggaran
: 20 %
Hs Hc He
Keterangan; Ht = Hs + 2 He Ht = Tinggi Mixer Hs = Tinggi Shell He = Tinggi Ellipsoidal Head Hc = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer
Dt
Gambar C.1 Mixer Perhitungan, Lama waktu pencampuran = 15 menit = 0,25 jam
V larutan (V1) =
(133698,45 33 kg/jam) (0,25 jam) = 31,0251 m3 (1077,3397 kg/m 3 )
V tangki (Vt) = (1+0,2) (31,0251 m3) = 37,2302 m3 Untuk pengadukan, Dt = Hc ; Dt = Hcs + He ;
Universitas Sumatera Utara
Keterangan:
Hcs = Tinggi cairan di dalam shell Hc = Tinggi cairan di dalam mixer He = Tinggi ellipsoidal head Dt
= Diameter tutup = diameter mixer
Rasio axis ellipsoidal head = 2 : 1 Tinggi tutup (He) =
Dt 4
(Brownell dan Young, 1959)
Maka, Dt = Hcs + He = Hcs +
Dt 4
Volume tutup bawah mixer =
Volume cairan dalam shell =
Volume cairan dalam tangki =
3 Dt 4
Hcs =
24 4
Dt3
(Brownell dan Young, 1959)
Dt2 Hcs =
3 16
Dt3 +
4
Dt2
24
3 3 Dt = 4 16
Dt3
Dt3
37,2302 m3 =
11 48
Dt3
Sehingga, Dt = 3,7262 m = 146,7022 in Maka tinggi cairan dalam tangki (Hc) = 3,7262 m Direncanakan digunakan tangki dengan perbandingan Dt : Ht = 1 : 1, Ht = Dt = 3,7262 m Tinggi tutup (He), He =
Dt 3,7262 m = = 0,9316 m 4 4
Tinggi shell (Hs), Hs = Ht − 2He = 3,7262 − (2 × 0,9316) = 1,4380 m Tekanan operasi
= 1 atm (101,325 kPa)
Tekanan hidrostatis
= ρ×g×l
= (1077,3397 kg/m3)(9,8 m/s2)( 3,7262 m) = 39341,4205 Pa = 39,3414 kPa
p = (101,325 + 39,3414) kPa = 140,6664 kPa = 20,4020 lb/in2 Faktor kelonggaran
= 20%
Tekanan Desain
= (1,2) (140,6664 kPa) = 168,7997 kPa
Universitas Sumatera Utara
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,8
Allowable Stress
(Brownell dan Young, 1959)
= 11.050 lb/in
2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun Tebal shell tangki (t),
Tebal silinder (t) keterangan :
P Dt 2SE
c
(Brownell dan Young, 1959)
t = tebal dinding tangki bagian silinder (in) = tekanan desain (lb/in2)
p
Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c t
= korosi yang diizinkan (in)
24,4824 146,7022 0,0042 2 11.050 0,8 0,2073in 0,0053 m
Dipilih tebal silinder standar = ¼ in Tutup tangki atas terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup atas adalah ¼ in. Perancangan pengaduk,
J
H
L W
E
Keterangan ; H = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer Da = Diameter Impeller E = Jarak Pengaduk dari Dasar Tangki J = Lebar Baffle W = Lebar Impeller L = Panjang Impeller
Da
Dt
Gambar C.2 Pengaduk Dalam Mixer Jenis
:
Jumlah Baffle : Untuk turbin standar,
Flat Six Blade Turbin Impeller 4 buah (Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Da : Dt = 1 : 3 Da
= (1/3) (3,7262 m) = 1,2421 m = 4,0750 ft
E : Da
=1
E
= 1,2421 m
L : Da
=1:4
L
= (1/4) (1,2421 m) = 0,3105 m
W : Da = 1 : 5 W
= (1/5) (1,2421 m)
= 0,2484 m
J : Dt = 1 : 12 J
= (1/12) (3,7262 m)
= 0,3105 m
Kecepatan pengadukan = 180 rpm = 3 rps ρ = 1077,3397 kg/m3 = 67,2560 lbm/ft3 gc = 32,2 ft/s2 μ = 0,8937 cP = 1329,9701 lbm/ft.s Bilangan Reynold (NRe), NRe =
N Di 2
=
(67,2560 )(3)(3,7262 ) 2 = 4456085,7275 1329,9701
NRe > 10.000 maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus: NP =
p=
Np
P gc = 2,8 N 3 Da5
(Geankoplis, 2003)
N 3 Da 5 2,8 (67,2560 ) (3) 3 (3,7262 ) 5 = (32,2) gc
p = 17743,7622 ft.lbf/s = 32,2614 hp Efisiensi motor penggerak = 80% Maka, Daya motor penggerak =
32,2614 = 40,3267 hp 0,8
C.6 Tangki Pencampur (M-102) Fungsi : mencampur reaktan Potassium Phosphate (KH2PO4), pelarut air (H2O) Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Bahan : carbon steel SA-113 grade C Data
:
a) Densitas = 2338 kg/m3 (Perry dkk., 2008)
-
KH2PO4
-
H2O = 997,08 kg/m3 (Perry dkk., 2008)
b) Viskositas - H2O
= 0,8973 cP (Perry dkk., 2008)
Tabel C.2 Komposisi Bahan pada Tangki Pencampur (M-102) Komponen
Massa
(kg/m3)
(kg/jam)
Volume (m3/jam)
μ (cP)
mol (kmol/jam)
% mol
In μ (cP)
KH2PO4
23966,8406
2338
10,2510
-
176,1111
0,0283
-
H2O
108940,1846
997,08
109,2592
0,8937
6047,0924
0,9717
-0,124
6223,2036
1,0000
-0,1124
132907,0252
119,5102
= 1112,0975 kg/m3 0,8937 Kondisi operasi
: Tekanan
(Perry, dkk., 2008)
= 1 atm
Temperatur = 25 0C Faktor kelonggaran
: 20 %
Hs Hc He
Keterangan; Ht = Hs + 2 He Ht = Tinggi Mixer Hs = Tinggi Shell He = Tinggi Ellipsoidal Head Hc = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer
Dt
Gambar C.3 Mixer Perhitungan, Lama waktu pencampuran
= 15 menit = 0,25 jam
Universitas Sumatera Utara
V larutan (V1) =
(132907,02 52 kg/jam) (0,25 jam) = 29,8776 m3 3 (1112,0975 kg/m )
V tangki (Vt) = (1+0,2) (29,8776 m3) = 35,8531 m3 Untuk pengadukan, Dt = Hc ; Dt = Hcs + He ; Keterangan:
Hcs = Tinggi cairan di dalam shell Hc = Tinggi cairan di dalam mixer He = Tinggi ellipsoidal head Dt
= Diameter tutup = diameter mixer
Rasio axis ellipsoidal head = 2 : 1 Tinggi tutup (He) =
Dt 4
(Brownell dan Young, 1959)
Maka, Dt = Hcs + He = Hcs +
Dt 4
Volume tutup bawah mixer =
Volume cairan dalam shell =
Volume cairan dalam tangki =
3 Dt 4
Hcs =
24 4
Dt3
(Brownell dan Young, 1959)
Dt2 Hcs =
3 16
Dt3 +
4
Dt2
24
3 3 Dt = 4 16
Dt3
Dt3
35,8531 m3 =
11 48
Dt3
Sehingga, Dt = 3,6797 m = 144,8707 in Maka tinggi cairan dalam tangki (Hc) = 3,6797 m Direncanakan digunakan tangki dengan perbandingan Dt : Ht = 1 : 1, Ht = Dt = 3,6797 m Tinggi tutup (He), He =
Dt 3,6797 m = = 0,9199 m 4 4
Tinggi shell (Hs), Hs = Ht − 2He = 3,6797 − (2 × 0,9199) = 1,8399 m Tekanan operasi
= 1 atm (101,325 kPa)
Universitas Sumatera Utara
= ρ×g×l = (1112,0975 kg/m3)(9,8 m/s2)( 3,6797 m)
Tekanan hidrostatis
= 40103,6618 Pa = 40,1037 kPa p = (101,325 + 40,1037) kPa = 141,4287 kPa = 20,5126 lb/in2 Faktor kelonggaran
= 20%
Tekanan Desain
= (1,2) (141,4287 kPa) = 169,7144 kPa
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 11.050 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun Tebal shell tangki (t),
Tebal silinder (t)
p Dt 2SE
c
(Brownell dan Young, 1959)
keterangan : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in) p = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) t
24,6151 144,8707 0,0042 2 11.050 0,8 0,3404 in 0,0086 m
Dipilih tebal silinder standar = ¼ in Tutup tangki atas terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup atas adalah ¼ in. Perancangan pengaduk,
Universitas Sumatera Utara
J
H
L W
E
Keterangan ; H = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer Da = Diameter Impeller E = Jarak Pengaduk dari Dasar Tangki J = Lebar Baffle W = Lebar Impeller L = Panjang Impeller
Da
Dt
Gambar C.4 Pengaduk Dalam Mixer Jenis
:
Flat Six Blade Turbin Impeller
Jumlah Baffle :
4 buah
Untuk turbin standar,
(Geankoplis, 2003)
Da : Dt = 1 : 3 Da
= (1/3) (3,6797 m) = 1,2266 m = 4,0241ft
E : Da
=1
E
= 0,9657 m
L : Da
=1:4
L
= (1/4) (1,2266 m) = 0,3066 m
W : Da = 1 : 5 W
= (1/5) (1,2266 m) = 0,2453 m
J : Dt
= 1 : 12
J
= (1/12) (3,6797 m) = 0,3066 m
Kecepatan pengadukan = 180 rpm = 3 rps ρ = 1112,0975 kg/m3 = 69,4258 lbm/ft3 gc = 32,2 ft/s2 μ = 0,8937 cP = 1329,9701 lbm/ft.s Bilangan Reynold (NRe), NRe =
N Di 2
=
(69,4258)(3)(4,0241 ) 2 = 4485711,2142 1329,9701
NRe > 10.000 maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus:
Universitas Sumatera Utara
P gc = 2,8 N 3 Da5
NP =
p=
Np
(Geankoplis, 2003)
N 3 Da 5 2,8 (69,4258 ) (3) 3 (3,6797) 5 = (32,2) gc
p = 17201,0447 ft.lbf/s = 31,2746 hp Efisiensi motor penggerak = 80% Maka, Daya motor penggerak = C.7
31,2746 = 39,0933 hp 0,8
Tangki Penampungan Sementara (T-101) Fungsi
:menampung larutan Ammonium Phosphate
Jenis
: tangki dengan tutup dan alas ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-129, Grade C
Kondisi operasi
: Temperatur (T)
: 250C (373,15 K)
Tekanan (P)
: 1 atm
Waktu tinggal (τ)
: 2 jam
F
: 133698,4533 kg/jam
ρcampuran
: 1077,3397 kg/m3
Q
: 62,0503 m3/jam
μcampuran
: 0,8937 cP
Ukuran tangki, Volume tangki yang ditempati bahan =
(Vo)
= 2 jam x 62,0503 m3/jam = 124,1006 m3 Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry, dkk., 1999)
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 124,100 m3 = 1,2 × 124,100 m3 = 148,9207 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Dt2 Hs
Volume silinder (Vs)
=¼
Vs
= (5/16)
Dt3
Universitas Sumatera Utara
= 1 /4
Untuk tinggi head (Hh) ellipsoidal = /12
Dt3
Dt ; diperoleh volume 2 tutup (Vh)
(Brownell dan Young, 1959)
Vt = Vs + 2 Vh Vt = (5 /16
Dt3) + ( /12
Vt = 19 /48
Dt3)
Dt 3
48 Vt Diameter tangki (D) 3 19
3 48 148,9207 5,9150 m 19
Tinggi silinder (Hs)
= 5 /4
Dt = 5/4
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1 /4
Dt = 1/4 × 5,9150 m = 1,4788 m
Tinggi tangki (HT) = Hs + 2Hh
= 10,3513 m
5,9150 m = 7,3938 m
Tekanan desain, Volume tangki
= 148,9207 m3
Volume cairan
= 124,1006 m3
Tinggi tangki
= 10,3513 m
Tinggi cairan dalam tangki
= =
Tekanan hidrostatis
Vcairan dalam tangki tinggi tangki volume tangki
124,1006 10,3513 = 8,6261 m 148,9207
= (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki) = (1077,3397 kg/m3) (9,8 m/s2) (8,6261 m) = 62450,6123 Pa = 62,4506 kPa
p = (101,325 + 62,4506) kPa = 163,7756 kPa Faktor kelonggaran
= 20%
Tekanan Desain
= (1,2) (163,7756 kPa) = 196,5307 kPa = 28,5045 lb/in2
Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder), Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 11.000 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,0042 in/tahun
Tebal shell tangki (t),
Tebal silinder (t)
d
P Dt 2SE
c
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (lb/in2) = 28,5045 lb/in2
Dt
= diameter dalam tangki (in) = 232,8753 in
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
l28,5045 232,8753 0,0042 2 11.050 0,8 0,3797in 0,0096 m
Dipilih tebal silinder standar = ½ in Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup adalah ½ in. C.8
Tangki Penampungan Sementara (T-102) Fungsi
:menampung larutan Potassium Phosphate
Jenis
: tangki dengan tutup dan alas ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-129, Grade C
Kondisi operasi
: Temperatur (T) Tekanan (P)
: 250C (373,15 K) : 1 atm
Waktu tinggal (τ)
: 60 menit = 1 jam
F
: 132907,02523 kg/jam
ρcampuran
: 1112,0975 kg/m3
Q
: 59,7551 m3/jam
μcampuran
: 0,8937 cP
Ukuran tangki, Volume tangki yang ditempati bahan =
(Vo)
= 1 jam x 59,7551 m3/jam = 119,5102 m3
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry, dkk., 1999)
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 119,5102 m3 = 1,2 × 124,100 m3 = 143,4123 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Dt2 Hs
Volume silinder (Vs)
=¼
Vs
= (5/16)
Untuk tinggi head (Hh)
= 1 /4
ellipsoidal = /12
Dt3
Dt3 Dt ; diperoleh volume 2 tutup (Vh)
(Brownell dan Young, 1959)
Vt = Vs + 2 Vh Vt = (5 /16
Dt3) + ( /12
Vt = 19 /48
Dt3)
Dt 3
3 48 143,4123 5,8412 m 19
48 Vt Diameter tangki (D) 3 19 Tinggi silinder (Hs)
= 5 /4
Dt = 5/4
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1 /4
Dt = 1/4 × 5,8412 m = 1,4603 m
Tinggi tangki (HT) = Hs + 2Hh
= 10,2221 m
5,8412 m = 7,3015 m
Tekanan desain, Volume tangki
= 143,4123 m3
Volume cairan
= 119,5102 m3
Tinggi tangki
= 10,2221 m
Tinggi cairan dalam tangki
= =
Tekanan hidrostatis
Vcairan dalam tangki tinggi tangki volume tangki
119,5102 10,2221 = 8,5184 m 143,4123
= (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki) = (1112,0975 kg/m3) (9,8 m/s2) (8,5184 m) = 63660,5949 Pa = 63,6606 kPa
p = (101,325 + 63,6606) kPa = 164,9856 kPa
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran
= 20%
Tekanan Desain
= (1,2) (164,9856 kPa) = 197,9827 kPa = 28,7151 lb/in2
Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder), Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 11.050 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,0042 in/tahun
Tebal shell tangki (t),
P Dt 2SE
Tebal silinder (t)
d
c
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (lb/in2) = 28,7151 lb/in2
Dt
= diameter dalam tangki (in) = 229,9679 in
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
28,7151 229,9679 0,0042 2 11.050 0,8 0,3777in 0,0096 m
Dipilih tebal silinder standar = ½ in Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup adalah ½ in. C. 9 Pompa Ammonium Phosphate (P-101) Fungsi
: Memompa larutan ammonium phosphate dari tangki penampung ke Reaktor (R-101)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur, T = 25 oC
Universitas Sumatera Utara
F : 133698,4533 kg/jam ρ : 1077,3397 kg/m3 μ : 0,8937 cP Laju alir volumetrik: mv =
133698,4533 kg / jam = 0,0345 m3/s = 1,2173 ft3/s 3 1077,3397kg / m
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13
(Peters, 2004)
= 0,363 × (0,0345 m3/s) 0,45 × (1077,3397) 0,13 = 0,1977 m = 7,7829 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 3½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 3,548 in = 0,0901 m = 0,2957 ft
Diameter luar (OD)
: 4 in = 0,3333 ft
Inside sectional area, A : 0,0687 ft2 Kecepatan linier, V =
mv A
0,0345 ft3 / s 17,7196 ft/s 0,0687 ft2
Bilangan Reynold: NRe =
V D
67,256 17,7196 0,2957 586733,4911 (aliran turbulen) 0,0006
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004) pada NRe = 586733,4911 dan ε/D =
0,00015ft 0,2957ft
0,0005 diperoleh harga factor
fanning (Gambar 5.1) , f = 0,005 (Peters, 2004).
Friction loss : 1 sharp edge entrance, hc = 0,5 1
A2 V 2 A1 2 gc
0,5(1-0)
17,71962 2(1)(32,174)
hc = 2,4397 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
V2 hf = nKf 2 gc
2(0,75)
1 check valve,
V2 hf = nKf 2 gc
1(2)
Pipa lurus 100 ft,
Ff = 4 f
2 elbow
90o,
17,71962 2(32,174)
17,7196 2 2(32,174)
7,3192 ft.lbf/lbm
9,7589 ft.lbf/lbm
LV 2 (100)(17,7196) 2 = 4 (0,005) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
Ff = 33,0069 ft.lbf/lbm hex = n 1
1sharp edge exict
A1 A2
2
V2 2 gc
1(1-0)2
17,71962 2(1)(32,174)
hex = 4,8795 ft.lbf/lbm Total friction loss
Σ F = 57,4042 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
1 2 v2 2 gc
v1
2
g z2 gc
z1
p2
p1
F Ws
0
(Geankoplis, 2003)
Keterangan : v1 = v2 ∆v2 = 0 p1 = p2 ∆p = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,14266 ft
0
32,174 7,1426 0 57,4042 Ws 32,174
0
-Ws = 64,5468 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, 2004)
Wp= -Ws/ η = 80,6836 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
80,6836 1,2173 67,256 12,0106 hp 550
Digunakan daya motor standar 15 hp. C. 10 Pompa Potassium Phosphate (P-102) Fungsi
: Memompa larutan potassium phosphate dari tangki penampung ke Reaktor (R-101)
Universitas Sumatera Utara
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur, T = 25 oC F : 132907,02523 kg/jam ρ : 1112,0975 kg/m3 μ : 0,8937 cP Laju alir volumetrik: mv =
132907,02523 kg / jam = 0,0332 m3/s = 1,1723 ft3/s 3 1112,0975kg / m
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13
(Peters, 2004)
= 0,363 × (0,0332 m3/s) 0,45 × (1112,0975) 0,13 = 0,1952 m = 7,6836 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 3½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 3,548 in = 0,0901 m = 0,2957 ft
Diameter luar (OD)
: 4 in = 0,3333 ft
Inside sectional area, A : 0,0687 ft2 Kecepatan linier, V =
mv A
1,1723ft3 / s 17,0642ft/s 0,0687 ft2
Bilangan Reynold: NRe =
V D
69,4528 17,0642 0,2957 583260,3219 (aliran turbulen) 0,0006
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004) pada NRe = 583260,3219 dan ε/D =
0,00015ft 0,2957ft
0,0005diperoleh harga factor
fanning (Gambar 5.1) , f = 0,005 (Peters, 2004).
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : 1 sharp edge entrance
A2 V 2 A1 2 gc
hc = 0,5 1
0,5(1-0)
17,06422 2(1)(32,174)
hc = 2,2626 ft lbf/lbm
V2 2 gc
17,06422 2(32,174)
2 elbow 90o
hf = nKf
1 check valve
V2 hf = nKf 2 gc
Pipa lurus 100 ft
LV 2 (100)(17,0642) 2 Ff = 4 f = 4 (0,0055) (0,0518)(2)(32,174) D 2 gc
2(0,75)
1(2)
17,06422 2(32,174)
6,787 ft.lbf/lbm
9,0503 ft.lbf/lbm
Ff = 30,6103 ft.lbf/lbm
A1 hex = n 1 A2
1sharp edge exict
2
v2 2 gc
1(1-0)2
17,06422 2(1)(32,174)
hex = 4,5252 ft.lbf/lbm Σ F = 53,2361 ft.lbf/lbm
Total friction loss Dari persamaan Bernoulli :
1 2 v2 2 gc
v1
2
g z2 gc
z1
p2
p1
F Ws
0
(Geankoplis, 2003)
Keterangan : v1 = v2 ∆v2 = 0 p1
= p2
∆p
=0
Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft
0
32,174 7,1426 0 53,2361 Ws 32,174
0
-Ws = 60,3788 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, 2004)
Wp= -Ws/ η = 75,4735 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =
Wp mv 550
75,4735 1,1723 69,4528 11,1685 hp 550
Digunakan daya motor standar 15 hp.
Universitas Sumatera Utara
C.11
Heater (E-101)
Fungsi
: Menaikkan temperatur ammonium phosphate sebelum masuk ke Reaktor (R-101)
Jenis
: Double Pipe Heat Exchanger
Bahan
: Carbon Steel
Dipakai
: Pipa 4
Jumlah
: 1 unit
3 in IPS, 20 ft
Fluida dingin Laju alir ammonium phosphate masuk = 133698,4533 kg/jam= 294756,1747 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 25 0C = 77 0F Temperatur akhir (T2) = 80 0C = 176 0F Fluida panas = 20002,9826 kg/jam
Laju alir air
= 44099,2584 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 230 0C
= 446 0F
Temperatur akhir (t2)
= 90 0C
= 194 0F
Panas yang diserap (Q) = 28594363,6784 kJ/jam (1)
= 30168769,3425 Btu/jam
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 446 0F
Temperatur yang lebih tinggi
t1 = 77 0F
t1 = 369 0F
T2 = 194 0F
Temperatur yang lebih rendah
t2 = 176 0F
t2 = 18 0F
T1 – T2 = 252 0F
LMTD
(2)
t2 – t1 = 99 0F
Selisih
Δt 2 Δt1 Δt ln 2 Δt1
- 351 18 ln 369
t1 – t2 = 351 0
F
116,20880F
Tav dan tav
Tav
t av
T1 T2 2
t1
t2 2
446 194 320 0F 2
77 176 126,5 0F 2
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas, air: sisi annulus, (3)
Flow area annulus D2 D1
as
4,026 12 3,5 12
(Tabel 11, Kern, 1965)
0,3355 ft
0,2917 ft
2 2 (D 2 D1 ) 4
(0,3355
2
2 0,2917 )
4
Equivalen diameter = De = (4)
D12 ) D1
2
(0,33552 0,29172 ) 0,2917
0,0943ft
Kecepatan massa Gs
Ga (5)
(D 22
0,0216 ft
w as
lb m 44099,2584 2043497,7485 0,0216 jam ft 2
Bilangan Reynold Pada Tav = 320 0F = 0,013 lbm/ft2 jam
(6)
(Gbr. 15, Kern, 1965)
Re a
De G a μ
Re a
0,0943 2043497,7485 14816017,3868 0,0387
Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh
jH = 13280,9043 pada
Res = 14816017,3868 (7)
Pada Tc = 320 0F c = 0,17 Btu/lbm F
(Gbr.3, Kern, 1965)
k = 2,8299 Btu/jam.ft2.( F/ft)
(Tabel 5, Kern, 1965)
c. k
(8)
h0 = J
1 3
1 0,17 0,013 3 2,8299
k c H De k
0,0921 0,14
1 3
(Pers. 6.15b, Kern, 1965)
w
Universitas Sumatera Utara
= 13280,9043
2,8299 0,0921 1 0,1312
= 36720,6177 Btu/(jam)(ft2)(0F) Fluida dingin, Ammonium Phosphate: sisi tube, (3 )
D=
3,068 0,2557 ft 12 D
at (4 )
2
3,14 0,25572 4
4
0,0513 ft 2
Kecepatan massa
Gt Gt
W at
(Pers. 7.2, Kern, 1965)
lb m 294756,1747 5744404,8002 0,0513 jam ft 2
(5’) Bilangan Reynold Pada tav = 126,5 0F = 0,011 cP = 0,0266 lbm/ft2 jam Re t
Re t
(6 )
(Gbr. 15, Kern, 1965)
D Gt 0,2557 5744404,8002 55191556,1106 0,0266
Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 61152,6273 pada Ret = 55191556,1106
(7 ) Pada tav = 126,5 0F c = 1,2555 Btu/lbm F
(Gbr.3, Kern, 1965)
k = 0,3748 Btu/jam.ft2.( F/ft)
(Tabel 5, Kern, 1965)
c. k
(8’)
1
3
k hi = J H D
1,2555 0,0266 0,3748
k
hi = 61152,6273
3
0,4467 0,14
1 3
c
1
(Pers. 6.15a, Kern, 1965)
w
0,3748 0,4467 1 = 68521,6510 0,1723
Universitas Sumatera Utara
ID 0,2557 68521,6510 60064,1215 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 0,2917
(9 )
hi0= hi
(10)
Clean Overall coefficient, UC UC
h io h o h io h o
60064,1215 68521,6510 22788,6303Btu/jam ft 2 F 60064,1215 68521,6510
(Pers. 6.38, Kern, 1965) (11)
UD Rd ketentuan = 0,002 1 UD
1 UC
RD
1 0,002 0,002 Btu/jam ft 2 F 22788,6303
UD = 489,2651 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12)
Luas permukaan yang diperlukan Q = UD A
t
Q A=
UD x Δt
=
30168769,3425 489,2651 x 116,2088
Panjang yang diperlukan =
= 53,0609 ft2
530,6085 = 57,8635 ft (Tabel 11, Kern, 1965) 0,917
Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri. (13)
Luas sebenarnya = 58 0,917 = 53,1860 ft2, maka Q 30168769,3 425 UD = = = 4881,1392 Btu/jam.ft2.oF 53,1860 116,2088 A x Δt UC – UD = 22788,6303 - 4881,1392 = 0,0020 jam.ft2.oF/Btu 22788,6303 4881,1392 UC x UD Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.
RD =
Pressure drop Fluida panas, air : annulus (1)
De’ Rea’ f
= (D2 – D1) = (0,3355 – 0,2917) ft = 0,0438 ft '
D G = e a
0,0438 2043497,74 85 = 6890255,2291 0,013
= 0,0035 +
0,264
(Pers. 3.47b, Kern, 1965)
0,42
Re’ = 0,0035 +
,264 Res’00,42 = 0,0039 6890255,22 910,42
Universitas Sumatera Utara
s = 1, ρ = 1
62,5 = 62,5
4.f.Ga2.L
(2)
ΔFa =
(3)
V
=
Fi
= 3×
2.g.ρ2.De’ Ga 3600
=
4 × 0,0039 × 6890255,2291 2 × 58 =
2 × 4,18.108 × 62,52 × 0,0438
= 26,0872 ft
2043497,7485 = 9,0822 fps 3600 62,5
V2 9,08222 = 3× = 3,845 ft 2 32,174 2 g
(ΔFa + Fi) × ρ
Δps =
(Peters, dkk, 2004)
144
(26,0872 + 3,845) × 62,5
=
144
= 8,9917 psi
ps yang diperbolehkan = 10 psi Fluida dingin, Ammonium Phosphate : tube (1)
Untuk Ret = 55191556,1106 f = 0,0035 + s = 1, ρ = 1
(2)
ΔFt =
(3)
Δpt =
0,264 55191556,11060,42
= 0,0036
62,5 = 62,5
4.f.Gt2.L 2.g.ρ2.D
=
33, 449 x 62,5
4 × 0,0036× 5744404,80022×58 2 × 4,18.108 × 62,52 × 0,2557
= 33,4490 ft
= 9,5178 psi
144 pt yang diperbolehkan = 10 psi
C.12
Heater (E-102)
Fungsi
: menaikkan temperatur Potassium Phosphate sebelum masuk ke Reaktor (R-101)
Jenis
: Double Pipe Heat Exchanger
Dipakai
: Pipa 4
Bahan
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
3 in IPS, 20 ft
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin Laju alir potassium phosphate masuk = 132907,0252 kg/jam = 293011,3654 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 25 0C = 77 0F Temperatur akhir (T2) = 80 0C = 176 0F Fluida panas Laju alir air
= 19347,7882 kg/jam= 42654,7944 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 230 0C
= 446 0F
Temperatur akhir (t2)
= 90 0C
= 194 0F
Panas yang diserap (Q) = 27657759,9476 kJ/jam = 29180596,2104 Btu/jam (3)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 446 0F
Temperatur yang lebih tinggi
t1 = 77 0F
t1 = 369 0F
T2 = 194 0F
Temperatur yang lebih rendah
t2 = 176 0F
t2 = 18 0F
T1 – T2 = 252 F
Δt 2 Δt1 Δt ln 2 Δt1
LMTD
(4)
t2 – t1 = 99 0F
Selisih
0
- 351 18 ln 369
t1 – t2 = 351 0F
116,20880F
Tav dan tav
Tav
t av
T1 T2 2
t1
t2
446 194 320 0F 2
77 176 126,5 0F 2
2
Fluida panas, air: sisi annulus, (3)
Flow area annulus
D2
4,026 12
D1
3,5 12
as
(D22 D12 ) 4
0,3355 ft
(Tabel 11, Kern, 1965)
0,2917 ft
(0,3355 2 0,2917 2 ) 4
0,0216 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Equivalen diameter = De = (4)
D12 ) D1
(0,33552 0,29172 ) 0,2917
0,0943ft
Kecepatan massa Gs
Gs (5)
(D 22
w as
lb m 42654,7944 1976563,3122 0,0216 jam ft 2
Bilangan Reynold Pada Tav = 320 0F = 0,013 lbm/ft2 jam
(Gbr. 15, Kern, 1965)
Re s
De G s μ
Re s
0,0943 1976563,3122 14330721,1475 0,013
(6)
Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 12849,5299 pada
Res = 14330721,1475 (7)
Pada Tc = 320 0F c = 0,48 Btu/lbm F
(Gbr.3, Kern, 1965)
k = 2,8299 Btu/jam.ft2.( F/ft)
(Tabel 5, Kern, 1965)
1 3
c. k
(8)
h0 = J
0,17 0,0387 2,82995
k c H De k
= 12849,5299
1 3
0,0921 0,14
1 3
(Pers. 6.15b, Kern, 1965)
w
2,8299 0,1599 1 0,0943
= 35527,9025 Btu/(jam)(ft2)(0F) Fluida dingin, Potassium Phosphate: sisi tube, (3 )
D=
at
3,068 0,2557 ft 12 D 4
2
3,14 0,2557 2 4
0,0513 ft 2
Universitas Sumatera Utara
(4 )
Kecepatan massa
W at
Gt Gt
(Pers. 7.2, Kern, 1965)
lb m 293011,3654 5710400,7934 0,0513 jam ft 2
(5’) Bilangan Reynold Pada tav = 126,5 0F = 0,011 cP = 0,0266 lbm/ft2 jam Re t
(Gbr. 15, Kern, 1965)
D Gt
Re t
0,2558 5710400,7934 54864849,6689 0,0266
(6 ) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 60789,9831 pada Ret = 54864849,6689 (7 ) Pada tav = 126,5 0F c = 0,9127 Btu/lbm F
(Gbr. 3, Kern,1 965)
k = 0,3748 Btu/jam.ft2.( F/ft)
(Tabel 5, Kern, 1965)
c. k
(8’)
1
3
1
0,9127 0,0266 0,3748
k hi = J H D
k
hi = 60789,9831
0,4017 0,14
1 3
c
3
(Pers. 6.15a, Kern, 1965)
w
0,3748 0,4017 1 0,2557
= 65744,4765 Btu/(jam)(ft2)(0F)
ID 0,2257 65744,4765 57629,7297 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 0,2917
(9 )
hi0 = hi
(10)
Clean Overall coefficient, UC UC
h io h o h io h o
57629,7297 35527,9025 21978,4828Btu/jam ft 2 F 57629,7297 35527,9025
(Pers. 6.38, Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
(11)
UD Rd ketentuan = 0,002
1 UD
1 RD UC
1 0,002 0,002 Btu/jam ft 2 F 21978,4828
UD = 488,8783 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12)
Luas permukaan yang diperlukan Q = UD A
t
Q A=
UD x Δt
29180596,2104 488,8783 116,2088
=
Panjang yang diperlukan =
= 51,3635 ft2
51,3635 = 56,0125 ft (Tabel 11, Kern,1965) 0,917
Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri. (13)
Luas sebenarnya = 57 0,917 = 52,2690 ft2, maka Q 29180596,2104 UD = = = 4804,0873 Btu/jam.ft2.oF 52,269 116,2088 A x Δt UC – UD
RD =
=
21978,4828 - 4804,0873 21978,4828 4804,0873
= 0,0020 jam.ft2.oF/Btu
UC x UD Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima. Pressure drop Fluida panas, air : annulus (1)
De’
= (D2 – D1) = (0,3355 – 0,2917) ft = 0,0438 ft
Res’
=
f
D 'e G s
= 0,0035 +
s = 1, ρ = 1
(2)
0,0438 1976563,3122 = 6664566,0399 0,0387
ΔFa = V
=
6664566,03990,42
62,5 = 62,5
4.f.Gs2.L 2.g.ρ2.De’ 3600ρ
= 0,0039 (Pers. 3.47b, Kern, 1965)
(Peters, dkk, 2004)
4 × 0,0044 × 197563,31222 × 100 = = 24,0165 ft 2 × 4,18.108 × 62,52 × 0,0438 197563,31222
Gs (3)
0,264
=
3600 × 62,5
V2
3 × (8,7847)2
2g’
2 × 32,2
= 8,7847 fps
Universitas Sumatera Utara
Fi
= 3×
Δps =
=
= 3,5978 ft
(ΔFa + Fi) × ρ
(24,0165 + 3,5978) × 62,5
=
144
ps yang diperbolehkan
144
= 8,9854psi
10 psi
Fluida dingin, Ammonium Phosphate : tube (1)
Untuk Ret = 54864849,6689 0,264 f = 0,0035 + s = 1, ρ = 1
(2)
ΔFt =
(3)
Δpt =
54864849,66890,42 62,5 = 62,5
4.f.Gt2.L 2.g.ρ2.D
4 × 0,0036× 5710400,79342 × 100 = = 32,4875 ft 2 × 4,18.108 × 62,52 × 0,2557
32,4875× 62,5 = 9,1005 psi 144
pt yang diperbolehkan C.13
= 0,0036
10 psi
Reaktor (R-101)
Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi antara NH4H2PO4 dan KH2PO4 membentuk [KNH4(PO3)2]8
Jenis
: Tangki berpengaduk flat six blade open turbine dengan tutup dan alas ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-129, Grade B
Kondisi operasi
: Temperatur (T) Tekanan (p)
Waktu tinggal (τ) Data
:
a)
densitas
: 2 jam
: 210 0C (373,15 K) : 1 atm (Sheridan et al, 1975)
= 1803 kg/m3 (Perry, 2008)
-
NH4H2PO4
-
[KNH4(PO3)2]8= 2070,5 kg/m3
-
H2O
= 997,08 kg/m3 (Perry, 2008)
Universitas Sumatera Utara
b)
KH2PO4
= 2238 kg/m3 (Perry, 2008)
viskositas -
H2O
= 0,8973 cP (Perry, 2008)
Tabel C.3 Komposisi Umpan Masuk Reaktor (R-101) Laju alir (kg/jam)
mol (kmol/jam)
% mol
NH4H2PO4
22283,0755
193,7222
KH2PO4
19972,3672
H2O
Komponen
Total
Densitas 3
(kg/m )
Volume (m3/jam)
0,0154
1803
12,3589
146,7593
0,0117
2338
8,5425
220355,5623
5134,5152
0,9729
997,08
221,0009
262611,0051
12572,0604
1,000
-
241,9023
= 1085,6078 kg/m3 (Perry, 2008) Ukuran tangki, Volume tangki yang ditempati bahan =
(Vo)
= 2 jam x 241,9023 m3/jam = 483,8045 m3 Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry, 2008)
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 483,8045 m3 = 580,5655 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 1 : 1 Volume silinder (Vs) = ¼ Vs
Dt2 Hs
= (1/4)
Dt3
Untuk tinggi head (Hh)= 1/4 Dt ; diperoleh volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal = /12
Dt3 (Brownell dan Young, 1959)
Vt = Vs + 2 Vh Vt = ( /4
Dt3) + ( /12
Vt = /3
Dt3
Dt3)
Universitas Sumatera Utara
3 3 580,5655
3 Vt Diameter tangki (D) 3 Tinggi silinder (Hs)
4,1082 m
= Dt = 4,1082 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4
Dt = 1/4 × 4,1082 m = 1,0270 m
Tinggi tangki (HT) = Hs + 2Hh = 6,1623 m Tekanan desain, Volume tangki = 580,5655 m3 Volume cairan = 483,8045 m3 Tinggi tangki = 6,1623 m Tinggi cairan dalam tangki
= =
Tekanan hidrostatis
Vcairan dalam tangki tinggi tangki volume tangki
6,1623 6,1623 = 5,1352 m 580,5655
= (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki) = (1085,6078 kg/m3) (9,8 m/s2) (5,1352 m) = 54633,6224 Pa
poperasi
= 0,5392 atm
= po + phidrostatik = (1 + 0,5392) atm = 1,5392 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % pdesign
= (1 + fk) poperasi = (1 + 0,2) (1,5392 atm) = 1,8470 atm = 27,1439 lb/in2
Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder), Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 11.050 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,0042 in/tahun
Tebal shell tangki (t),
Tebal silinder (t) keterangan :
p Dt 2SE t
c
(Brownell dan Young, 1959) = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
Universitas Sumatera Utara
t
p
= tekanan desain (lb/in2)
Dt
= diameter dalam tangki (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
27,1439 161,7396 0,0042 2 11.050 0,8 0,2525 in 0,0064 m
Dipilih tebal silinder standar = 0,5 in Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup adalah 0,5 in. Menghitung Jaket Pemanas, Jumlah steam (230 0C) = 297766,4137 kg/jam Volume spesifik steam pada suhu 230 0C adalah 71,45 kg/m3
297766,4137 kg/jam = 4167,4795 m3/jam 3 71,45 kg/m
Laju volumetrik steam (Qs)
=
Diameter dalam jaket (d)
= diameter silinder + tebal silinder = 161,7396 in + 0,5 in = 162,2396 in = 4,1209 m
Tinggi jaket = tinggi reaktor = 6,1623 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D)
= 162,2396 in + (2 ×5) in = 172,2396 in = 4,3749 m
Luas yang dilalui steam (A), A=
4
(D2-d2) =
4
(4,3749 2 - 4,12092) = 1,6940 m2
Kecepatan superficial steam (v), v=
Qs 4167,4795m3/jam = = 2460,1724 m/jam = 0,6834 m/s A 1,6940 m2
Tekanan saturated steam pada 230 0C adalah 2797,6 kPa = 27,6102 atm Faktor keamanan = 20 %
Universitas Sumatera Utara
pdesain = (1,2) (27,6102 atm) = 33,1322 atm = 486,9108 psi Tebal dinding jaket (tj), Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 11.050 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun Tebal shell jaket (t),
p Dt 2SE
Tebal shell jaket (t)
c
Keterangan : t
= tebal dinding jaket (in)
p
= tekanan desain (lb/in2)
(Brownell dan Young, 1959)
Dt = diameter dalam jaket (in)
t
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
486,9108 172,2396 0,0042 2 11.050 0,8 4,4723 in 0,1136 m
Dipilih tebal jaket standar 5 in. Pengaduk (impeller), Jenis : flat six blade open turbin Kecepatan putaran (N) = 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor
= 80 %
Pengaduk ini didesain dengan standar sebagai berikut, Da : Dt Da =
=1:3
(Geankoplis, 2003)
1 1 Dt = (4,1082 m) = 1,3694 m 3 3
E : Da
=1
E = Da
= 1,3694 m
W : Da
=1:8
(Geankoplis, 2003)
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Da = 0,1712 m 8
W=
C : Dt C=
=1:3
Dt 3
= 1,3694 m
L : Da L=
=1:4
(Geankoplis, 2003)
1 Da = 0,3423 m 4
J : Dt J=
(Geankoplis, 2003)
= 1/12
(Geankoplis, 2003)
1 (Dt) = 0,3423 m 12
Dengan, Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Daya pengaduk, Bilangan Reynold (NRe) =
Da 2 N
=
(1,3694 2 )(1)(1085,6078) 0,8937
= 2277,9311
p
Np =
N 3 Da5
= 2,8
(Geankoplis, 2003)
P = Np . ρ . N3 . Da5 = (2,8) (1085,6078) (1)3 (1,3694) = 14637,9216 Watt = 19,6298 hp Daya motor (Pm), Pm
=
P 19,6298 = = 24,5372 hp 0,8 0,8
Dipilih motor pengaduk dengan daya 25 hp
Universitas Sumatera Utara
C. 14 Pompa Potassium Ammonium Polyphosphate (P-103) Fungsi
: Memompa Potassium Ammonium Polyphosphate dari reaktor ke evaporator (FE-101)
Tipe
: Centrifugal Pump
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Cadangan
: 1 unit
Data perhitungan: Temperatur, T = 210 oC Laju alir, F
= 266605,4785 kg/jam
Densitas, ρ
= 1094,3912 kg/m3 = 68,3205 lbm/ft3
Viskositas, μ = 0,8937 cP
= 0,0006 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik: mv =
266605,4785 kg / jam = 243,6108 m3/jam = 0,0677 m3/s = 2,3896 ft3/s 3 1094,3912 kg / m
Desain pompa: Untuk aliran turbulen, NRe > 2100 Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13
(Peters, 2004) 3
= 0,363 × (0,0677 m /s)
0,45
× (1094,3912)
0,13
= 0,2683 m = 10,5643 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 3½ in
Schedule number
: 40
Diameter dalam (ID)
: 3,548 in = 0,0901 m = 0,2957 ft
Diameter luar (OD)
: 4 in = 0,3333 ft
Inside sectional area, A : 0,0687 ft2 Kecepatan linier, V =
mv A
2,3896ft3 / s 34,7838ft/s 0,0687 ft2
Bilangan Reynold: NRe =
V D
68,3205 34,7838 0,2957 1169993,8130 (aliran turbulen) 0,0006
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004)
Universitas Sumatera Utara
pada NRe = 1169993,8130 dan ε/D =
0,00015ft 0,2957ft
0,0005diperoleh harga factor
fanning (Gambar 2.10-3) , f = 0,0015 (Geankoplis, 2003). Friction loss : A2 V 2 A1 2 gc hc = 9,4013 ft lbf/lbm
1 sharp edge entrance hc = 0,5 1
V2 hf = nKf 2 gc
o
2 elbow 90
2(0,75)
0,5(1-0)
34,78382 2(1)(32,174)
34,78382 2(32,174)
hf = 28,2039 ft.lbf/lbm
34,78382 2(32,174)
1 check valve
hf = nKf
V2 2 gc
Pipa lurus 50 ft
Ff = 4 f
LV 2 (50)(34,7838) 2 = 4 (0,005) (0,1342)(2)(32,174) D 2 gc
1(2)
37,6052 ft.lbf/lbm
Ff = 19,0784 ft.lbf/lbm
A1 hex = n 1 A2
1sharp edge exict
2
v2 2 gc
1(1-0)2
34,78382 2(1)(32,174)
hex = 18,8026 ft.lbf/lbm Total friction loss
Σ F = 113,0914 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
1 2 v2 2 gc
v1
2
g z2 gc
z1
p2
p1
F Ws
0
(Geankoplis, 2003)
Keterangan : v1 = v2 ∆v2 = 0 p1 = p2 ∆p = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft
0
32,174 7,1426 0 113,0914 Ws 32,174
0
-Ws = 120,2340 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi pompa, η = 80%
(Peters, 2004)
Wp= -Ws/ η = 150,2925 ft.lbf/lbm
Wp mv
Daya pompa, P =
150,2925 1,115 68,3205 550
550
22,3064 hp
Digunakan daya motor standar 25 hp. C.13 Evaporator (FE-101) Fungsi
: Meningkatkan konsentrasi Potassium Ammonium Polyphosphate
Jenis
: Tangki dengan tutup dan alas elipsoidal yang dilengkapi dengan koil pemanas
Bahan Konstruksi
: Carbon steel, SA-283, Grade C
Kondisi operasi
: T = 220 ˚C P = 1 atm
Perhitungan: Ukuran Tangki Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki = laju volumetrik umpan (vo) x 1,2 = (81,2036) x 1,2 = 97,4443 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 4 : 1 Volume silinder (Vs) = π/4 x D2Hs = π D3 Tutup dan alas tangki berbentuk elipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga, tinggi head (Hh) = 1/6 x D (Brownell dan Young, 1959) (Vh) Elipsoidal = π/4 x D2Hh x 2 = π/4 x D2(1/6 D) x 2 = π/12 x D3 Vt
= Vs + Vh (Brownell dan Young, 1959)
Vt
= (π D3) + (π/12 x D3)
Vt
= 13. π/12 x D3
Diameter tangki (D) =
3
12Vt 12x97,4443 =3 13x3,14 13
Universitas Sumatera Utara
= 3,0598 m = 120,463 in = 10,0385 ft
Jari-jari
= 1,5299 m = 60,2315 in
Tinggi silinder (Hs)
= 4. D
= 12,2391 m
Tinggi tutup elipsoidal (Hh)
= 1/6 x D = 1/6 x 3,0598
= 0,51 m
= Hs + (Hh x 2) = 13,2590 m
Tinggi tangki (HT)
Menghitung tekanan desain Volume tangki = 97,4443 m3 Volume cairan = 81,2036 m3 Tinggi tangki = 13,2590 m Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan dalam tan gki x tinggi tan gki volume tan gki
=
81,2036x13,2590 97,4443
= 11,0492 m
= ρ x g x tinggi cairan dalam tangki
Tekanan hidrostatis
= 1185,4735 x 9,8 x 11,0492 = 118502,5641 kPa = 116,9529 atm Faktor keamanan untuk tekanan p desain
= 20 %
= 116,9529 x (1 + 0,2) = 140,3435 atm = 9,5498 psi
Tebal dinding tangki (bagian silinder) Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 11.050 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C
= 0,042 in/tahun
(Peters, 2004)
Umur alat, n
= 10 tahun
t=
P R SE 0,6 P
t=
9,5498 60,2315 10 (0,042) = 0,4851 in 11.050 0,8 0,6 9,5498
nC
tebal shell standar yang digunakan = 0,5 in
Universitas Sumatera Utara
Tebal dinding head (tutup tangki) Dipilih tebal head standar sama dengan tebal dinding tangki = 0,5 in
Menghitung Luas Permukaan Perpindahan Panas (A) Panas yang diserap (Q)
= 573781952,5148 kJ/jam = 543838220,1153 Btu/jam
Dari Tabel 8 hal 840, Kern 1965, fluida panas gases dan untuk fluida dingin berupa medium organic maka UD = 50-100. Diambil nilai UD = 100 Btu/jam ft2 oF. Luas permukaan untuk perpindahan panas, A= A=
Q UD
t
543838220,1153 = 2471,9919 ft2 100 220
Menghitung jumlah lilitan koil: Dari Appendix tabel 10, hal.843 (Kern, 1965) diperoleh : tube OD 1 in BWG 12, memiliki surface per linft, ft2 (a1) = 0,479 ft2/ft Luas permukaan lilitan koil (Ak) =
.Dk.a1 = 15,0985 ft2
Jumlah lilitan koil (n) = A / Ak / 10 = 17 lilitan Jarak antar lilitan koil (j) = 2 D = 20,0770 ft. C.16
Sub Cooler Condensor (E-103)
Fungsi
: Mengkondensasikan uap air yang berasal dari evaporator
Jenis
: Shell and tube heat exchanger
Dipakai
: Pipa 24
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas
22 in IPS, 20 ft
: Air
Laju alir fluida masuk (W) : 198320,0061 kg/jam = 437223,0563 lbm/jam Temperatur masuk (T1)
: 220 oC
= 428 oF
Temperatur keluar (T2)
: 85 oC
= 185 oF
Fluida dingin
: Air pendingin
Laju alir fluida masuk (w) : 245198,7710 kg/jam = 540573,5818 lbm/jam
Universitas Sumatera Utara
Temperatur masuk (t1)
: 25 oC
= 77 oF
Temperatur keluar (t2)
: 90 oC
= 194 oF
Panas yang diserap (Q)
: 667234895,5823 kJ/jam= 703972848,9331 Btu/jam
Perhitungan (1) t = beda suhu sebenarnya Tabel C.4 Data Suhu Sub Cooler Condensor Fluida panas (oF)
t1 = 351
t1 = 77
t2 = 9
t2 – t1 = 117
t1 - t2 = 342
lebih rendah Selisih
Selisih (oF)
t2 = 194
Temperatur yang
T1 – T2 = 153 t2 t1 t2
ln
LMTD
dingin ( F)
lebih tinggi
T2 = 185
t1
o
Temperatur yang
T1 = 428
LMTD
Fluida
Keterangan
Δt 1 Δt 2 Δt 1 Δt 2
ln
342 351 ln 9
= 93,3518 oF
(2) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc tc
T1
T2 2
t1
t2 2
428 185 2
= 306,5 F
77 194 2
= 135,5 F
Fluida panas : anulus (3) Luas aliran, D2
D 1
Fluida dingin: pipa (3) ID =
23,25 1,9375 ft 12
22 1,8333 ft 12
Untuk 24 in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 6,283 ft2/ft
ap
21,25 1,7708 ft 12 D2 4
2,4616 ft 2
(4) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
(Tabel 11 Kern, 1965) a
(D 2 D 2 ) 2 1 a 4 0,3083 ft 2
Diameter ekivalen = De
Gp
w ap
Gp
540573,5818 2,4616
= 0,0099 cP = 0,0239 lbm/ft, jam (Fig. 14 Kern, 1965)
Re
(4) Kecepatan massa W aa
DG p p
Rep
437223,0563 0,3083
Ga
1417970,8226
μ
(Kern, 1965)
1,7708 219598,7098 16270824,9072 0,0239
(6) Taksir JH dan diperoleh lbm jam ft2
(5’) Pada Tc = 306,5 F campuran
lb m
jam ft 2 (5) Pada tc = 135,5 F, diperoleh viskositas
(D 2 D 2 ) 2 1 De D 1 0,2143ft
Ga
219598,7098
JH = 14574,0666 (Fig. 24, Kern, 1965) (7) Pada tc = 135,5 F,
= 0,014 cP
c = 0,45 Btu/(lbm)( 0F)
= 0,0339 lbm/ft, jam
(Fig. 2, Kern, 1965)
(Fig. 14 &15, Kern, 1965)
k = 0,3789 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Tabel 4, Kern, 1965)
D Re a Re a
G
e
a
1 3
c
μ
0,45 0,0239 0,3789
k
0,2143 1417970,8226 0,0339 8970364,8434
(6’) Dari gambar 24 diperoleh
1 3
= 0,3050 k (8)hi = J H D
JH = 8084,7687
0 ,14
1 3
c k
w
0,14
(Kern, 1965) (7’) Pada Tc = 306,5 F, maka ccampuran = 0,46 Btu/lbm ,0F (Fig. 2 & 3, Kern, 1965) kcampuran = -1,4931 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (Tabel 5, Kern, 1965)
Asumsi
=1
w hi = 14574,0666
0,3789 0,3050 1 1,7708
= 2099,2555 Btu/(jam)(ft2)(0F) (9) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965
Universitas Sumatera Utara
1 3
c
0,46 0,0339 - 1,4931
k
1 3
hi0 = hi
ID 1,7708 2099,2555 1,8333 OD
= 2027,6899 Btu/(jam)(ft2)(0F)
= -0,2185 (8’) Dari pers 6.15b 0 ,14
1 3
k c h0 = J H De k
w
0,14
Asumsi
=1
w (Kern, 1965) h0 = 8084,7687
1,4931 -0,2185 1 0,2143
= 12311,7638 Btu/(jam)(ft2)(0F)
(10) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UC
h io h o h io h o
2027,6899 2027,6899
12311,7638 12311,7638
1740,9617Btu/jam.ft 2 . F
(11) Koefisien Keseluruhan desain 1 UD
1 RD UC
2 0 1 0,002 = 0,0026 (jam)(ft )( F)/Btu 1740,9617
UD = 388,4408 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan Q = UD A
t
Luas Penampang, A =
Q UD
Panjang yang diperlukan =
t
2 703972848,9331 1941,3709ft 388,4408 93,3518
1941,3709 337,8060 ft 5,747
Berarti diperlukan 16 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri Luas sebenarnya UD =
Q A
t
= 338 x 5,747 = 1942,4860 ft2 703972848,9331 3882,1777 Btu/(jam)(ft2)(0F) 1942,4860 93,3518
Universitas Sumatera Utara
UC U D UC UD
RD =
1740,9617 3882,1777 0,002 (jam)(ft2)(0F)/Btu 1740,9617 3882,1777
Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 16270824,9072 aliran
De’
dengan heat transfer
turbulen, jadi menggunakan persamaan
= (D2 – D1)
3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
= (1,9375 – 1,8333) ft = 0,1042 ft
D Re a
G
e
f = 0,0035 +
a
0,264 16270824, 9 0 720,42
f = 0,0037
μ
Rea = 4361282,3548 aliran turbulen Dengan menggunakan persamaan 3.47b
Pada tc = 135,5 F diperoleh S=1 (Tabel 6, Kern, 1965)
Kern, 1965, diperoleh : f = 0,0035 +
0,264 4361282,35 480,42
62,5 = 62,5 lb/ft3
ρ=1 (2)
Fp =
= 0,0039
=
Scampuran = 1 (tabel 6, Kern, 1965) 62,5 = 62,5 lb/ft3
ρ=1 (2)
4fGa 2 L Fa = 2g 2 D e
(3) pp = 0,04222 62,5
31,4017
= 6,3021 fps 3
0,0422 ft 144
Ga (3) V = fps 3600
Fi
4fGp2L 2g 2De
= 0,0183 psi Pp yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan
demikian
rancangan
dapat
diterima.
V2 2g '
1,8516 ft
pa =
31,4017 1,8516 ) 62,5 psi 144
= 9,4329 psi
Universitas Sumatera Utara
pa yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.
C.17 Pompa (P-104) Fungsi
: Memompa potassium ammonium polyphosphate dari evaporator (FE101) ke spray dryer (D-101).
Jenis
: pompa sentrifugal
Bahan
: commercial steel
F
: 62574,6172 kg/jam = 38,3206 lbm/s
ρcampuran : 1185,4735 kg/m3 = 74,0065 lbm/ft3 : (62574,6172/1185,4735/3600) = 0,0159 m3/s 0,5609 ft3/s
mv
μcampuran : 0,8937 cP = 0,0006 lbm/ft.s Perencanaan pompa, Diopt
= 0,363 (mv)0,45 (ρ)0,13
(Walas, 1990)
= 0,363 (0,0159)0,45 (1185,4735)0,13 = 0,1398 m = 5,5028 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID) : 4,0260 in = 0,3355 ft Diameter Luar (OD) : 4,5 in = 0,3750 ft Inside sectional area : 0,0884 ft2 Kecepatan linier, v =
Q 0,5609 ft 3 / s = = 6,3447 ft/s A 0,0884ft 2
Sehingga, NRe
=
v D
74,0065 lbm/ft3 6,3447 ft/s 0,3355 ft = 242162,7439 0,0006 lbm/ft.s Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 in =
(Darby, 2001)
Maka ε/D = 0,00015/0,3355 = 0,0004 Dari nilai ε/D = 0,0004 dan NRe = 242162,7439, diperoleh harga f = 0,005 (Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : 1 sharp edge entrance
A2 V 2 A1 2 gc
hc = 0,5 1
0,5(1-0)
6,34472 2(1)(32,174)
hc = 17,9431 ft lbf/lbm 2 elbow 90o
V2 2 gc
hf = nKf
6,34472 0,75 ft.lbf/lbm 2(1)(32,174)
2(0,75)
hf = 53,8293 ft lbf/lbm
V2 hf = nKf 2 gc
1 check valve
1(2)
6,34472
2(1)(32,174)
2 ft.lbf/lbm
hf = 71,7725 ft lbf/lbm Ff = 4 f
Pipa lurus 50 ft
Lv 2 (50)(6,3447) 2 = 4 (0,0061) (0,0518)(2)(32,174) D 2 gc
Ff = 106,9645 ft.lbf/lbm
A1 hex = n 1 A2
1sharp edge exict
2
v2 2 gc
1(1-0)2
6,34472 2(1)(32,174)
hex = 35,8862 ft.lbf/lbm Σ F = 286,3957 ft.lbf/lbm
Total friction loss Dari persamaan Bernoulli :
1 2 v2 2 gc
v1
2
g z2 gc
z1
p2
p1
F Ws
0
(Geankoplis, 2003)
Keterangan : v1 = v2 ∆v2 = 0 p1
= p2
∆p = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft
0
32,174 7,1426 0 286,3957 Ws 32,174
0
-Ws = 293,5383 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80 %
(Peters, 2004)
Wp= -Ws/ η = 366,9229 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Wp mv
Daya pompa, P =
366,9229 0,4120 74,0065 550
550
24,5638 hp
Digunakan daya motor standar 25 hp. C. 16 Spray Dryer (D-101) Fungsi
: Mengeringkan potassium ammonium polyphosphate hingga air menguap seluruhnya.
Tipe
: Spray dryer
Bentuk
: Vertical spray dryer
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade C Jumlah
: 1 unit Tabel C.5 Densitas Komponen Masuk Ke Spray Dryer Komponen [KNH4(PO3)2]8 NH4H2PO4 H2O Total
Laju alir
Densitas
Volume
(kg/jam)
(kg/m3)
(m3/jam)
37878,7879
2070,5
18,2945
2025,7341
1803
1,1235
22670,0952
997,08
22,7365
62574,6172
42,1545
Densitas campuran :
mC VC
C
62574,6172kg 42,1545m 3
1484,4101kg/m 3
Perhitungan : a. Volume larutan =
62574,6172 kg/jam
x 1 jam = 42,1545 m3 3 1484,4101 kg/m
faktor kelonggaran = 20 % Vt = 1,2
42,1545 m3 = 50,5854 m3
b. Diameter dan panjang shell -
Di : Hs = 2 : 3
-
Volume tangki (V) V =Vs + 2Ve
Universitas Sumatera Utara
11 πDi 3 24 50,5854 m 3 V
11 πDi 3 24
Di = 3,2747 m Hs = 4,9121 m c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 3,2747 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup
=
1 3,2747 4
0,8187 m
Tinggi total tangki = Hs + 2Hh = 4,9121 m + 2 (0,8187) m = 6,5494 m d. Tebal shell tangki Volume larutan = 42,1545 m3 Volume tangki = 50,5854 m3 Tinggi larutan dalam tangki =
42,1545 x 6,5494 m = 5,4579 m 50,5854
Tekanan hidrostatik p
=
xgxl
= 1697,4589 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 5,4579 m = 79396,5972 Pa = 11,5155 psia Faktor kelonggaran = 20 % p operasi
= 1 atm = 14,696 psia
Maka, pdesain
= (1,2) (p operasi + p hidrostatik) = 1,2 (14,696 + 11,5155) = 31,4538 psia
Dari Walas diperoleh bahwa tekanan desain dari bejana yang beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig. -
Direncanakan bahan konstruksi Carbon steel SA-212, Grade B
-
Allowable working stress (S) : 11050 psia
(Peters, 2004)
-
Joint efficiency (E)
: 0,85
(Peters, 2004)
-
Corossion allowance (C)
: 0,0125 in/tahun
-
Umur alat : 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
pR n. C SE 0,6p ( 40 psig) ( 64,4627in) 10 (0,0125 in) (11050 psia)(0,85) 0,6(40 psig) 0,3549 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = ½ in
(Brownell&Young, 1959)
e. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = ½ in C.17
(Brownell&Young, 1959)
Belt Conveyor (C-103)
Fungsi
: Mengangkut produk [KNH4(PO3)2]8 menuju gudang penyimpanan produk (G-103)
Jenis
: Continuous belt conveyor
Bahan
: Carbon steel
Kondisi operasi
: Temperatur Tekanan
Laju bahan
= 25 0C = 1 atm
: 40102,2125 kg/jam
Faktor kelonggaran : 12 %
(Tabel 28-8 Perry, 2008)
Kapasitas total belt conveyor : = 1,12
Laju bahan
= 1,12
40357,9239 kg/jam
= 45200,8748 kg/jam = 45,2009 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas > 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21–7, Perry, 2008) - Lebar belt conveyor
= 18 in
- Luas permukaan muatan
= 0,18 ft2
- Lapisan belt maksimum
=6
- Kecepatan belt maksimum = 350 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): P
0,0027 m 0,82 L
(Peters, 2004)
Universitas Sumatera Utara
Keterangan:
P
= daya (kW)
m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 45,2009 ton/jam = 12,5558 kg/s L = 25 ft = 7,62 m P 0,0027 (12,5558)0,82 (7,62) 0,1638 kW 0,2197 hp
Digunakan daya motor standar ¼ hp C.18
Gudang Penyimpanan Produk [KNH4(PO3)2]8 (G-103)
Fungsi
: Menyimpan produk [KNH4(PO3)2]8
Bentuk bangunan
: Dinding
: beton
Lantai
: aspal
Atap
: seng
Jumlah
: 1 unit
Kondisi penyimpanan : Kondisi ruangan
: Temperatur : 25 0C Tekanan
Kebutuhan
: 1 atm
: 30 hari
Perhitungan desain bangunan : Bahan baku [KNH4(PO3)2]8 dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan memuat masing-masing 30 kg produk [KNH4(PO3)2]8. Densitas [KNH4(PO3)2]8 diperoleh melalui estimasi dengan Metode Rackett (Perry, dkk., 2007)
= 2070,5 kg/m3.
Jadi, 1 karung memuat :
V ρ
30 kg = 0,0144 2070,5kg/m 3
Laju produk [KNH4(PO3)2]8 = 40357,9239 kg/jam Banyaknya karung yang diperlukan dalam 30 hari :
968590,1742
Universitas Sumatera Utara
Diambil 968591 karung, maka : Volume karung tiap 30 hari = 968591 karung × 0,0144 m3 = 14034,1608 m3 Faktor kosong ruangan
= 20 %
Area jalan dalam gudang
= 20 %
Volume ruang yang dibutuhkan : = (1,4) × 14034,1608 m3
Volume total
= 19647,8252 m3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t) volume
= panjang × lebar × tinggi = (2t) × (2t) × t
19647,8252 m3= 4t3 t
= 16,9988 m
Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang
= (2) × 16,9988 m
= 33,9976 m
lebar
= (2) × 16,9988 m
= 33,9976 m
tinggi
= 16,9988 m
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS D-1 Perhitungan Spesifikasi Peralatan Utilitas 1. Screening (SC) Fungsi
: Menyaring pertikel kasar yang terikut dalam aliran air
Jenis
: Bar screen
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : Stainless steel Kondisi operasi
: Temperatur Cairan = 25 oC Tekanan
= 1 atm
Dari Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, diperoleh : Ukuran bar : Lebar
: 5 mm
Tebal
: 20 mm
Bar screening spacing
: 20 mm
Slope
: 30 o
Densitas air ( )
: 997,08 kg/m3
Laju alir massa (F)
: 378911,3983 kg/jam
- Laju alir volume (Q)
=
(Geankoplis, 2003)
378911,3983 kg / jam x 1 jam / 3600 s 997,08 kg / m 3
= 0,1056 m3/s Direncanakan ukuran screening : Panjang
=2m
Lebar
=2m
2m
20 mm
2m
20
Gambar D-1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas) mm
Misalkan jumlah bar = x
Universitas Sumatera Utara
2 meter = 2000 mm Maka, 20x + 20 (x+1) = 2000 40 x
= 1980
x
= 49,5 = 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20 (50+1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Asumsi, Cd = 0,6 dan 30 % screen tersumbat Head Loss ( H) =
Q2 2gCd 2 A 2
2
=
(0,1056) 2 2(9,8)(0,6) 2 (2,04) 2
= 0,00037 m dari air
2. Pompa Utilitas - 101 (PU-101) Fungsi Jenis Jumlah
: Memompa air dari sungai ke bak sedimentasi-101 : Pompa sentrifugal : 1
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur Cairan
= 25 C
-
Densitas air ( )
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
-
Viskositas air ( )
= 0,8937 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 101,325 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2) = 101,325 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
(Perry, 2008)
= 0,0006 lbm/ft s (Perry, 2008)
Laju alir massa (F) = 378911,3983 kg/jam = 232,0447 lbm/s Laju alir volumetrik, Q
F
232,0447lbm/s 62,246 lbm/ft 3
3,7279 ft 3 / s
0,1056 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 = 0,363
Q0,45
0,13
(Peters, 2004)
(0,1056)0,45 (997,08)0,13
= 0,3238 m = 12,7493 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 8 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 7,981 in = 0,6651 ft = 0,2027 m
Universitas Sumatera Utara
- Diameter luar (OD)
= 8,625 in = 0,7188 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,3474 ft2
- Bahan konstruksi
= Commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
3,7279 ft 3 / s 0,3474ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D
10,7308ft / s
62,246x10,7308x0,6651 0,0006
739702,2118
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5 ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,6651 = 0,0001 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 739702,2118 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0035 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 70 ft = 21,336 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,6651 ft = 8,6461 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,6651 ft = 39,905 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,6651 ft = 7,3159 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,6651 ft = 36,5796 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 70 + 8,6461 + 39,905 + 7,3159 + 36,5796 = 162,4466 ft
Universitas Sumatera Utara
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,00035) x(10,73082 ) x(162,4466) 2.x(32,174) x(0,6651)
2..g c .D
6,1191
Tinggi pemompaan ,Δz = 10 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
10 ft.lbf / lbm
0
p
0 2
-Ws
=
v g + + z 2. g c gc
p
+F
= 10 + 0 + 0 + 6,1191 = 16,1191 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 20,1489 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 8,5008 hp 550 0,8 =
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 10 hp.
3. Bak Sedimentasi-101 (BS-101) Fungsi
= Mengendapkan lumpur yang terikut bersama air
Jumlah
=1
Jenis
= Beton
Kondisi simpan
: T = 25 oC p = 1 atm
ρair
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
Laju alir massa (F)
= 378911,3983 kg/jam
Laju alir Volumetrik (Q)
=
F
=
(Geankoplis, 2003)
378911,3983 kg/jam (997,08kg/m 3 )(60 menit/jam)
= 0,1056 m3/menit = 223,6707 ft3/menit Desain perancangan, Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif
(Kawamura, 1991)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir
(Kawamura, 1991)
vo = 1,57 ft/min atau 8 mm/s Spesifikasi,
- Kedalaman = 8 ft - Lebar
Kecepatan aliran (v) =
= 2 ft
223,6707ft 3 /menit Q = = 13,9794 ft/menit (8 ft)(2 ft) A
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 12 ft. Desain panjang ideal bak (L) = K
h v vo
(Kawamura, 1991)
12 (13,9794) 1,57
= 1,5
= 160,2736 ft Diambil panjang bak = 161 ft = 49,0728 m Uji desain, Waktu retensi (t) =
Va Q
p
l Q
L
=
161 2 8 ft 3 = 11,5169 menit 223,6707 ft 3 /menit
Waktu retensi (t) yang diizinkan adalah 6 – 15 menit, maka desain ini dapat diterima (Kawamura, 1991) gal ft 3 (2 ft ) (161 ft )
223,6707 7,481
Surface loading :
Q A
= 5,1965
gpm ft 2
Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991) Bak menggunakan gate valve dan full open (16 in) maka,
v2 Headloss ( h) = K = (0,12) 2g
ft 13,9794 menit
1 menit 60 sekon m 2 9,8 2 s
1m 3,2808 ft
2
= 0,0029 m dari air
Universitas Sumatera Utara
4.
Pompa Utilitas - 102 (PU-102) Fungsi : Memompa air dari bak pengendapan (BS) ke clarifier (CL) Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur Cairan = 25 C
-
Densitas air ( )
= 997,08 kg/m3
= 62,246 lbm/ft3
(Perry, 2008)
-
Viskositas air ( )
= 0,8937 cP
= 0,0006 lbm/ft s
(Perry, 2008)
-
Tekanan masuk (p1) = 101,325 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2116,2281 lbf/ft2
= 101,325 kPa
Laju alir massa (F) = 378911,3983 kg/jam = 232,0447 lbm/s Laju alir volumetrik, Q
F
232,0447lbm/s 62,246 lbm/ft 3
3,7279 ft 3 / s
0,1056 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 = 0,363
Q0,45
0,13
(Peters, 2004)
(0,1056)0,45 (997,08)0,13
= 0,3238 m = 12,7493 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 8 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 7,981 in = 0,6651 ft = 0,2027 m
- Diameter luar (OD)
= 8,625 in = 0,7188 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,3474 ft2
- Bahan konstruksi
= Commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
3,7279 ft 3 / s 0,3474ft 2 .v.D
(Geankoplis, 2003)
10,7308ft / s
62,246x10,7308x0,6651 0,0006
739702,2118
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5
Universitas Sumatera Utara
ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,6651 = 0,0001 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 739702,2118 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0035 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,6651 ft = 8,6461 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,6651 ft = 39,905 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,6651 ft = 7,3159 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,6651 ft = 36,5796 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 8,6461 + 39,5905 + 7,3159 + 36,5796 = 122,4466 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0035)x(10,73082 ) x(122,4466) 2.x(32,174) x(0,6651)
2..g c .D
4,6124
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
p
10 ft.lbf / lbm
0
0
Universitas Sumatera Utara
2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 10 + 0 + 0 + 4,6124 = 14,6124 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 18,2655 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
7,7062hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 10 hp. 5. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-101) Fungsi : Membuat larutan alum [Al2(SO4)3] Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283, Gr.C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: T = 25 oC P = 1 atm
Al2(SO4)3 yang digunakan
= 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30
(
berat)
F Al2(SO4)3
= 18,9456 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30%
= 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20 %
(Perry, 2008)
Desain tangki, Ukuran tangki, 18,9456
Volume larutan (Vl) =
kg jam
jam 30hari hari = 33,3598 m3 kg 0,3 1363 3 m 24
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (33,3598 m3) = 40,0317 m3 Direncanakan, D : H = 1 : 1 V=
1 4
D2 H 40,0317 m3 =
1 1 (3,14) D2 D 40,0317 m3 = 4 4
D3
Universitas Sumatera Utara
Maka, D = 3,7083 m = 12,1663 ft H = 3,7083 m = 12,1663 ft R = 1,8542 m = 6,0831 ft
33,3598m 3 3,7083 m = 3,0903 m = 10,1386 ft Tinggi cairan dalam tangki = 40,0317 m 3 Tebal dinding tangki, phidrostatis
= ρgh = (1363 kg/m3) (9,8 m/s2) (3,0903 m) = 41,278 kPa
pT
= (101,325 + 41,278) kPa = 142,603 kPa
Faktor kelonggaran 5 %, maka pdesign
= (1,05) (142,603 kPa) = 149,7332 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 87218,714
(Brownell dan Young, 1959)
Umur alat
= 10 tahun
Tebal shell tangki, t=
pD SE 0,6 p
149,7332kPa 3,7083 m 87218,714kPa 0,8 0,6 149,7332 kPa
nC =
(10 0,125)
= 0,0397 m = 1,5637 in Tebal shell standar 2 in
(Brownell dan Young, 1959)
Daya pengaduk (flat 6 blade turbin impeller – 4 buah baffle), Untuk turbin standar (McCabe, dkk. 1993) diperoleh, Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 3,7083 m
E/Da = 1
; E
= 1,2361 m
L/Da = ¼
; L
= 1/4 × 3,7083 m
= 0,309 m
W/Da = 1/5
; W
= 1/5 × 3,7083 m
= 0,2472 m
= 1/12 × 3,7083 m
= 0,309 m
J/Dt
= 1/12 ; J
= 1,2361 m
= 4,0554 ft
dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller
Universitas Sumatera Utara
E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan (N)
= 1 rps
μ Al2(SO4)3 30%
= 6,72 x 10-4 lbm/ft.s
Bilangan Reynold (NRe)
=
2 a
N D
85,0898
=
(Perry, 2008) lbm 2 1rps 4,0554 3 ft
6,72 x 10-4 lbm/ft.s
= 2082483,1095 (> 10.000) Maka,
KT n3 Da5 P= gc 6,3 1
P=
KT = 6,3
3
4,0554 ft
5
85,0898
(McCabe, dkk. 1993) lbm ft 3
lbm ft 32,174 lbf s 2
1hp lbf 550 ft s
= 33,2303 hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, P
= 33,2303 hp / 0,8 = 41,5378 hp
Digunakan daya motor standar 45 hp
6. Pompa Utilitas - 103 (PU-103) Fungsi
: Memompa alum dari Tangki Pelarutan Alum (TP-101) ke Clarifier (CL)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur ruangan
= 25 °C
- Densitas alum (
= 1363 kg/m3
- Viskositas alum (
)
) = 1 cp
= 85,0898 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003) = 0,00067 lbm/ft.detik = 0,0010 Pa.s
Universitas Sumatera Utara
- Tekanan masuk (p1)
= 142,603 kPa = 2978,3422 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 140,4113 kPa = 2932,5673 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 18,9456 kg/jam = 0,0116 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,0116 lbm/s 85,0898 lbm/ft 3
1,363 10
4
ft 3 / s
3,861 10 6 m 3 / s
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Diameter optimum, Dopt = 0,133 = 0,133
0,2
Q0,4
(Peters, 2004)
( 3,861 10 6 )0,4 (1)0,2
= 0,0009 m = 0,0358 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft = 0,0103 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
1,363 10 4 ft 3 / s 0,0004ft2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
0,3409 ft / s
85,0898x0,3409x0,0224 = 967,5277 0,00067
Asumsi NRe < 2100 sudah benar. f = 16/NRe
= 0,0165
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,345 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 0,2914 + 1,345 + 0,2466 + 1,2329 = 33,1159 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0165x(0,34092 ) x(33,1159) 2.x(32,174) x(0,0224)
2..g c .D
0,1765
Tinggi pemompaan ,Δz = 20 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Perssure head,
p
20 ft.lbf / lbm
0
-0,538 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 20 + 0 – 0,538 + 0,1765 = 19,6385 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 24,5481 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
5,17 10 4 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,005 hp. 7. Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2CO3] (TP-102) Fungsi : Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Universitas Sumatera Utara
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Data: Temperatur ruangan
= 25 °C
Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Na2CO3
= 10,2306 kg/jam
Densitas Na2CO3 30 %
= 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20 %
Desain tangki, Ukuran tangki, 10,2306
Volume larutan (Vl) =
kg jam
jam 30hari hari = 18,503 m3 kg 0,3 1327 3 m 24
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (18,503 m3) = 22,2036 m3 Direncanakan, D : H = 1 : 1 V=
1 4
D2 H 22,2036 m3 =
1 1 (3,14) D2 D 22,2036 m3 = 4 4
D3
Maka, D = 3,0469 m = 119,9545 in = 9,9961 ft H = 3,0469 m = 119,9545 in R = 1,5234 m = 59,9772 in Tinggi cairan dalam tangki =
18,503m 3 3,0469m = 2,539 m = 99,9621 in 22,2036m 3
Tebal dinding tangki, p hidrostatis
= ρgh = (1327 kg/m3) (9,8 m/s2) (2,539 m) = 33,0192 kPa
pT
= (101,325 + 33,0192) kPa = 134,3442 kPa
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran 5%, maka Pdesign
= (1,05) (134,3442 kPa) = 141,0614 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 87218,714 kPa
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, Umur alat
= 10 tahun
Tebal shell tangki, t=
PD SE 0,6 P
141,0614kPa 3,0469 m 87218,714kPa 0,8 0,6 141,0614kPa
nC =
(10 0,125)
= 0,0379 m = 1,4928 in Tebal shell standar 1 ½ in
(Brownell dan Young, 1959)
Daya pengaduk (flat 6 blade turbin impeller – 4 buah baffle), Untuk turbin standar (McCabe, 1993) diperoleh, Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 3,0469 m
E/Da = 1
; E
= 1,0156 m
L/Da = ¼
; L
= 1/4 × 1,0156m
= 0,2539 m
W/Da = 1/5
; W
= 1/5 × 1,0156 m
= 0,2031 m
= 1/12 × 3,0469 m
= 0,2539 m
J/Dt
= 1/12 ; J
= 1,0156 m
= 3,332 ft
dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan (N)
= 1 rps
μ Al2(SO4)3 30%
= 3,7 x 10-4 lbm/ft.s
Bilangan Reynold (NRe)
=
2 a
N D
82,8423
=
(Kirk dan Othmer. 1989) lbm 2 1rps 3,332 3 ft
3,7 x 10-4 lbm/ft.s
= 2492557,9078 (> 10.000)
Universitas Sumatera Utara
Maka, P=
KT n3 Da5 gc 6,3 1
P=
KT = 6,3
3
3,332 ft
5
82,8423
(McCabe, dkk,1993) lbm ft 3
lbm ft 32,174 lbf s 2
1hp 550 ft
lbf s
= 12,1136 hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80 %, P
= 12,1136 hp / 0,8 = 15,142 hp
Maka daya motor yang dipilih 20 hp
8. Pompa Utilitas - 104 (PU-104) Fungsi
: Memompa larutan soda abu dari Tangki Pelarutan soda abu (TP-102) ke Clarifier (CL)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur ruangan
= 25 °C
- Densitas soda abu ( - Viskositas alum (
) )
= 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003) = 0,5491 cP
= 0,0004 lbm/ft.detik = 0,0005 Pa.s
- Tekanan masuk (p1)
= 134,3442 kPa = 2805,8526 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 140,4113 kPa = 2932,5673 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 10,2306 kg/jam = 0,63
Laju
Q
10-2 lbm/detik
alir
F
0,63 10-2 lbm/s 82,8423 lbm/ft 3
volumetrik,
0,75 10 -4 ft 3 / s
2,14 10 6 m 3 / s
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Diameter optimum, Dopt = 0,133 = 0,133
Q0,4
0,2
( 0,75 10 -4 ) 0,4
(Peters, 2004) (0,0004)0,2
= 0,003 m = 0,1191 in
Universitas Sumatera Utara
Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft = 0,0103 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
0,75x10 4 ft 3 / s 0,0004ft2
Bilangan reynold, N Re
.v.D
(Geankoplis, 2003)
0,1891ft / s
82,8423x 0,1891x0,0224 0,0004
951,4809
Asumsi NRe < 2100 aliran laminar (sudah benar) f = 16/NRe
= 0,0168
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0244 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0244 ft = 1,345 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0244 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0244 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 0,2914 + 1,345 + 0,2466 + 1,2329 = 33,1159 ft.
Faktor gesekan :
Universitas Sumatera Utara
4. f .v 2 .
F
L
4x(0,0168x(0,1891) x(33,1159) 2.x(32,174) x(0,0244)
2..g c .D
0,0552
Tinggi pemompaan ,Δz = 20 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
p
20 ft.lbf / lbm
0
1,5296 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 20 + 0 +1,5296+ 0,0552 = 21,5848 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 26,981 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
3,07 10-4 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,005 hp. 9. Clarifier (CL-101) Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur ruangan
= 25 oC
Tekanan
= 1 atm
Data : Laju massa air (F1)
: 378911,3983 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3(F2) : 18,9456 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju massa Na2CO3(F3) : 10,2306 kg/jam Laju massa total
: 378940,5745 kg/jam = 105,2613 kg/det
Densitas Al2(SO4)3
: 1363 kg/m3
(Perry, 2008)
Densitas Na2CO3
: 1327 kg/m3
(Perry, 2008)
Densitas air
: 997,08 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2
Perhitungan: Dari Water Treatment Principles and Design, diperoleh: Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air
:3–5m
Setting time
: 1 – 3 jam
Dipilih kedalaman air (H) = 4 m, waktu pengendapan = 2 jam Diameter dan tinggi clarifier Densitas larutan
:
443542,6474 443508,4972 / 997,08 22,1754/ 1363 11,9747/ 1327
: 997,1001 kg/m3 Volume cairan,V
:
378940,5745 kg / jam x 2 jam = 760,0853 m3 997,1001kg / m 3
Direncanakan : Perbandingan : H1 : D = 1,5 : 1 V = 1/4 D2H
4V D = ( )1/2 πH
4 760,0853 3,14 4
Maka, diameter clarifier
1/2
13,474 m
= 13,474 m
= 530,473 in
tinggi clarifier
= 1,5 D
= 20,2110 m
jari-jari
= 0,5 D
= 6,737 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: phid
=
×g×h
Universitas Sumatera Utara
= 997,1001 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 4 m = 39,086 kPa Tekanan operasi
= 1 atm = 101,325 kPa
p
= 39,086 kPa + 101,325 kPa = 140,4113 kPa
Faktor kelonggaran = 5 % Maka, pdesign = (1,05) × (140,4113) kPa = 147,4319 kPa E = Joint efficiency = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
S = Allowable stress = 87218,714 kPa
(Brownell dan Young, 1959)
C = korosi yang diizinkan = 0,0032 m Tebal shell tangki, t=
pR SE 0,6 p
147,4319kPa 6,737 m 87218,714kPa 0,8 0,6 147,4319kPa
nC =
(10 0,0032m)
= 0,046 m = 1,8111 in Tebal shell standar 2 in.
(Brownell dan Young, 1959)
Daya Clarifier P = 0,006 D2
(Ulrich, 1984)
Dimana : P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga, P = 0,006 x (13,474)2 = 1,0893 kW = 1,4613 hp Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 1,5 hp.
10. Pompa Utilitas - 105 (PU-105) Fungsi
: Memompa air dari Clarifier (CL-101) ke Sand Filter (SF101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
- Densitas air (
= 997,08 kg/m3
= 62,246 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
= 0,8937 cP
= 0,0006 lbm/ft.s (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (
) )
Universitas Sumatera Utara
- Tekanan masuk (p1)
= 140,4113 kPa
= 2932,5673 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 181,9025 kPa
= 3799,1342 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 378911,3983 kg/jam = 232,0447 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
F
232,0447 lbm/s 62,246 lbm/ft 3
3,7279 ft 3 / s
0,1056m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen 0,13
Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
(Peters, 2004)
(0,1056)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,3238 m = 12,7493 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 8 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 7,981 in = 0,6651 ft = 0,2027 m
- Diameter luar (OD)
= 8,625 in = 0,7188 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,3474 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
3,7279 ft 3 / s 0,3474ft2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
10,7308 ft / s
62,246x10,7308x0,6651 0,0006
739702,2118
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,6651 = 0,0001. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 739702,2118 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0035. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,6651 ft = 8,6461 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
L3 = 2 x 30 x 0,6651 ft = 39,905 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,6651 ft = 7,3159 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,6651 ft = 36,5796 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 8,6461 + 39,905 + 7,3159 +36,5796 = 122,4466 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0035)x(10,73082 ) x(122,4466) 2.x(32,174) x(0,6651)
2..g c .D
4,6124
Tinggi pemompaan ,Δz = 30 ft = 9,144 m Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Perssure head,
p
30 ft.lbf / lbm
0
13,9216 ft.lbf / lbm 2
-Ws
=
v g + + z 2. g c gc
p
+F
= 30 + 0 + 13,9216 + 4,6124 = 48,534 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 60,6675 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
25,5956hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 30 hp.
Universitas Sumatera Utara
11. Sand Filter (SF-101) Fungsi
: Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari Clarifier (CL-101)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur cairan
= 25 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 378911,3983 kg/jam
Densitas air
= 997,08
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Sand filter dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi. Sand filter dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki. Desain Sand Filter Volume tangki, kg 0,25 jam jam = 95,0053 m3 kg 997,08 3 m
378911,3983
Volume air (Va) =
Volume air dan bahan penyaring (Vt) = (1 + 1/3) (95,0053) = 126,6737 m3 Volume tangki (VT) = (1,2 ) (126,6737 m3) = 152,0084 m3 Diameter Tangki, Direncanakan rasio diameter dan tinggi, D : H = 3 : 4 V=
1 4
D2 H 152,0084 m3 =
1 1 4D (3,14) D2 152,0084 m3 = 4 3 3
D3
Maka, D = 5,2564 m = 206,9435 in H = 7,0085 m = 275,9247 in R = 2,6282 m = 103,4718 in Diameter dan tinggi tutup tangki, Diameter tutup = diameter tangki = 5,2564 m Direncanakan rasio diameter dan tutup tangki, D : H = 4 : 1
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup tangki =
1 (5,2564 m) = 1,3141 m 4
Tinggi tangki total = [7,00851 + 2 (1,3141)] m = 9,6367 m
Tebal Shell dan tutup tangki, Tinggi penyaring =
1 x 7,0085 m = 1,7521 m 4
Tinggi cairan di dalam tangki = p hidrostatis
95,0053 (7,0085 m) = 4,3803 m 152,0084
= ρgh = (997,08 kg/m3) (9,8 m/s2) (4,3803 m) = 42,8017 kPa
p filter
= ρgl = (2200 kg/m3) (9,8 m/s2) (1,7521 m) = 37775,8219 Pa = 37,7758 kPa
pT
= (101,325 + 42,8017 + 37,7758) kPa = 181,9025 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka p design
= (1,05) (181,9025 kPa) = 190,9977 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 87218,714 kPa
(Brownell dan Young, 1959)
C = korosi yang diizinkan = 0,0032 m Tebal shell tangki, Umur alat
= 10 tahun
Tebal shell tangki, t=
pR SE 0,6 p
nC =
190,9977 kPa 2,6282 m 87218,714kPa 0,8 0,6 190,9977kPa
(10 0,0032)
= 0,039 m = 1,5337 in Tebal shell standar 2 in
(Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup adalah 2 in.
Universitas Sumatera Utara
12. Pompa Utilitas - 106 (PU-106) Fungsi
: Memompa air dari Sand Filter (SF-01) ke Tangki Utilitas 1 (TU- 101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
- Densitas air (
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
= 0,8937 cP
(Geankoplis, 2003)
)
- Viskositas air (
)
= 0,0006 lbm/ft.s
- Tekanan masuk (p1)
= 181,9025 kPa = 3799,1342 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 358,1353 kPa = 7479,8525 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 378911,3983 kg/jam = 232,0447 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
F
232,0447 lbm/s 62,246 lbm/ft 3
3,7279 ft 3 / s
0,1056m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
0,13
(Peters, 2004)
(0,1056)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,3238 m = 12,7493 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 8 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 7,981 in = 0,6651 ft = 0,2027 m
- Diameter luar (OD)
= 8,625 in = 0,7188 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,3474 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
3,7279 ft 3 / s 0,3474ft2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
10,7308 ft / s
62,246x10,7308x0,6651 0,0006
739702,2118
Asumsi NRe > 2100 sudah benar.
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,6651 = 0,0001. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 739702,2118 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0035. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,6651 ft = 8,6461 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,6651 ft = 39,905 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,6651 ft = 7,3159 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,6651 ft = 36,5796 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 8,6461 + 39,905 + 7,3159 +36,5796 = 122,4466 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
2..g c .D
4x(0,0035)x(10,73082 ) x(122,4466) 2.x(32,174) x(0,6651)
4,6124
Tinggi pemompaan ,Δz = 30 ft = 9,144 m Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
30 ft.lbf / lbm
0
Universitas Sumatera Utara
Perssure head,
p
59,1318 ft.lbf / lbm 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 30 + 0 + 59,1318 + 4,6124 = 93,7442 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 117,1802 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
49,4383hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 50 hp.
13. Tangki Utilitas 1 (TU-101) Fungsi
: Menampung air sementara dari Sand Filter (SF)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283, Grade C Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 25 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 378911,3983 kg/jam
Densitas air
= 997,08 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Kebutuhan perancangan = 24 jam Faktor keamanan
= 20 %
Desain tangki, Ukuran tangki, kg 24 jam jam = 9120,5054 m3 kg 997,08 3 m
378911,3983
Volume larutan (Va) =
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (9120,5054 m3) = 10944,6065 m3 Direncanakan, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 4
V=
D2 H 10944,6065 m3 =
1 3 3D (3,14) D2 10944,6065 m3 = 4 8 2
D3
Maka, D = 21,0255m H = 31,5383 m Tinggi cairan dalam tangki =
9120,5054m 3 31,5383m = 26,2819 m 10944,6065m 3
Tebal dinding tangki, p hidrostatis
= ρgh = (997,08 kg/m3) (9,8 m/s2) (26,2819 m) = 256,8103 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 256,8103) kPa = 358,1353 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka p design
= (1,05) (358,1353 kPa) = 376,0421 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Joint efficiency
= 0,8
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
pD 376,0421kPa 21,0255 m = 2SE 1,2 p 2 87218,714kPa 0,8 1,2 376,0421kPa = 0,1137 m = 4,4756 in
Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Tebal shell yang dibutuhkan = (4,4756+ 10 x 1/8) in Tebal shell standar 5 in
= 4,6006 in (Brownell dan Young, 1959)
14. Pompa Utilitas - 107 (PU-107) Fungsi
: Memompa air Tangki (TU-101) ke Cation Exchanger (CE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
Universitas Sumatera Utara
- Densitas air (
)
- Viskositas air (
)
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
= 0,8937 cP
(Geankoplis, 2003)
= 0,0006 lbm/ft.s
- Tekanan masuk (p1)
= 358,1353 kPa = 7479,8525 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 108,7768 kPa= 2271,8631 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 106,1158 kg/jam = 0,065 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
0,065 lbm/s
F
62,246 lbm/ft 3
0,001 ft 3 / s
0,00003m 3 / s
Asumsi NRe >2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
0,13
(Peters, 2004)
(0,00003)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,0082 m = 0,3212 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0875 ft = 0,0103 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
0,001 ft 3 / s 0,00047ft2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
2,61 ft / s
62,246x 2,61x0,0224 0,0006
6064,0702
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,0224 = 0,0021. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 6064,0702 dan ε/D = 0,0021, diperoleh f = 0,0081. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft = 6,096 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft
Universitas Sumatera Utara
= 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,345 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20+ 0,2914 + 1,345 + 0,2466 + 1,2329 = 23,1159 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0081)x(2,612 ) x(23,1159) 2.x(32,174) x(0,0224)
2..g c .D
3,537
Tinggi pemompaan ,Δz = 100 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Perssure head,
p
100 ft.lbf / lbm
0
-83,6679 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 100+ 0 – 83,6679 + 3,537 = 19,8692 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 24,8364 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
0,0029 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,005 hp.
Universitas Sumatera Utara
15. Pompa Utilitas - 108 (PU-108) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas (TU-101) ke Menara Pendingin (CT)
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi: - temperatur cairan
=
25 C
- laju alir massa (F)
=
73701,471 kg/jam
= 45,1347 lbm/s
- densitas ( )
=
997,08 kg/m3
= 62,246 lbm/ft3
- viskositas ( )
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/ft s
-
= 7479,8525 lbf/ft2
tekanan masuk (p1) = 358,1353 kPa
- tekanan keluar (p2) =
= 2116,2881 lbf/ft2
101,325 kPa
Laju alir massa (F) = 73701,471 kg/jam = 45,1347 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
45,1347 lbm/s 62,246 lbm/ft 3
0,7251ft 3 / s
0,0205m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
0,13
(Peters, 2004)
(0,0205)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,155 m = 6,1025 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 4 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 4,026 in = 0,3355 ft = 0,1023 m
- Diameter luar (OD)
= 4,5 in = 0,375 ft = 0,1143 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0884 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
0,7251ft 3 / s 0,0884 ft 2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
8,2025 ft / s
62,246x8,2025x0,3355 0,0006
285226,1977
Universitas Sumatera Utara
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,3355 = 0,0001. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 285226,1977 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0036. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,24 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,3355 ft = 4,3615 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,3355 ft = 20,13 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,3355 ft = 3,6905 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,3355 ft = 18,4525 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 4,3615 + 20,13 + 3,6905 + 18,4525 = 96,6345 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
2..g c .D
4x(0,0036)x(8,20252 ) x(96,6345) 2.x(32,174) x(0,3355)
4,3367
Tinggi pemompaan ,Δz = 100 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
100 ft.lbf / lbm
0
Universitas Sumatera Utara
p
Pressure head,
-86,1682 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 100 + 0 - 86,1682 + 4,3367 = 18,1685 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 22,7107 ft.lbf/lbm
Ws.Q. 550 0,8
Tenaga pompa, P
1,8637hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 2 hp.
16. Pompa Utilitas - 109 (PU-109) Fungsi
: Memompa air Tangki (TU-101) ke Tangki Utilitas 2 (TU102)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
- Densitas air (
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
= 0,8937 cP
(Geankoplis, 2003)
)
- Viskositas air (
)
= 0,0006 lbm/ft.s
- Tekanan masuk (P1)
= 358,1353 kPa
= 7479,8525 lbf/ft2
- Tekanan keluar (P2)
= 137,9396 kPa
= 2880,9432 lbf/ft2
Laju alir massa (F) Laju alir volumetrik, Q
= 1098,1501 kg/jam = 0,6725 lbm/detik
F
0,6725 lbm/s 62,246 lbm.ft 3
0,0108 ft 3 / s
0,0003m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 = 0,363
Q0,45
0,13
(Peters, 2004)
(0,0003)0,45 (997,08)0,13
= 0,0233 m = 0,9193 in Digunakan pipa dengan spesifikasi:
Universitas Sumatera Utara
- Ukuran pipa nominal
= 1 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,049 in = 0,0874 ft = 0,0266 m
- Diameter luar (OD)
= 1,315 in = 0,1096 ft = 0,0334 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,006 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
0,0108 ft 3 / s 0,006ft2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
1,8007 ft / s
62,246x1,8007x0,0874 0,0006
16314,6472
Asumsi NRe >2100 aliran turbulen (sudah benar) Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,0874 = 0,0005. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 16314,6472 dan ε/D = 0,0005, diperoleh f = 0,0072. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0874 ft = 1,1364 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0874 ft = 5,245 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0874 ft = 0,9616 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0874 ft = 4,8079 ft
Universitas Sumatera Utara
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 1,1364 + 5,245 + 0,9616 + 4,8079 = 42,1509 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0072)x(1,80072 ) x(42,1509) 2.x(32,174) x(0,0874)
2..g c .D
0,6997
Tinggi pemompaan ,Δz = 100 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Perssure head,
100 ft.lbf / lbm
0
p
73,8828 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 100 + 0 -73,8828 + 0,6997 = 26,8169 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 33,5212 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
0,041 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
17. Tangki Pelarutan H2SO4 (TP-103) Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan: Temperatur ruangan
= 25 °C
Tekanan
= 1 atm
H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5 % (% berat)
Universitas Sumatera Utara
Laju massa H2SO4
= 0,0014 kg/jam = 1061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3 (Perry, 2008)
Densitas H2SO4
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor keamanan
= 20 %
Desain tangki, Diameter tangki, 0,0014
Volume larutan (Vl) =
kg jam
24 jam 30hari
0,05 1061,7
kg m3
= 0,0191 m3
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (0,0191 m3) = 0,023 m3 Direncanakan, D : H = 1 : 1 V=
1 4
D2 H 0,023 m3 =
1 1 (3,14) D2 D 0,023 m3 = 4 4
D3
Maka, D = 0,3081 m H = 0,3081 m Tinggi cairan dalam tangki =
0,0191m 3 0,3081m = 0,2568 m 0,023m 3
Tebal dinding tangki, p hidrostatis
= ρgh = (1061,7 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,2568 m) = 2,6716 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 2,6716) kPa = 103,9966 kPa
Faktor kelonggaran 5 %, maka pdesign
= (1,05) (103,9966 kPa) = 109,1964 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
PD 109,1964kPa 0,3081m = 2 87218,714kPa 0,8 1,2 109,1964kPa 2SE 1,2 P
Universitas Sumatera Utara
= 0,0002 m = 0,0095 in Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0095 + 10 x 1/8) in Tebal shell standar 1/2 in
= 0,1345 in (Brownell dan Young,1959)
Daya Pengaduk, Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,3081 m = 0,1027 m = 0,337 ft
E/Da = 1
; E = 0,1027 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,1027 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,1027 m = 0,0205 m
J/Dt
; J = 1/12 × 0,3081 m = 0,0257 m
= 1/12
= 0,0257 m
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik Viskositas H2SO4 5 % = 0,012 lbm/ft.detik
(Kirk dan Othmer, 1989)
Bilangan Reynold: NRe =
N Da
2
(Geankoplis, 2003)
66,2801 1 0,337 NRe = 0,012
2
= 627,1541 (Laminar)
NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe, 1993)
KT = 6,3 P
(McCabe, 1993)
6,3 (1 put/det) 3 .(0,337 ft)5 (66,2801lbm/ft 3 ) 1 hp x 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,0001hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, P
= 0,0001 hp / 0,8 = 0,001 hp
Maka daya motor yang dipilih 1/4 hp
Universitas Sumatera Utara
18. Pompa Utilitas - 110 (PU-110) Fungsi
: Memompa larutan asam sulfat dari Tangki Pelarutan Asam Sulfat (TP-103) ke Cation Exchanger (CE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur
= 25 oC
- Densitas H2SO4 ( )
= 1061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
- Viskositas H2SO4 ( )
= 17,8600 cP
- Tekanan masuk (P1)
= 103,9966 kPa = 2172,0263 lbf/ft2
- Tekanan keluar (P2)
= 108,7768 kPa = 2271,8631 lbf/ft2
- Laju alir massa (F)
= 0,0014 kg/jam = 0,000001 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
3,69 10
= 0,012 lbm/ft.s = 0,0179 Pa.s
0,000001 lbm/s 66,2801 lbm/ft 3
F
10
(Geankoplis, 2003)
1,3 10 8 ft 3 / s
m3 / s
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Q0,4
Diameter optimum, Dopt = 0,133 = 0,133
0,2
( 3,69 10
(Peters, 2004)
10 0,4
)
(0,012)0,2
= 0,0001 m = 0,0036 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft = 0,0103 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
1,3 10 8 ft 3 / s 0,0004ft 2 .v.D
(Geankoplis, 2003)
0,00003ft / s
66,2801x0,00003x0,0224 0,0120
0,004
Universitas Sumatera Utara
Asumsi NRe < 2100 aliran laminar (sudah benar) f = 16/NRe
= 3965,4948
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,114 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,345 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 0,2914 + 1,345 + 0,2466 + 1,2329 = 33,1150 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(3965,4948)x(0,000032 ) x(33,115) 2.x(32,174) x(0,0224)
2..g c .D
0,0004
Tinggi pemompaan ,Δz = 20 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
P
20 ft.lbf / lbm
0
-1,5063 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
P
+F
Universitas Sumatera Utara
= 20 + 0 - 1,5063 + 0,0004 = 18,4941 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 23,1176 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
3,63 10-8 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,0001 hp.
19. Cation Exchanger (CE) Fungsi
: Mengikat kation yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur cairan
= 25 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 105805,9724 kg/jam
Densitas air
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4 (Nalco, 1988) diperoleh: -
Diameter penukar kation
= 2 ft = 0,6096 m
-
Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
-
Tinggi resin dalam cation exchanger
= 2,5 ft = 0,7620 m
-
Tinggi silinder = (1 + 0,2)
-
Diameter tutup = diameter tangki = 2 ft = 0,6096 m
-
Rasio axis
Tinggi tutup =
2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m
=2:1 1 0,6096 = 0,1524 m 2 2
(Brownell dan Young, 1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,9144 m + 2 x 0,1524 m = 1,9812 m Tebal Dinding Tangki
Universitas Sumatera Utara
Tekanan hidrostatik: p hid =
×g×h
= 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4459 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa pT = 7,4459 kPa + 101,325 kPa = 108,7768 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, Pdesain
= (1,05) (108,7768 kPa) = 114,2156 kPa
Joint efficiency
= 0,8
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell dan Young, 1959) (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki: t
=
pD 114,2156kPa 0,6069 m = 6 2SE 1,2 p 2 87218,714kPa 0,8 1,2 114,215 kPa
= 0,0005 m = 0,0197 in Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0197 in + (10 x 1/8 in) = 1,2697 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1 ½ in.
20. Pompa Utilitas - 111 (PU-111) Fungsi
: Memompa air dari Cation Exchanger (CE) ke Anion Exchanger (AE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
- Densitas air (
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
= 0,8937 cP
(Geankoplis, 2003)
)
- Viskositas air (
)
= 0,0006 lbm/ft.s
- Tekanan masuk (P1)
= 108,7768 kPa
= 2271,8631 lbf/ft2
- Tekanan keluar (P2)
= 265,5995 kPa
= 5547,1913 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 105805,9724 kg/jam = 64,7954 lbm/detik
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
64,7954lbm/s 62,246 lbm/ft 3
1,0410 ft 3 / s
0,0295m 3 / s
Asumsi NRe >2100, aliran turbulen 0,13
Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
(Peters, 2004)
(0,0295)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,1824 m = 7,1808 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,047 in = 0,4206 ft = 0,1282 m
- Diameter luar (OD)
= 5,563 in = 0,4636 ft = 0,1413 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,139 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
1,0410 ft 3 / s 0,139 ft 2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
7,4889 ft / s
62,246x 7,4889x0,4206 0,0006
326452,8303
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,4206 = 0,0001. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 326452,8303 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0031. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft = 15,2400 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,4206 ft = 5,4676 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,4206 ft = 25,235 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22
Universitas Sumatera Utara
(Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,4206 ft = 4,6264 ft -
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,4206 ft = 23,1321 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 5,4676 + 25,235 + 4,6264 + 23,1321 = 78,4611 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0031)x(7,4889) x(78,4611) 2.x(32,174) x(0,4206)
2..g c .D
2,0162
Tinggi pemompaan ,Δz = 20 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
p
20 ft.lbf / lbm
0
52,6191 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 20 + 0 + 52,6191+ 2,0162 = 74,6353 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 93,2941 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
10,991hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 15 hp.
21. Tangki NaOH (TP-104) Fungsi
: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Data: Laju alir massa NaOH
= 0,0022 kg/jam
Waktu regenerasi
= 24 jam
NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas lar.NaOH 4%
= 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3 (Perry, 2008)
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor keamanan
= 20 %
Desain tangki, Diameter tangki, 0,0022
Volume larutan (Vl) =
kg jam
24 jam 30hari
0,04 1518
kg m3
= 0,0266 m3
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (0,0266 m3) = 0,0319 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 1 : 1. 1 4
D2 H 0,0319 m3 =
1 1 (3,14) D2 D 0,0319 m3 = 4 4
D3
Maka, D = 0,3437 m H = 0,3437 m Tinggi cairan dalam tangki =
0,0266 m 3 0,3437 m = 0,2864 m 0,0319 m 3
Tebal dinding tangki, Phidrostatis
= ρgh = (1518 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,2864 m) = 4,2611 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
PT
= (101,325 + 4,2611) kPa = 105,5861 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka Pdesign
= (1,05) (105,5861 kPa) = 110,8654 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
PD 110,8654kPa 0,3437 m = 2 87218,714kPa 0,8 1,2 110,8654kPa 2SE 1,2 P = 0,0003 m = 0,0108 in
Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0108 + 10 x 1/8) in Tebal shell standar ½ in
= 0,1358 in (Brownell dan Young, 1959)
Daya Pengaduk, Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,3437 m = 0,1146 m = 0,3759 ft
E/Da = 1
; E = 0,1146 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,1146 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,1146 m = 0,0229 m
J/Dt
; J = 1/12 × 0,3437 m = 0,0286 m
= 1/12
= 0,0286 m
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik Viskositas NaOH 4 % = 4,302 .10-4 lbm/ft.detik
(Kirk dan Othmer, 1989)
Bilangan Reynold: NRe =
NRe =
N Da
2
(Geankoplis, 2003)
94,7662 1 0,3759 0,0004
2
= 31125,0092 (Turbulen)
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe, 1993)
KT = 6,3 P
(McCabe, 1993)
6,3 (1 put/det) 3 .(0,3759 ft)5 (94,7662lbm/ft 3 ) 1hp x 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,0002 hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80 %,
Universitas Sumatera Utara
P
= 0,0002 hp / 0,8 = 0,0002 hp
Maka daya motor yang dipilih adalah 1/4 hp.
22. Pompa Utilitas - 112 (PU-112) Fungsi
: Memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan NaOH (TP-104) ke Anion Exchanger (AE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur ruangan = 25 °C - Densitas NaOH (
) = 1518 kg/m3
- Viskositas NaOH(
) = 0,6402 cP
= 94,7662 lbm/ft3 (Perry, 2008) = 4,3020
10-4 lbm/ft.s (Kirk dan Othmer,
1989) - Tekanan masuk (P1)
= 105,5861 kPa
= 2205,2234 lbf/ft2
- Tekanan keluar (P2)
= 108,7768 kPa
= 2271,8631 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 0,0022 kg/jam = 0,000001 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
F
0,000001 lbm/s 94,7662 lbm/ft 3
4,1 10
10
1,45 10 8 ft 3 / s
m3 / s
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Q0,4
Diameter optimum, Dopt = 0,133 = 0,133
0,2
(Peters, 2004)
(4,1 x 10-10)0,4 (0,0006)0,2
= 5,37 x 10-6 m = 0,0002 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft = 0,0103 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Universitas Sumatera Utara
1,45 10 8 ft 3 / s 0,0004ft 2
Q at
Kecepatan alir, v
Bilangan reynold, N Re
.v.D
0,00004 ft / s
94,7662x0,00004x0,0224 0,0004
0,1787
Asumsi NRe < 2100 aliran laminar (sudah benar) f = 16/NRe
= 89,5252
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,345 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 0,2914 + 1,345 + 0,2466 + 1,2329= 33,1159 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
2..g c .D
4x(89,5252) x(0,000042 ) x(33,1159) 2.x(32,174) x(0,0224)
0,000011
Tinggi pemompaan ,Δz = 30 ft = 9,144 m Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
30 ft.lbf / lbm
0
Universitas Sumatera Utara
Pressure head,
P
0,7032 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
P
+F
= 30 + 0 + 0,7032 + 0,000011 = 30,7032 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 38,379 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
9,57 10-8 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,001 hp.
23. Anion Exchanger (AE-101) Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur cairan
= 25 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 105805,9724 kg/jam
Densitas air
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.4 (Nalco, 1988) diperoleh: -
Diameter penukar kation
= 2 ft = 0,6096 m
-
Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
-
Tinggi resin dalam cation exchanger
= 2,5 ft = 0,7620 m
-
Tinggi silinder = (1 + 0,2)
= 0,9144 m
-
Diameter tutup = diameter tangki = 2 ft
= 0,6096 m
-
Rasio axis
=2:1
2,5 ft = 3 ft
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup =
1 0,6096 = 0,1524 m 2 2
(Brownell dan Young, 1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,9144 m + 2 x 0,1524 m = 1,9812 m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid =
×g×h
= 997,08 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4459 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 7,4459 kPa + 101,325 kPa = 108,7768 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, p desain
= (1,05) (108,7768 kPa) = 114,2156 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki: t
=
pD 114,2156kPa 0,6069 m = 2SE 1,2 p 2 87218,714kPa 0,8 1,2 114,2156kPa
= 0,0005 m = 0,0197 in Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0197 in + ( 10 x 1/8 in) = 1,2697 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 1/2 in
(Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1 1/2 in.
24. Pompa Utilitas - 113 (PU-113) Fungsi
: Memompa air dari Anion Exchanger (AE-101) ke Deaerator (DE-101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
- Densitas air (
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
)
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
- Viskositas air (
)
= 0,8937 cP
= 0,0006 lbm/ft.s
(Geankoplis, 2003)
- Tekanan masuk (P1)
= 108,7768 kPa
= 2271,8631 lbf/ft2
- Tekanan keluar (P2)
= 265,5995 kPa
= 5547,1913 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 105805,9724 kg/jam = 64,7954 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
F
64,7954lbm/s 62,246 lbm/ft 3
1,0410 ft 3 / s
0,0295m 3 / s
Asumsi NRe >2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
0,13
(Peters, 2004)
(0,0295)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,1824 m = 7,1808 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,047 in = 0,4206 ft = 0,1282 m
- Diameter luar (OD)
= 5,563 in = 0,4636 ft = 0,1413 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,139 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
1,0410 ft 3 / s 0,139 ft 2
.v.D
(Geankoplis, 2003)
7,4889 ft / s
62,246x 7,4889x0,4206 0,0006
326452,8303
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,4206 = 0,0001. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 326452,8303 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0031. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft = 15,2400 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,4206 ft = 5,4676 ft
Universitas Sumatera Utara
-
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,4206 ft = 25,235 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,4206 ft = 4,6264 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,4206 ft = 23,1321 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 5,4676 + 25,235 + 4,6264 + 23,1321 = 78,4611 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0031)x(7,4889) x(78,4611) 2.x(32,174) x(0,4206)
2..g c .D
2,0162
Tinggi pemompaan ,Δz = 20 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
p
20 ft.lbf / lbm
0
52,6191 2
-Ws
=
v g + + z 2. g c gc
p
+F
= 20 + 0 + 52,6191+ 2,0162 = 74,6353 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 93,2941 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
10,991hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 15 hp.
Universitas Sumatera Utara
25. Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-105) Fungsi
: Tempat membuat larutan kaporit untuk proses klorinasi air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-283, Grade C
Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 25 oC Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Kaporit yang digunakan
= 2 ppm
Kaporit yang digunakan berupa larutan 70 % (% berat) Laju massa kaporit
= 0,0031 kg/jam
Densitas larutan kaporit 70 % = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry, 2008) Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Volume larutan, (V1)
=
0,0031kg / jam x 24 jam / hari x 90 hari 0,7 x 1272kg / m 3
= 0,0076 m3 Faktor kelonggaran
= 20 %, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 0,0076 m3 = 0,0091 m3
B. Diameter dan tebal tangki Volume silinder tangki (Vs) Vs =
π Di 2 Hs 4
Dimana :
(Brownell & Young, 1959)
Vs
= Volume silinder (ft3)
Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 1 : 1
Universitas Sumatera Utara
Maka : Vs = 0,0091 Di
Di 3 = 0,7854 Di3 4
= 0,7854 Di3 = 0,2266 m
Hs = Di = 0,2266 m Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(0,0077)(0,2266) 0,0091
= 0,1888 m = 0,6195 ft Tebal dinding tangki, p hidrostatis
= ρgh = (1272 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,1888 m) = 2,3539 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 2,3539) kPa = 103,6789 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka p design
= (1,05) (103,6789 kPa) = 108,8629 kPa
Joint efficiency = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress= 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell dan Young, 1959) Tebal shell tangki, t=
pD 108,8629kPa 0,2266 m = 2SE 1,2 p 2 87218,714kPa 0,8 1,2 108,8629kPa = 0,0002 m = 0,0070 in
Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0070 + 10 x 1/8) in Tebal shell standar 1 ½ in
= 1,257 in (Brownell dan Young, 1959)
Daya Pengaduk, Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Universitas Sumatera Utara
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,2266 m = 0,0755 m = 0,2478 ft
E/Da = 1
; E = 0,0755 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,0755 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,0755 m = 0,0151 m
J/Dt
; J = 1/12 × 0,2266 m = 0,0189 m
= 1/12
= 0,0189 m
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/detik Viskositas kaporit = 0,0007 lbm/ft.detik
(Kirk dan Othmer, 1989)
Bilangan Reynold: NRe =
N Da
2
(Geankoplis, 2003)
79,4088 2 0,2478 NRe = 0,0007
2
= 13932,6406
NRe >10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe, 1993)
KT = 6,3 P
(McCabe, 1993)
6,3 (2 put/det) 3 .(0,2478 ft)5 (79,4088lbm/ft 3 ) 1hp x 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 3,84455 10-10 hp
Efisiensi motor penggerak (η) = 80 %, P
= 3,84455 10-10 hp / 0,8 = 4,8056 10 -10 hp
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp
26. Pompa Utilitas - 114 (PU-114) Fungsi
: Memompa larutan kaporit dari Tangki Pelarutan Kaporit (TP-105) ke Tangki Utilitas 2 (TU-102)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi:
Universitas Sumatera Utara
= 25 oC
- Temperatur - Densitas kaporit (
)
- Viskositas kaporit (
= 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry, 2008) ) = 0,0007 cP
= 4,5157.10-7 lbm/ft.detik
- Tekanan masuk (p1)
= 103,6789 kPa = 2165,3908 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 137,9396 kPa = 2880,9432 lbf/ft2
- Laju alir massa (F)
= 0,0031 kg/jam = 1,921.10-6 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
F
1,921 10-6 lbm/s 79,4088 lbm/ft 3
6,8518 10
10
2,419 10 8 ft 3 / s
m3 / s
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar 0,2
Q0,4
Diameter optimum, Dopt = 0,133
( 6,8518 10
= 0,133
(Peters, 2004) 10 0,4
)
(4,5157.10-7)0,2
= 0,0001 m = 0,0027 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft = 0,0103 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
2,419 10 8 ft 3 / s 0,0004ft2
Q at
Bilangan reynold, N Re
.v.D
(Geankoplis, 2003)
6,05 10 5 ft / s
79,44088 6,05 10 -5 0,0224 4,5157 10-7
283,4622
Asumsi NRe < 2100 sudah benar. f = 16/NRe
= 0,0671
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft
Universitas Sumatera Utara
-
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,345 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 0,2914 + 1,345 + 0,2466 + 1,2329 = 33,1159 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,0671)x(6,05 10 5 ) 2 x(33,1159) 2 32,174 0,0224
2..g c .D
2 10
8
Tinggi pemompaan ,Δz = 100 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Perssure head,
p
100 ft.lbf / lbm
0
9,011 2
-Ws
=
v g + + z 2. g c gc
p
+F
= 100 + 0 + 9,011 + 2.10-8
= 109,011 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 136,2637 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
4,7604 10 -7 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,0001 hp.
Universitas Sumatera Utara
27.
Tangki Utilitas 2 (TU-102)
Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan ke domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283, Grade C
Kondisi operasi: Temperatur cairan
= 25 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 1098,1501 kg/jam
Densitas air
= 997,08 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 24 jam
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Desain tangki, Ukuran tangki, kg 24 jam jam = 26,4328 m3 kg 997,08 3 m
1098,61501
Volume larutan (Va) =
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (26,4328 m3) = 31,7193 m3 Direncanakan, D : H = 2 : 3 V=
1 4
D2 H 31,7193 m3 =
1 3 3D (3,14) D2 31,7193 m3 = 4 8 2
D3
Maka, D = 2,9977 m H = 4,4965 m
26,43428m 3 4,4965 m = 3,7471 m Tinggi air dalam tangki = 31,7193m 3 Tebal dinding tangki, p hidrostatis
= ρgh = (997,08 kg/m3) (9,8 m/s2) (3,7471 m) = 36,6146 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 36,6146) kPa = 137,9396 kPa
Faktor kelonggaran 5 %, maka
Universitas Sumatera Utara
p design
= (1,05) (137,9396 kPa) = 144,8365 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
pD 144,8365kPa 2,9977 m = 2SE 1,2 p 2 87218,714kPa 0,8 1,2 144,8365kPa = 0,0031 m = 0,1226 in
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,1226 + 1/8) in 1
Tebal shell standar /4 in
= 0,2476 in (Brownell dan Young, 1959)
28. Pompa Utilitas - 115 (PU-115) Fungsi
: Memompa air dari TU-102 ke kebutuhan domestik
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: - Temperatur cairan
= 25 oC
- Densitas air (
= 997,08 kg/m3 = 62,246 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
= 0,8937 cP
(Geankoplis, 2003)
)
- Viskositas air (
)
= 0,0006 lbm/ft.s
- Tekanan masuk (P1)
= 101,325 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
- Tekanan keluar (P2)
= 101,325 kPa
=2116,2281 lbf/ft2
Laju alir massa (F) Laju alir volumetrik, Q
= 1098,1501 kg/jam = 0,6725 lbm/detik
F
0,6725 lbm/s 62,246 lbm/ft 3
0,0108 ft 3 / s
0,0003m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363 = 0,363
0,13
(Peters, 2004)
(0,0003)0,45 (997,08)0,13
= 0,0233 m = 0,9193 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1 in
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,049 in = 0,0874ft = 0,0266 m
- Diameter luar (OD)
= 1,3150 in = 0,1096 ft = 0,0334 m
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0060 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
0,0108 ft 3 / s 0,006ft2
.v.D
1,8007 ft / s
62,246x1,8007x0,0874 0,0006
16314,6472
Asumsi NRe >2100 aliran turbulen (sudah benar) Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,0874 = 0,0005. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 2003, hal. 94), untuk NRe = 16314,6472 dan ε/D = 0,0005, diperoleh f = 0,007. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 40 ft = 12,192 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0874 ft = 1,1364 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0874 ft = 5,245 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0874 ft = 0,9616 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0874 ft = 4,8079 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 1,1364 + 5,245 + 0,9616 + 4,8079 = 52,1509 ft.
Universitas Sumatera Utara
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
4x(0,007)x(1,8007) x(52,1509) 2.x(32,174) x(0,0874)
2..g c .D
0,8417
Tinggi pemompaan ,Δz = 30 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Perssure head,
30 ft.lbf / lbm
0
P
0 2
-Ws
=
v g + + z 2. g c gc
P
+F
= 30 + 0 + 0 + 0,8417 = 30,8417 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 38,5521 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
0,0471hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp. 29. Menara Air Pendingin (Water Cooling Tower) – 101 (CT-101) Fungsi
: Menurunkan temperatur air pendingin bekas dari temperatur 90 oC menjadi 25 oC
Jenis
: Mechanical draft cooling tower
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, Grade B Jumlah
: 1
Data : Temperatur air masuk, T2
= 45 oC = 113 oF
Temperatur air keluar, T1
= 25 oC = 77 oF
Suhu udara (TG1)
= 25 C = 77 F
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 9.3-2 Geankoplis (2003) diperoleh suhu bola basah, Tw = 18 oC = 64,4 o
F dan H = 0,01 kg uap air/kg udara kering
Dari Gambar 12-14, Perry (1999) diperoleh konsentrasi air = 1,7 gal/ft2 menit Densitas air (45oC)
= 990,16 kg/m3
Laju massa air pendingin bekas
= 995404,1831 kg/jam
Laju volumetrik air pendingin
= 995404,1831 /990,16 = 1005,2963m3/jam
Kapasitas air, Q
= 1005,2963 m3/jam
(Geankoplis, 2003)
264,17 gal/m3 / 60 menit/jam
= 4426,1521 gal/menit = 0,2792 m3/s Faktor keamanan
= 20 %
Luas menara, A
= 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (4426,1521 gal/menit/(1,7 gal/ft2.menit) = 3124,3426 ft2
Laju alir air tiap satuan luas (L) =
995404,1831 kg/jam 1 jam (3,2808 ft) 2 3124,3426ft 2 3600 s 1 m 2
= 0,9526 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan
=5:6
Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G)
= 5/6 . 0,9526 = 0,7938 kg/s.m2
Perhitungan Tinggi Menara Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (2003): Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,01).103 (25 – 0) + 2,501.106 (0,01) = 50605 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (2003) diperoleh: 0,7938 (Hy2 – 50605) = 0,9526 (4,187.103).(45-25) Hy2 = 151093 J/kg
Universitas Sumatera Utara
Gambar D.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT) Ketinggian menara, z =
Hy 2
dHy M.kG.a.P Hy1 Hy * Hy G
.
(Geankoplis, 2003)
Tabel D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy
hy*
1/(hy*-hy)
50605
79000
3,52E-05
80000
105000
4,00E-05
110000
140000
3,33E-05
140000
198000
1,72E-05
170000
275000
9,52E-06
176215
290000
8,79E-06
Universitas Sumatera Utara
Gambar D.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy) Luas daerah dibawah kurva = luas 1 + luas 2 + luas 3 + luas 4 + luas 5 = 3,6236 Hy 2
Hy1
dHy = 3,6236 Hy * Hy
Asumsi : kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 Maka ketinggian menara , z =
(Geankoplis, 2003).
0,7938 3,6236 29 1,207 10 7 1,013 105
= 8,1122 m Diambil performance menara 90 %, maka dari Gambar 12-15, Perry (1999) diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2
3124,3426 ft2 = 93,7303 hp
Digunakan daya standar 95 hp.
30. Pompa Utilitas - 116 (PU-116) Fungsi
: Memompa air dari Menara Pendingin Air (CT-101) ke unit proses
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
:1
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi: - temperatur cairan
=
25 C
- densitas ( )
=
997,08 kg/m3
= 62,246 lbm/ft3
- viskositas ( )
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/ft s
- tekanan masuk (P1) =
101,325 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
- tekanan keluar (P2) =
101,325 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 1069105,6541 kg/jam = 654,7186 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
654,7186 lbm/s 62,246 lbm/ft 3
10,5182 ft 3 / s
0,2978 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
0,13
(Peters et.al., 2004)
(0,2978)0,45 (997,08)0,13
= 0,363
= 0,5165 m = 20,333 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 8 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 7,981 in = 0,6651 ft = 0,2027 m
- Diameter luar (OD)
= 8,625 in = 0,7188 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,3474 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
10,5182 ft 3 / s 0,3474 ft 2 .v.D
(Geankoplis, 2003)
30,277 ft / s
62,246x 30,277 x0,6651 0,0006
2087083,7365
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,6651 = 0,0001. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 2087083,7365 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,0032.
Universitas Sumatera Utara
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,048 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,6651 ft = 8,6461 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,6651 ft = 39,905 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,6651 ft = 7,3159 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,6651 ft = 36,5796 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 8,6461 + 39,905 + 7,3159 + 36,5796 = 102,4466 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
2..g c .D
4x(0,0032)x(30,27702 ) x(102,4466) 2.x(32,174) x(0,6651)
27,8761
Tinggi pemompaan ,Δz = 10 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
10 ft.lbf / lbm
0
P
0 2
-Ws
=
v g + + z 2. g c gc
P
+F
= 10 + 0 + 0 + 27,8761 = 37,8761 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi pompa = 80 % Wp= -Ws/ η = 55,4984 ft.lbf/lbm Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
47,3451hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 60 hp.
31. Deaerator (DE-101) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–283 Grade C
Kondisi operasi: Temperatur
= 90 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 105805,9724 kg/jam
Densitas air
= 965,34 kg/m3
(Geankoplis. 2003)
Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor keamanan
= 20 %
Perhitungan Desain tangki, Ukuran tangki, kg 24 jam jam = 2630,5171 m3 kg 965,34 3 m
105805,9724
Volume air (Va) =
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (2630,5171 m3) = 3156,6205 m3 Direncanakan, D : H = 2 : 3 V=
1 4
D2 H 3156,6205 m3 =
1 3 3D (3,14) D2 3156,6205 m3 = 4 8 2
D3
Maka, D = 13,8916 m H = 20,8375 m Tinggi air dalam tangki =
32630,5171m 3 20,8375m = 17,3646 m 3156,6205m 3
Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 13,8916 m
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 1 (13,8916 m) = 3,4729 m 4
Tinggi tutup =
(Brownell dan Young. 1959)
Tinggi tangki total = 20,8375 + 2 (3,4729) = 27,7833 m Tebal dinding tangki, p hidrostatis
= ρgh = (965,34 kg/m3) (9,8 m/s2) (27,7833 m) = 164,2745 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 164,2745) kPa = 265,5995 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka p design
= (1,05) (265,5995 kPa) = 278,8795 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young. 1959)
Allowable stress
= 87218,714 kPa
(Brownell dan Young. 1959)
Tebal shell tangki, t=
pD 278,8795 kPa 13,8916 m = 2SE 1,2 p 2 87.218,714kPa 0,8 1,2 278,8795kPa = 0,0278 m = 1,0956 in
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (1,0956 + 1/8) in Tebal shell standar 2 ½ in
= 2,3456 in (Brownell dan Young. 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan bahwa tebal tutup adalah 2 ½ in.
32. Pompa Utilitas - 117 (PU-117) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Deaerator (DE-101) ke Ketel Uap (KU-101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi:
Universitas Sumatera Utara
= 90 oC
- Temperatur - Densitas air (
)
- Viskositas air (
)
= 965,34 kg/m3 = 60,2645 lbm/ft3
(Geankoplis. 2003)
= 0,3135 cP
(Geankoplis. 2003)
= 0,0002 lbm/ft.s
- Tekanan masuk (p1)
= 265,5995 psi
= 5547,1913 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2)
= 101,325 psi
= 2116,2281 lbf/ft2
Laju alir massa (F)
= 105805,9724 kg/jam = 64,7954 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q
F
64,7954 lbm/s 60,2645 lbm/ft 3
1,0752 ft 3 / s
0,0304 m 3 / s
Asumsi NRe >2100, aliran turbulen Q0,45
Diameter optimum, Dopt = 0,363
0,13
(Peters et.al., 2004)
(0,0304)0,45 (965,34)0,13
= 0,363
= 0,1843 m = 7,2555 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 8 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 7,981 in = 0,6651 ft = 0,2027 m
- Diameter luar (OD)
= 8,625 in = 0,7188 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,3474 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan alir, v
Q at
Bilangan reynold, N Re
1,0752 ft 3 / s 0,3474 ft 2
.v.D
(Geankoplis, 1997)
3,0949 ft / s
60,2645x3,0949x0,6651 0,0002
588821,4783
Asumsi NRe >2100 aliran turbulen (sudah benar) Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,6651 = 0,0001 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 588821,4783 dan ε/D = 0,0001, diperoleh f = 0,003. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft = 9,144 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
L2 = 1 x 13 x 0,6651 ft = 3,8437 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,6651 ft = 17,74 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,6651 ft = 3,2523 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,6651 ft = 16,2617 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 3,8437 + 17,74 + 3,2523 + 16,2617 = 71,0977 ft.
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 .
L
2..g c .D
4x(0,003)x(3,09492 ) x(71,0977) 2.x(32,174) x(0,6651)
0,1909
Tinggi pemompaan ,Δz = 10 ft Static head, z
g gc
Velocity head,
v2 2.g c
Pressure head,
10 ft.lbf / lbm
p
0
-56,9317 2
-Ws
= z
v g + + 2. g c gc
p
+F
= 10 + 0 - 56,9317 + 0,1909 = 67,1227 ft.lbf/lbm Wp= -Ws/ η = 83,9033 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80 %
Universitas Sumatera Utara
Tenaga pompa, P
Ws.Q. 550 0,8
9,8846 hp
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 10 hp. 33. Ketel Uap (KU-101) Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Water tube boiler
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Kondisi operasi : Uap jenuh yang digunakan bersuhu 230 oC dan tekanan 1 atm. Steam table (Reklaitis. 1983) diperoleh panas laten steam 1806,425 kJ/kg = 0,7766 Btu/lbm. Kebutuhan uap = 529029,8621 kg/jam = 1166317,2957 lbm/jam Menghitung Daya Ketel Uap W=
34,5 P 970,3 H
dimana: P = Daya boiler, hp W = Kebutuhan uap, lbm/jam H = Panas laten steam, Btu/lbm Maka, P=
1166317,2957 0,7766 = 27,0584 hp 34,5 970,3
Menghitung Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A
= 27,0584 hp
10 ft2/hp
= 270,5838 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: -
Panjang tube
= 100 ft
-
Diameter tube
= 1,5 in
-
Luas permukaan pipa, a’ = 0,3925 ft2 / ft
Sehingga jumlah tube: A Nt = L a'
270,5838ft 2 = 100 ft 0,3925 ft 2 / ft
Universitas Sumatera Utara
= 6,8939 7 buah 34. Tangki Bahan Bakar – 101 (TB-101) Fungsi
: Menyimpan bahan bakar solar
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283, grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Temperatur 25 °C dan tekanan 1 atm
Laju volume solar
= 83,8649 L/jam
Densitas solar
= 0,89 kg/L = 55,5612 lbm/ft3
(Sub-Bab 7.5 Bab VII) (Perry dan Green. 1999)
Kebutuhan perancangan = 7 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va)
= 83,8649 L/jam x 1 m3/1000 L x 7 hari x 24 jam/hari = 14,0893 m3 14,0893 m3 = 16,9072 m3
Volume tangki, Vt = 1,2
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 1 : 2 =
1 4
D2 H
16,9072 m3
=
1 4
D 2 ( 2 D)
16,9072 m3
= 1,5708 D3
V
D = 2,2083 m H = 4,4166 m Tinggi Cairan dalam Tangki = =
Volume cairan Tinggi Silinder Volume silinder
14,0893 4,4630 4,4166 = 3,6805 m 16,9072
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid =
x g x l = 890,0712 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,6805 m = 32,1012 kPa
Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 32,1012 + 101,325 kPa = 133,4262 kPa Faktor kelonggaran = 5 %.
Universitas Sumatera Utara
Maka, Pdesign = (1,05)(133,4262 kPa) = 140,0976 kPa Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young. 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell dan Young. 1959)
Tebal shell tangki: t=
pD 140,0976kPa 2,2083 m = 2SE 1,2 p 2 87218,714kPa 0,8 1,2 140,0976kPa = 0,0022 m = 0,0874 in
Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0874 + 10 x 1/8) in Tebal shell standar 1 ½ in
= 1,3374 in (Brownell dan Young. 1959)
D.2 Perhitungan Peralatan Unit Pembangkit Udara Panas : 1. Blower (B-101) Fungsi
: mengumpankan udara ke E-201
Tipe
: Turbo blower
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 10 unit
Cadangan
: 10 unit
Data perhitungan: Temperatur,
T = 25 oC
Tekanan operasi,
P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O
Laju alir massa,
F = 76989,3219 kg/jam
ρ udara,
ρ = 1,1675 kg/m3
Laju alir volum, Q =
F
76989,3219,1011 kg / jam = 65943,7447 m3/jam 3 1,1675 kg / m
Q = 38811,1909 ft3/menit Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan : P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (ft H2O)
(Perry, 2008)
P = 0,000157 × 38811,1909 × 33,9 = 206,5648 hp Efisiensi blower = 80 % P = 206,5648 / 0,8 = 258,2060 hp Digunakan daya motor standar 300 hp.
Universitas Sumatera Utara
2. Air Heater (E-201) Fungsi
: Memanaskan udara untuk keperluan D-101
Tipe
: Shell and Tube Heat Exchanger
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Dipakai
: ¾ in OD Tube 16 BWG, panjang 10 ft, 4 passes
Jumlah
: 1 unit
1. Neraca Energi Fluida panas (steam): Laju alir umpan masuk = 25,3743 kg/jam = 55,9401 Temperatur akhir (T2) = 230 oC = 446 oF Fluida dingin (udara): Laju alir umpan masuk = 76989,3219 kg/jam = Temperatur awal (t1)
= 25 oC = 77 oF
Temperatur akhir (t2)
= 30 oC = 86 oF
169730,6591 lb/jam
Panas yang diserap (Q) = 57271,2071 kJ/jam = 54282,4172 Btu/jam 2. ∆T = beda suhu sebenarnya Fluida panas
Fluida dingin
selisih
T1= 446 oF
Temperatur lebih tinggi
t2 = 86 oF
∆t2 = 360 oF
T2 = 446 oF
Temperatur lebih rendah t1 =77 oF
∆t1 = 369 oF
T1-T2 = 0 oF
Selisih
t2
LMTD =
t2 t1
ln
R=
t1
T1 T2 =0 t2 t1
9 360 ln 369 S=
t2 –t1 = 9 oF
∆t2- ∆t1 = -9 oF
364,4815 oF
t 2 t1 T1 t1
0,0244
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 1 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 1 × 364,4815 oF 364,4815 oF 3. Suhu kaloric Tc dan tc Tc =
T1
T2 2
446 oF
Universitas Sumatera Utara
tc =
t1
t2
81,5 oF
2
dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi:
Diameter luar tube (OD) = ¾ in
Jenis tube = 16 BWG
Pass (n) = 4
Pitch (PT) = 15/16 in triangular pitch
Panjang tube (L) = 16 ft
Trial 1. a. Dari Tabel 8 hal 840, Kern 1965, fluida panas steam dan untuk fluida dingin berupa gases maka UD = 5-50, faktor pengotor (Rd) = 0,001. Diambil nilai UD = 5 Btu/jam ft2 oF. Luas permukaan untuk perpindahan panas,
Q
A=
UD
t
54282,4172 = 29,7861 ft2 5 364,4815
A=
Luas permukaan luar (a”) = 0,1963 ft2/ft [Tabel 10] Jumlah tube, Nt =
A L a"
29,7861 ft 2 16 ft 0,1963 ft 2 / ft
9,4836 buah
b. Dari Tabel 9 hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 10 tube dengan ID shell 8 in. c. Koreksi UD A = L × Nt × a” = 16 ft × 10 × 0,1963 ft2/ft = 31,408 ft2. UD =
Q A
t
54282,4172 4,7418 Btu/jam ft2 oF. 31,408 364,4815
Nilai UD koreksi hampir mendekati nilai UD tebakan, sehingga cukup dilakukan trial 1. Fluida dingin – Shell Side
Fluida panas – Tube Side
4. luas aliran (as)
4. luas aliran (at)
8 0,1875 5 as = ID C ' B = 144 PT
144 0.9375
Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) at’ = 0,302 in2
Universitas Sumatera Utara
=
0,0556 ft2
at =
5. Kecepatan Massa (Gs) W Gs = = as
169730,6591 0,0556
Nt at ' 10 0,302 = 144 n 144 4
= 0,0052 ft2 5. Kecepatan massa (Gt)
= 3055151,8639 lbm/ft2.jam
Gt =
6. Bilangan Reynold (Res)
w 55,9401 = 0,0052 at
= 10669,3651 lbm /ft2.jam
0,55 De = = 0,0458 ft 12
6. Bilangan Reynold (Ret)
μ = 0,0184 cP = 0,0445 lbm/ft.jam
Pada Tc = 446 oF
Res= De Gs = 0,0458 3055151,8639
Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843)
0,0445
untuk ¾ in 16 BWG
= 3144713,2986
Dt = 0,620 in
7. Dari Gambar 28 (Kern,1950,hal.838)
= 0,0517 ft
μ = 0,016 cP = 0,0387 lbm/ft.jam
Res= 3144713,2986 diperoleh jH= Ret =
2906,4118
Dt x Gt
= 0,0517 x10669,3651 0,0397
o
8. Pada tc = 81,5 F
= 14242,1389
Pada Gambar 4 (Kern,1950,hal.806)
Taksir jH dari Gambar 24 Kern pada
0
c
= 0,25 btu/lbm. F
Ret = 14242,1389 diperoleh
Pada Gambar 1 (Kern,1950,hal.803) 0
k
= 0,0174 btu/jam.ft. F 1/ 3
c k
= 0,25 x 0,0445 0,0174
jH = 123,7708 8. Pada Tc = 446 oF
1/ 3
Pada Gambar 4 (Kern,1950,hal.806) c = 0,48 btu/lbmoF
= 0,8615 9.
k Cp De k
ho s
jH
ho s
2906,4118
k = 4,5442 btu/jam.ftoF 1/ 3 1/ 3
c
0,0174 0,8615 0,0458
= 951,1141 btu/jam.ft. F 11. untuk trial dianggap Φs = 1 12. ho = 951,1141 btu/jam.ft.0F
1/ 3
4,5442
k
0
= 0,48 x 0,046 = 0,1599
.
hi t
jH
k c D k
1/ 3
hi 0,0248 123,7708 0,1599 t 0,0517
= 1740,6777 btu/jam.ft.0F Pressure drop
Karena viskositas rendah, maka φt = 1.
10. untuk Res = 3144713,2986
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 29, hal. 839 diperoleh 2
2
hio t
hio
f = 0,00001 ft /in
t
Spesifik gravity (s) = 0,9
hio = 1740,6777
Φs = 1
Clean overall cooficient, UC
11. jumlah crosses
UC =
hio ho hio ho
UC =
1740,6777 951,1141 1740,6777 951,1141
N + 1 = 12 L / B N + 1 = 12 . (10 / 5) = 24
f Gs 2 Ds N 12. ∆Ps = 5,22.1010 De s
1 s
0,00001 3055151,8639 2 1,2708 24 5,22.1010 0,0458 0,9 1
∆Ps = 1,3221 psi Pressure Drop < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima.
615,0487
Faktor Pengotor, Rd : Rd =
UC U D UC U D
Rd =
615,0487 4,7418 = 0,2093 615,0487 4,7418
Rd hitung
>
Rd batasan,
sehingga
spesifikasi heater dapat diterima. Pressure drop 10. untuk Ret = 14242,1389 Dari Gambar 26, hal. 836 diperoleh f = 0,0035 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 1 (Walker, 2008) Φt = 1 11. ∆Pt ∆Pt=
=
f Gt 2 L n 5,22.1010 Dt s
t
0,0035 10669,36512 16 4 5,22.1010 0,0517 1 1
= 0,0095 psi 12. Gt = 10669,3651lbm /ft2.jam Dari Gambar 27 hal. 837 didapatkan : v2/2g = 0,00001 ∆Pr =
4n s
v2 2g
Universitas Sumatera Utara
=
0,0002 psi
∆Pf = ∆Pt + ∆Pr = 0,0095+ 0,0002 = 0,0096 psi Pressure Drop < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate ini digunakan asumsi sebagai berikut : 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun 2. Kapasitas produksi adalah 300.000 ton/tahun 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peters, 2004) 4. Harga alat disesuaikan dengan basis 28 Desember 2012, dimana nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah US$ 1 = Rp 9.637,- (Seputar Forex, 28 Desember 2012).
E.1
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) A.
Biaya Tanah Lokasi Pabrik
Harga tanah untuk kebutuhan pabrik dan industri di daerah kawasan industri Medan adalah Rp. 400.000,- /m2 Luas tanah seluruhnya = 14.500 m2 Harga tanah seluruhnya = 14.500 m2
Rp 400.000,-/m2 = Rp 5.800.000.000,-
Biaya perataan tanah diperkirakan 5
dari harga tanah seluruhnya (Peters, 2004).
Biaya perataan tanah = 0,05
Rp 5.800.000.000,- = Rp 290.000.000,-
Total biaya tanah (A) = Rp 5.800.000.000,- + Rp 290.000.000,= Rp 6.090.000.000,0,-
Universitas Sumatera Utara
B. Harga Bangunan Tabel E.1 Estimasi Perincian Harga Bangunan No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga
Jumlah (Rp)
(Rp/m2) 1
Pos Keamanan
28
1.200.000
33.600.000
2
Parkir
420
700.000
294.000.000
3
RTH
1450
500.000
725.000.000
4
Areal Bahan Baku
1920
2.000.000
3.840.000.000
5
Areal Proses Produksi
4800
2.500.000
12.000.000.000
6
Areal Produk
1925
2.000.000
3.850.000.000
7
Ruang Kontrol
70
2.000.000
140.000.000
8
Perkantoran
540
3.500.000
1.890.000.000
9
Gudang Peralatan
80
1.250.000
100.000.000
10
Unit Pengolahan Air
600
2.500.000
1.500.000.000
11
Ruang Boiler
120
3.500.000
420.000.000
12
Unit Pembangkit Listrik
80
2.500.000
200.000.000
13
Laboratorium
120
3.500.000
420.000.000
16
Unit Pengolahan Limbah Cair
200
2.500.000
500.000.000
17
Bengkel
50
2.000.000
100.000.000
18
Poliklinik
60
1.700.000
102.000.000
19
Ruang Ibadah
50
600.000
30.000.000
20
Kantin
50
1.250.000
62.500.000
21
Areal Perluasan
500
1.000.000
500.000.000
22
Perumahan /Mess Karyawan
1.152
2.500.000
2.880.000.000
23
Unit Pemadam Kebakaran
70
1.500.000
105.000.000
24
Jalan
175
700.000
122.500.000
25
Perpustakaan
40
1.500.000
60.000.000
Total
14.500
29.874.600.000
Total biaya bangunan (B) = Rp 29.874.600.000,-
Universitas Sumatera Utara
C. Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dibagi menjadi 2 bagian yaitu : C.1 Harga Peralatan non-Impor Tabel E.2 Estimasi Harga Peralatan Proses non-Impor No
Kode
Jumlah
Harga / Unit
(unit)
(Rp)
Harga Total (Rp)
1
P-101
2
4.900.000
9.800.000
2
P-102
2
4.900.000
9.800.000
3
P-103
2
4.900.000
9.800.000
4
P-104
2
4.900.000
9.800.000
5
C-101
1
8.300.000
8.300.000
6
C-102
1
8.300.000
8.300.000
7
C-103
1
8.300.000
8.300.000
8
T-101
1
50.000.000
50.000.000
9
T-102
1
50.000.000
50.000.000
Total Ket :
164.100.000
Harga Pompa : PT. Aneka Pompa Teknik Rekayasa, 2012 Harga Belt Convenyor: diasumsikan sama dengan harga impor (Alibaba,
2012 b).
C.2 Harga Peralatan Impor Harga peralatan yang diimpor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Peters, 2004) :
Cx dimana: Cx
Cy
X2 X1
m
Ix Iy
= 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)
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2012 digunakan metode regresi koefisien korelasi (Montgomery, 1992)
n ΣX i Yi
r
n ΣX i
2
ΣX i
2
ΣX i ΣYi n ΣYi
2
ΣYi
2
Tabel E.3 Harga Indeks Marshall dan Swift Tahun
Indeks
(Xi)
(Yi)
1
1989
2
No.
Xi.Yi
Xi²
Yi²
895
1780155
3956121
801025
1990
915
1820850
3960100
837225
3
1991
931
1853621
3964081
866761
4
1992
943
1878456
3968064
889249
5
1993
967
1927231
3972049
935089
6
1994
993
1980042
3976036
986049
7
1995
1028
2050860
3980025
1056784
8
1996
1039
2073844
3984016
1079521
9
1997
1057
2110829
3988009
1117249
10
1998
1062
2121876
3992004
1127844
11
1999
1068
2134932
3996001
1140624
12
2000
1089
2178000
4000000
1185921
13
2001
1094
2189094
4004001
1196836
14
2002
1103
2208206
4008004
1216609
Total
27937
14184
28307996
55748511
14436786
Sumber: Tabel 6-2, Peters, 2004 Data :
Data :
n = 14
∑Xi = 27937
∑Yi = 14184
∑XiYi = 28307996
∑Xi² = 55748511
∑Yi² = 14436786
n = 14
∑ Xi = 27937
∑ Yi = 14184
∑ XiYi = 28307996 ∑ Xi ² = 55748511
∑ Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel E.3, maka diperoleh harga koefisien korelasi : r=
(14) (28307996) - (27937)(14184) {[(14) (55748511)- (27937)²]× [(14)(14436786) - (14184)²]}½
0.984
r = 0,984 ≈ 1
Universitas Sumatera Utara
Harga koefisien yang mendekati + 1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b X dengan:
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2012)
X
= variabel tahun ke n
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi n ΣX i
ΣX i ΣYi 2
ΣX i
2
a
Yi. Xi 2 n. Xi 2
b =
(14)(28307996) (27937)(14184) (14)(55748511) (27937) 2
a =
(14184)(55748511) (27937)(28307996) (14)(55748511) (27937) 2
Xi. Xi.Yi ( Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : 53536 16,809 3185 103604228 3185
32529
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah : Y=a+bX Y = – 32529 + 16,809 X Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2012 adalah : Y = – 32529+ 16,809 (2012) Y = 1290,5056
Gambar E.1 Hasil Regresi Koefisien Korelasi Harga Indeks Marshall dan Swift
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan harga peralatan menggunakan harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters, 2004). Contoh perhitungan harga peralatan: a. Reaktor, (R-101) Kapasitas tangki , X2 = 584,6659 m3. Dari Gambar E.2 berikut, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 7990. Dari tabel 6-4, Peters, 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103.
Purchased cost, dollar
10
6
102
103
Capacity, gal 104
105
105
Mixing tank with agitator 304 Stainless stell
4
10
Carbon steel 310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)
103 10-1
P-82 Jan,2002
2
10
1
103
10
Capacity, m3
Gambar E.2 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan (Peters, 2004) Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1290,5056. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 282,8131 m3 adalah : Cx = US$ 7990
584,6659 1
0,49
×
Rp. 9637 1290,5056 × 1 US$ 1103
Cx = Rp 2.043.891.365 /unit Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel E.4 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel E.5 untuk perkiraan peralatan utilitas. Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
-
Biaya transportasi
= 5
-
Biaya asuransi
= 1
-
Bea masuk
= 15
(Rusjdi, 2004)
-
PPn
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
PPh
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
Biaya gudang di pelabuhan
= 0,5
-
Biaya administrasi pelabuhan = 0,5
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 43
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
PPn
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
PPh
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 21
Tabel E.4 Estimasi Harga Peralatan Proses Impor Kode
Unit
Harga/unit
R-101
2
2.043.891.365
M-101
1
548.220.435
M-102
1
539.203.883
FE-101
3
3.472.978.817
D-101
1
627.382.888
E-101
1
84.679.750
E-102
1
84.034.222
E-103
1
412.388.186
Total
16.802.628.546
Universitas Sumatera Utara
Tabel E.5 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah Kode
Unit
Ket*)
Harga/Unit
Harga Total
SC-101
1 NI
Rp
10.518.925
Rp
10.518.925
BS-101
2 NI
Rp
12.000.000
Rp
24.000.000
CL-101
1 NI
Rp
153.390.478
Rp
153.390.478
SF-101
1 NI
Rp
1.705.102
Rp
1.705.102
CE-101
1 I
Rp
89.770.366
Rp
89.770.366
AE-101
1 I
Rp
89.770.366
Rp
89.770.366
CT-101
1 NI
Rp
111.409.138
Rp
111.409.138
DE-101
1 I
Rp
647.571.991
Rp
647.571.991
KU-101
1 I
Rp
522.992.645
Rp
522.992.645
TU-101
1 NI
Rp
341.645.504
Rp
341.645.504
TU-102
1 NI
Rp
341.645.504
Rp
341.645.504
TP-101
1 NI
Rp
21.840.403
Rp
21.840.403
TP-102
1 NI
Rp
16.359.405
Rp
16.359.405
TP-103
1 NI
Rp
23.053.025
Rp
23.053.025
TP-104
1 NI
Rp
60.477.455
Rp
60.477.455
TP-105
1 NI
Rp
5.075.451
Rp
5.075.451
PU-101
1 NI
Rp
1.965.872
Rp
1.965.872
PU-102
1 NI
Rp
1.965.872
Rp
1.965.872
PU-103
1 NI
Rp
1.965.872
Rp
1.965.872
PU-104
1 NI
Rp
1.965.872
Rp
1.965.872
PU-105
1 NI
Rp
1.965.872
Rp
1.965.872
PU-106
1 NI
Rp
1.965.872
Rp
1.965.872
PU-107
1 NI
Rp
927.708
Rp
1.983.406
PU-108
1 NI
Rp
927.708
Rp
1.983.406
PU-109
1 NI
Rp
927.708
Rp
1.983.406
PU-110
1 NI
Rp
927.708
Rp
1.983.406
PU-111
1 NI
Rp
927.708,
Rp
1.983.406
PU-112
1 NI
Rp
927.928
Rp
1.983.875
PU-113
1 NI
Rp
927.928
Rp
1.983.875
PU-114
1 NI
Rp
927.928
Rp
1.983.875
Universitas Sumatera Utara
PU-115
1 NI
Rp
927.928
Rp
1.983.875
PU-116
1 NI
Rp
927.928
Rp
1.983.875
PU-117
1 NI
Rp
927.928
Rp
1.983.875
Generator
3 NI
Rp
200.000.000
Rp
600.000.000
Total Rp
3.564.515.712
Tabel E.6 Estimasi Harga Peralatan Unit Pembangkit Udara Panas Kode
Unit
Ket*)
Harga/Unit
Harga Total
Blower
20 NI
Rp
20.000.000
Rp
400.000.000
E-201
1 I
Rp
22.102.352
Rp
16.212.812
Total Rp
416.212.812
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor. Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x (Rp 16.802.628.546 + Rp 1.360.624.295 + Rp 16.212.812 ) + 1,21 x (Rp 164.100.000+ Rp 2.203.891.416 + Rp 400.000.000) = 29.346.452.727,Biaya pemasangan diperkirakan 25 Biaya pemasangan = 0,25
dari total harga peralatan (Peters, 2004).
Rp 29.346.452.727,-
= Rp 7.336.613.182,Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp 29.346.452.727,- + Rp 7.336.613.182,- = Rp 36.683.065.908, Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 8
dari total harga peralatan
(Peters, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,8
Rp. 29.346.452.727,-
= Rp. 2.347.716.218, Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 10 perpipaan (E) = 0,1
dari total harga peralatan (Peters, 2004). Biaya
Rp. 29.346.452.727,-
= Rp. 2.934.645.273,-
Universitas Sumatera Utara
Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 10 Biaya instalasi listrik (F)
= 0,1
dari total harga peralatan (Peters, 2004).
Rp. 29.346.452.727,-
= Rp. 2.934.645.273, Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 25 Biaya insulasi (G)
= 0,25
dari total harga peralatan (Peters, 2004).
Rp. 4.087.782.730,-
= Rp 1.021.945.683, Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 7 Biaya inventaris kantor (H)
= 0,07
dari total harga peralatan (Peters, 2004). Rp. 29.346.452.727,-
= Rp. 2.054.251.691, Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 10
dari total harga
peralatan (Peters, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,1 Rp. 29.346.452.727,= Rp. 2.934.645.273, Sarana Transportasi Untuk
mempermudah
pekerjaan,
perusahaan
memberi
fasilitas
sarana
transportasi (J) seperti pada tabel E.7. Tabel E.7 Biaya Sarana Transportasi No
Jenis Kendaraan
Unit
Tipe
Harga/unit
.
Harga/total (Rp)
(Rp)
1.
Mobil Direktur
1
Honda Odyssey
500.000.000
500.000.000
2.
Mobil Manager
4
Honda Civic
400.000.000
1.600.000.000
3.
Mobil Kepala Seksi
14
Avanza
160.000.000
2.240.000.000
4.
Ambulance
2
Minibus
170.000.000
340.000.000
5.
Bus Karyawan
3
Bus
300.000.000
900.000.000
6.
Truk
5
Truk
300.000.000
1.500.000.000
7.
Mobil Pemadam Kebakaran
1
Truk
270.000.000
270.000.000
Universitas Sumatera Utara
8.
Sepeda Motor
10
Honda
9.
Mobil Pemasaran
4
Minibus L-300
14.500.000
145.000.000
170.000.000
680.000.000
Total Total MITL
8.175.000.000
= A+B+C+D+E+F+G+H+I+J = Rp. 95.050.515.318,-
E.1.2 Modal Investasi Tetap Tidak Langsung (MITTL) Pra Investasi Diperkirakan 50 dari total harga peralatan (Peters, 2004). Pra Investasi (K) = 0,5 x Rp. 29.346.452.727,= Rp 14.673.226.363, Biaya Engineering dan Supervisi dari total harga peralatan (Peters, 2004).
Diperkirakan 40
Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,4 x Rp. 29.346.452.727,= Rp. 11.738.581.091, Biaya Legalitas dari total harga peralatan (Peters, 2004).
Diperkirakan 12
Biaya Legalitas (M)
= 0,12
Rp. 29.346.452.727,-
= Rp. 3.521.574.327, Biaya Kontraktor Diperkirakan 10
dari total harga peralatan (Peters, 2004).
Biaya Kontraktor (N)
= 0,1
Rp. 29.346.452.727,-
= Rp. 2.934.645.273, Biaya Tak Terduga Diperkirakan40
dari total harga peralatan (Peters, 2004) .
Biaya Tak Terduga (O)
= 0,4 x Rp. 29.346.452.727,= Rp 11.738.581.091,-
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp. 44.606.608.144,Total MIT
= MITL + MITTL = Rp. 95.050.515.318,- + Rp. 44.606.608.144,= Rp. 139.657.123.462,-
Universitas Sumatera Utara
E.2 Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (90 hari). E.2.1 Persediaan Bahan Baku A. Bahan Baku Proses 1. Ammonium Phosphate Kebutuhan
= 22283,0755 kg/jam
Harga
= Rp 1500,- /kg
Harga total
= 90 hari
24 jam/hari
(Alibaba, 2012a) 22283,0755 kg/jam
Rp 1.500,- /kg
= Rp 72.197.164.767,Ammonium Phosphate diimpor dari China sehingga harganya menjadi : = 1,43 x Rp 72.197.164.767,- = Rp 103.241.945.616,2. Potassium Phosphate Kebutuhan
= 23966,8406 kg/jam
Harga
= Rp. 2.000,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari
(Alibaba, 2012c) 23966,8406 kg/jam x Rp. 2.000,-/kg
= Rp 103.536.751.447,Potassium Phosphate diimpor dari China sehingga harganya menjadi : = 1,43 x Rp 103.536.751.447,- = Rp 148.057.554.569,-
B. Persediaan Bahan Baku Utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 23,6985 kg/jam
Harga
= Rp 3.400 ,-/kg
Harga total
= 90 hari
24 jam/hari
(PT. Bratachem, 2012) 23,6985 kg/jam
Rp 3.400,- /kg
= Rp 174.041.608,2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 12,7972 kg/jam Harga
= Rp 4.600,-/kg
Harga total = 90 hari
(PT. Bratachem, 2012)
24 jam/hari x 12,7972 kg/jam
Rp 4.600,-/kg
= Rp. 127.152.752,3. Kaporit Kebutuhan = 0,0031 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Harga
= Rp 12.200,-/kg
Harga total = 90 hari
(PT. Bratachem, 2012)
24 jam/hari
0,0031 kg/jam
Rp 12.200,-/kg
= Rp 82.681,4. H2SO4 Kebutuhan = 0,0004 kg/jam = 0,0003 ltr/jam Harga
= Rp 193.000,-/L
Harga total = 90 hari
(PT. Bratachem, 2012)
24 jam x 0,0003 L/jam
Rp 193.000-/L
= Rp 105.025,5. NaOH Kebutuhan
= 0,0002 kg/jam
Harga
= Rp 12.500,-/kg
Harga total
= 90 hari
(PT. Bratachem, 2012)
24 jam
0,0002 kg/jam
Rp 12.500,-/kg
= Rp 53.019,6. Solar Kebutuhan
= 66,5317 ltr/jam
Harga solar untuk industri per 28 Desember 2012 = Rp. 11.000,-/ltr (Pertamina, 2012) Harga total
= 90 hari
24 jam/hari
66,5317 ltr/jam
Rp. 11.000,-/ltr
= Rp. 1.580.793.270,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) : = Rp. 253.181.728.540,E.2.2 Kas A. Gaji Pegawai Tabel E.8 Perincian Gaji Karyawan Jabatan Dewan Komisaris Direktur Staf Ahli Sekretaris Manajer Teknik dan Produksi Manajer Pemasaran dan Keuangan Manajer Personalia Kepala Bagian Teknik
Jumlah 3 1 3 1 1 1 1 1
Gaji/bulan (Rp) 25.000.000 30.000.000 10.000.000 4.500.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 9.000.000
Jumlah Gaji/bulan (Rp) 75.000.000 30.000.000 30.000.000 4.500.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 9.000.000
Universitas Sumatera Utara
Kepala Bagian Produksi 1 9.000.000 9.000.000 Kepala Bagian Personalia 1 9.000.000 9.000.000 Kepala Bagian Keuangan 1 9.000.000 9.000.000 Kepala Bagian Pemasaran 1 9.000.000 9.000.000 Kepala Bagian Riset 1 9.000.000 9.000.000 Kepala Seksi 16 7.000.000 112.000.000 Karyawan Produksi 21 4.000.000 84.000.000 Karyawan Teknik 8 4.000.000 32.000.000 Karyawan Personalia 5 4.000.000 20.000.000 Karyawan Keuangan 5 4.000.000 20.000.000 Karyawan Pemasaran 5 4.000.000 20.000.000 Karyawan Riset dan Pengembangan 5 4.000.000 20.000.000 Dokter 1 6.000.000 6.000.000 Perawat 2 3.000.000 6.000.000 Petugas Keamanan 6 2.000.000 12.000.000 Petugas Kebersihan 5 2.000.000 10.000.000 Supir 5 2.000.000 10.000.000 Total 100 601.500.000 Total gaji pegawai selama 3 bulan = 3 × Rp 601.500.000 = Rp 1.804.500.000.B. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 1.804.500.000,- = Rp 360.900.000 ,C. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20
dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 1.804.500.000,- = Rp 360.900.000 ,-
D. Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang-Undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut:
Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).
Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00).
Tarif pajak ditetapkan sebesar 5 % (Pasal 5 UU No.21/97).
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).
Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).
Universitas Sumatera Utara
Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut : Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah
Rp 6.090.000.000,-
Bangunan
Rp 29.874.600.000,-
Total NJOP
Rp
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
Rp
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
35.934.600.000,-
Pajak yang Terutang (5 %
Rp
1.796.730.000,-
NPOPKP)
35.964.600.000,30.000.000,- –
Tabel E.9 Perincian Biaya Kas No. Jenis Biaya
Jumlah (Rp)
1
Gaji Pegawai
1.804.500.000
2
Administrasi Umum
360.900.000
3
Pemasaran
360.900.000
4
Pajak Bumi dan Bangunan Total
1.796.730.000 4.323.030.000,-
D. Biaya Start – Up Diperkirakan 22 = 0,22
dari Modal Investasi Tetap (Peters, 2004). Rp. 139.657.123.462,- = Rp. 30.724.567.162,-
E.2.3 Piutang Dagang PD
IP HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : 1. Harga jual potassium ammonium polyphosphate = Rp 5.000- /kg (Hadi, 2007 ) Produksi potassium ammonium polyphosphate = 31.565,6566 kg/jam Hasil penjualan potassium ammonium polyphosphate tahunan = 37.878,7879 kg/jam 24 jam/hari 330 hari/thn
Rp 4500,- /kg
= Rp. 1.500.000.000.000,-
Universitas Sumatera Utara
Piutang Dagang =
1 Rp. 1.500.000.000.000,12
= Rp. 125.000.000.000,Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel E.10 Perincian Modal Kerja No. Biaya
Jumlah (Rp)
1
Bahan baku proses dan utilitas
2
Kas
3
Start up
4
Piutang Dagang
125.000.000.000
Total
413.229.325.702
Total Modal Investasi
253.181.728.540 4.323.030.000 30.724.567.162
= Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp. 139.657.123.462,- + Rp 413.229.325.702,= Rp. 552.886.449.164,-
Modal ini berasal dari: - Modal sendiri
= 60
dari total modal investasi
= 0,6
Rp. 552.886.449.164,-
= Rp. 331.731.869.498,- Pinjaman dari Bank
= 40
dari total modal investasi
= 0,4
Rp. 552.886.449.164,-
= Rp. 221.154.579.666,E.3 Biaya Produksi Total E.3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) A. Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P) Gaji total = (12 + 2)
Rp 601.500.000,-
= Rp 8.421.000.000,B. Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012).
Universitas Sumatera Utara
Bunga bank (Q) = 0,15
Rp 221.154.579.666,-
= Rp. 33.173.186.950,C. Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan melalui penyusutan (Rusdji, 2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia
No. 17 Tahun
2000 Pasal 11 ayat 6 dapat dilihat pada tabel E.11. Tabel E.11 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta
Masa
Tarif
Berwujud
(tahun)
(%)
Beberapa Jenis Harta
4
25
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/
I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
tools industri. 2. Kelompok 2
8
12,5
Mobil, truk kerja
3. Kelompok 3
16
6,25
Mesin industri kimia, mesin industri mesin
20
5
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
(Waluyo, 2000 dan Rusdji, 2004) Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D
P L n
dimana: D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
n
= umur peralatan (tahun)
Tabel E.12 Perhitungan Biaya Depresiasi
Komponen
Biaya (Rp)
Umur (tahun)
Depresiasi (Rp)
Universitas Sumatera Utara
Bangunan
29.874.600.000
20
1.493.730.000
Peralatan proses dan utilitas
36.683.065.908
16
2.292.691.619
Instrumentrasi dan pengendalian proses
2.347.716.218
4
586.929.055
Perpipaan
2.934.645.273
4
733.661.318
Instalasi listrik
2.934.645.273
4
733.661.318
Insulasi
1.021.945.683
4
255.486.421
Inventaris kantor
2.054.251.691
4
513.562.923
Perlengkapan keamanan dan kebakaran
2.934.645.273
4
733.661.318
Sarana transportasi
8.175.000.000
8
1.021.875.000 8.365.258.972
TOTAL
Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UURI Pasal 11 ayat 1 No. Tahun 2000). Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak berwujud yang dimaksud (Rusdji, 2004). Untuk masa 4 tahun, maka biaya amortisasi adalah 25
dari MITTL.
sehingga : Biaya amortisasi
= 0,25
Rp. 44.606.608.144,-
= Rp. 11.151.652.036,Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 8.365.258.972,- + Rp. 11.151.652.036,= Rp. 19.516.911.008,D. Biaya Tetap Perawatan 1. Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20 %, diambil 10 % dari harga peralatan terpasang di pabrik (Peters, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1
Rp. 36.683.065.908,-
Universitas Sumatera Utara
= Rp. 3.668.306.591,2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10
dari harga bangunan (Peters, 2004).
Perawatan bangunan
= 0,1
Rp 29.874.600.000,-
= Rp. 2.987.460.000,3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10
dari harga kendaraan (Peters, 2004).
Perawatan kenderaan
= 0,1
Rp. 8.175.000.000,-
= Rp. 817.500.000,4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10
dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Peters, 2004).
Perawatan instrumen
= 0,1
Rp. 2.347.716.218,-
= Rp. 234.771.622,5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 % dari harga perpipaan (Peters, 2004). Perawatan perpipaan
= 0,1
Rp. 2.934.645.273,-
= Rp. 293.464.527,6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 Perawatan listrik
dari harga instalasi listrik (Peters, 2004). = 0.1
Rp 2.934.645.273,-
= Rp. 293.464.527,7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10
dari harga insulasi (Peters, 2004).
Perawatan insulasi
= 0,1
Rp 1.021.945.683,-
= Rp. 102.194.568,8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10
dari harga inventaris kantor (Peters, 2004).
Perawatan inventaris kantor = 0,1
Rp 2.054.251.691,-
= Rp. 205.425.169,9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10
dari harga perlengkapan kebakaran (Peters, 2004).
Universitas Sumatera Utara
Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1
Rp 2.934.645.273,-
= Rp. 293.464.527,= Rp. 2.240.284.941,-
Total biaya perawatan (S)
E. Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 60
dari modal investasi tetap
(Peters, 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,6 x Rp 139.657.123.462,= Rp. 83.794.274.077,-
F. Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 3 bulan adalah Rp 360.900.000,Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) =
4
Rp 360.900.000,-
= Rp 1.443.600.000,G. Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp 360.900.000,Biaya pemasaran selama 1 tahun
= 4
Rp 360.900.000,-
= Rp 1.443.600.000,Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi
= 0,5 x Rp 1.443.600.000,= Rp 721.800.000,-
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 2.165.400.000,H. Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5
dari biaya tambahan industri (Peters, 2004).
Biaya laboratorium (W)
= 0,05 x Rp. 83.794.274.077,= Rp. 4.189.713.704,-
I. Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1 % dari modal investasi tetap (Peters, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 139.657.123.462,= Rp. 1.396.571.235,J. Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2012). = 0,0031
Rp. 95.050.515.318,-
Universitas Sumatera Utara
= Rp 294.656.597,2. Biaya asuransi karyawan Premi asuransi
= Rp. 375.000,-/tenaga kerja (Asosiasi Asuransi Jiwa
Indonesia-AAJI, 2012) Maka biaya asuransi karyawan = 100 orang x Rp. 375.000,-/orang = Rp. 37.500.000,Total biaya asuransi (Y)
= Rp. 332.156.597,-
K. Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp. 1.796.730.000,Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z = Rp 158.469.828.512,E.3.2 Biaya Variabel A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah: = Rp 253.181.728.540,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun = Rp. 253.181.728.540,- x 330
90
= Rp. 928.333.004.647,B. Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10
dari biaya variabel bahan baku
Biaya perawatan lingkungan
= 0,1
Rp. 928.333.004.647,-
= Rp. 92.833.300.465,2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 1
dari biaya variabel bahan baku
Biaya variabel pemasaran
= 0,01
Rp. 928.333.004.647,-
= Rp. 9.283.330.046,Total biaya variabel tambahan
= Rp. 102.116.630.511 ,-
C. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5
dari biaya variabel tambahan = 0,05
Rp. 102.116.630.511,-
Universitas Sumatera Utara
= Rp 5.105.831.526,Total biaya variabel
= Rp. 1.035.555.466.684,-
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 158.469.828.512,- + Rp 1.035.555.466.684 ,= Rp. 1.194.025.295.196,E.4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan E.4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) = total penjualan – total biaya produksi
Laba atas penjualan
= (Rp. 1.500.000.000.000,-)-(Rp. 1.194.025.295.196,-) = Rp. 305.974.704.804,Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 305.974.704.804,= Rp. 1.529.873.524,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 305.974.704.804,- – Rp. 1.529.873.524,= Rp 304.444.831.280,E.4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (Rusjdi, 2004): Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10 . Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 15
.
Penghasilan di atas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30
.
Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: - 10
Rp. 50.000.000
= Rp.
5.000.000,-
- 15
(Rp. 100.000.000- Rp 50.000.000)
= Rp.
7.500.000,-
- 30
(Rp. 304.444.831.280,– Rp. 100.000.000) = Rp. 91.303.449.384,Total PPh
= Rp 91.315.949.384,-
Universitas Sumatera Utara
E.4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp. 304.444.831.280,- - Rp. 91.315.949.384,= Rp. 213.128.881.896,-
E.5 Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak total penjualan
100
Rp 305.974.704.804,x 100% Rp 1.500.000.000.000,-
PM =
= 20,3 % B. Break Even Point (BEP) BEP
=
BEP
=
Biaya Tetap Total Penjualan Biaya Variabel
100
Rp158.469.828.512,Rp 1.500.000.000.000,- - Rp.1.035.555.466.684 ,-
x 100%
BEP = 34,12 %
Kapasitas produksi pada titik BEP = 34,12 %
300.000 ton/tahun
= 102.360,8744 ton/tahun Nilai penjualan pada titik BEP
= 34,12 % x Rp 1.350.000.000,= Rp. 511.804.372.140,-
C. Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak Total modal investasi
ROI
=
Rp 213.128.881.896,x 100% = 38,55 % Rp 552.886.449.164,-
100
D. Pay Out Time (POT)
1 x 1 tahun 0,3854
POT
=
POT
= 2,6 tahun
E. Return on Network (RON)
Universitas Sumatera Utara
RON =
Laba setelah pajak Modal sendiri
RON =
Rp 213.128.881.896,x 100% = 64,25 % Rp 331.731.869.498,-
100
F. Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10
tiap tahun
- Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. - Dari Tabel E.13 diperoleh nilai IRR sebesar 49,53 %.
Universitas Sumatera Utara
Tabel E.13 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) P/F pada i
Laba Sebelum Pajak
Pajak
Laba Sesudah Pajak
Depresiasi
Net Cash Flow
0
-
-
-
-
-552.886.449.164,12
1,000
(552.886.449.164,118)
1,000
-552.886.449.164,118
1
304.444.831.280
91.315.949.384
213128881896
19.516.911.008
232.645.792.903,79
0,671
156.138.116.042,812
0,667
155.097.195.269,193
2
334.889.314.408
100.449.294.322
234440020086
19.516.911.008
253.956.931.093
0,450
114.389.861.309,577
0,444
112.869.747.152,619
3
368.378.245.849
110.495.973.755
257882272094
19.516.911.008
277.399.183.101,96
0,302
83.858.361.511,001
0,296
82.192.350.548,727
4
405.216.070.434
121.547.321.130
283668749304
19.516.911.008
303.185.660.311
0,203
61.512.529.042,560
0,198
59.888.525.493,605
5
445.737.677.477
133.703.803.243
312033874234
19.516.911.008
331.550.785.241,73
0,136
45.145.941.944,989
0,132
43.661.008.756,113
6
490.311.445.225
147.075.933.567
343235511657
19.516.911.008
362.752.422.665
0,091
33.150.700.598,646
0,088
31.846.577.572,796
7
539.342.589.747
161.785.276.924
377557312823
19.516.911.008
397.074.223.830,87
0,061
24.353.860.652,077
0,059
23.239.826.543,370
8
593.276.848.722
177.965.554.617
415311294105
19.516.911.008
434.828.205.113
0,041
17.898.950.192,260
0,039
16.966.319.236,240
9
652.604.533.594
195.763.860.078
456840673516
19.516.911.008
476.357.584.523,72
0,028
13.160.023.617,989
0,026
12.391.153.953,978
10
717.864.986.954
215.341.996.086
502522990868
19.516.911.008
522.039.901.875
0,019
9.679.234.579,164
0,017
9.052.970.575,629
= 44 %
PV pada i = 44 %
P/F pada
Thn
6.401.130.326,957
IRR = 31 % +
6.401.130. 326,957 (6.401.130 .326,957) - ( - 5.680.774. 061,847)
i = 45 %
PV pada i = 45 %
-5.680.774.061,847
50 49 % = 49,53 %
Universitas Sumatera Utara