LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Kapasitas produksi
: 8.000 ton/tahun
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu kerja pertahun : 330 hari Satuan operasi
: kg/jam
Kapasitas tiap jam
ton 1 tahun 1 hari 1000 kg x x = 8000 x tahun 330 hari 24 jam 1 ton = 1.010,1010 kg/jam
Massa molekul realatif (kg/kmol): Aseton (A)
: 58,08
Ketena (K)
: 42,04
Metana (M)
: 16,04
Asam asetat (HAc)
: 60,05
Asetat anhidrat (AA)
: 102,09
LA.1 Mix Point (M-101) A 28 A
1
2
A
Dari perhitungan alur mundur diperoleh: F28 = 306,3334 kg/jam F1 = 568,9048 kg/jam
Neraca massa total : F2 = F1 + F28 = 568,9048 + 306,3334 = 875,2382 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel A.1 Neraca Massa Mix Point Komponen
Alur Masuk (kg/jam) Alur 1
Aseton
Alur Keluar (kg/jam)
Alur 28
568,9048
Total
Alur 2
306,3334
875,2382
875,2382
875,2382
LA.2 Furnace (F-201) A
3
Furnace
4
A K M
F3 = F2 = 875,2382 kg/jam Reaksi :
CH3COCH3
CH2:C:O
Aseton
+
Keten
CH4 Metana
Konversi reaksi X = 65 % N3A =
r
(Rice, 1929)
875,2382 = 15,0695 kmol/jam 58,08
X N 3A
A
- 0,65 x 15,0695 = 9,7952 kmol/jam 1
Neraca massa komponen : 1. Aseton (A) N4A
= N3A – r = 15,0695 - 9,7952 = 5,0469 kmol/jam
F4A
= 5,0469 kmol/jam x 58,08 kg/kmol = 306,3334 kg/jam
2. Keten (K) N4K
= N3A + r = 0 + 9,7952 = 9,7952 kmol/jam
F4K
= 9,7952 kmol/jam x 42,04 kg/kmol = 411,7899 kg/jam
3. Metana (M) N4M
= N3M + r = 0 + 9,7952 = 9,7952 kmol/jam
F4M
= 9,7952 kmol/jam x 16,04 kg/kmol = 157,1149 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel A-2 Neraca Massa Furnace Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Alur Keluar (kg/jam)
Alur 3
Alur 4
Aseton
875,2382
306,3334
Keten
0
411,7899
Metana
0
157,1149
875,2382
875,2382
Total
LA.3 Reaktor (R-201)
HAc AA 9
A K 6 M
Reaksi :
H2C=C=O
+
Keten
Reaktor
CH3COOH
A M HAc AA
10
CH3-CO-O-CO-CH3
Asam asetat
Asetat anhidrat
Konversi keten X = 100%
( Paul, 2000)
N6K = N4K = 9,7952 kmol/jam
r
X N 6K
K
- 100% x 9,7952 = 9,7952 kmol/jam 1
Neraca massa komponen : 1. Aseton (A) F10A
= F6A = F4A = 306,3334 kg/jam
2. Keten (K) N10K
= N6K - r = 9,7952 - 9,7952 = 0 kmol/jam
F10K
= 0 kg/jam
3. Metana (M) F10M
= F6M = F4M = 157,1149 kg/jam
4. Asam Asetat (HAc) N6K : N9HAc = 1:6
(Paul, 2000)
N9HAc = 6 x N6K = 6 x 9,7952 = 58,7712 kmol/jam N10HAc = N9HAc – r = 58,7712 – 9,7952 = 48,9760 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
F10HAc = 48,9760 kmol/jam x 60,05 kg/kmol = 2941,0068 kg/jam 5. Asetat anhidrat (AA) N9AA = 0,4931 kmol/jam 10
N
AA
9
=N
AA +
(diperoleh dari perhitungan alur mundur)
r = 0,4931 + 9,7952 = 9,8446 kmol/jam
F10AA = 9,8446 kmol/jam x 102,09 kg/kmol = 1050,3312 kg/jam Tabel A-3 Neraca Massa Reaktor Komponen
Masuk (kg/jam) Alur 6
Keluar (kg/jam)
Alur 9
Alur 10
Aseton
306,3334
306,3334
Keten
411,7899
0,0000
Metana
157,1149
157,1149
Asam asetat Asetat anhidrat Sub total
875,2382
Total
LA.4 Knock Out Drum (KO-301)
A M 10 HAc AA
3.529,2081
2.941,0068
50,3399
1.050,3311
3.579,5480
4.454,7862
4.454,7862
4.454,7862
A M 12 KOD 11 HAc AA
Dalam Knock Out Drum ini terjadi pemisahan antara gas dan cairan secara langsung (Paul, 2000).
Universitas Sumatera Utara
Tabel A-4 Neraca Massa Knock Out Drum (KO-301) Komponen
Masuk (kg/jam) Alur 10
Keluar (kg) Alur 12
Alur 11
Aseton
306,3334
306,3334
0
Metana
157,1149
157,1149
0
Asam asetat
2.941,0068
0
2.941,0068
Asetat anhidrat
1.050,3311
0
1.050,3311
Subtotal
4.454,7862
463,4483
3.991,3379
Total
4.454,7862
4.454,7862
LA.5 Knock Out Drum (KO-302) M 29 A M
26
KOD 27 A
Dalam Knock Out Drum ini terjadi pemisahan antara gas dan cairan secara langsung (Paul, 2000).
Tabel A-5 Neraca Massa Knock Out Drum (KO-302) Komponen
Masuk (kg) Alur 26
Keluar (kg) Alur 27
Alur 29
Aseton
306,3334
306,3334
0,0000
Metana
157,1149
0,0000
157,1149
Subtotal
463,4483
306,3334
157,1149
Total
463,4483
463,4483
Universitas Sumatera Utara
LA.6 Kolom Destilasi Asetat Anhidrat 20
HAc AA
14
D E S T I L A S I
Kondenser
22
16
23
17
HAc AA
HAc AA
15 Reboiler Alur 14 F14AA
= F11AA = 1.050,3311 kg/jam = 10,2883 kmol/jam
14
F
HAc
= F11HAc = 2.941,0068 kg/jam = 48,9760 kmol/jam
Fraksi mol umpan Asetat Anhidrat : X14AA
=
N14 10,2883 asetat anhidrat = 14 14 N asam asetat N asetat anhidrat 48,9760 10,2883 = 0,1736
Diinginkan bottom dengan kemurnian 99 % Asetat Anhidrat (fraksi massa) 17 FAsetat Anhidrat = 0,99 17 17 FAsetat Anhidrat FAsam Asetat
N17 Asetat Anhidrat . BM Asetat Anhidrat = 0,99 17 N Asetat Anhidrat . BM Asetat Anhidrat N17 Asam asetat . BM Asam asetat N17 Asetat Anhidrat x 102,09
= 0,99 (N17Asetat Anhidrat x 102,09 + N17 Asam asetat x 60,05)
17 0,01 ( N17 Asetat Anhidrat x 102,09) = 59,4495 x N Asam asetat
1,0209 x N17 Asetat Anhidrat
= 59,4495 x N17 Asam asetat
17 % N17 Asetat Anhidrat + % N Asam asetat = 1
1,0209 x % N17 Asetat Anhidrat
= 59,4495 x (1 - % N17 Asetat Anhidrat ) = 59,4495 - 59,4495 N17 Asetat Anhidrat
Universitas Sumatera Utara
N17 Asetat Anhidrat
=
59,4495 = 0,983 1,0209 59,4495
Maka, fraksi mol asetat anhidrat di bottom (XB) adalah 0,983 Asumsi XD = 0,01 Neraca massa total F . XF
= D. XD+ B. XB
59,2643x 0,1736 = (59,2643– B) x 0,01 + B x 0,983 B
= 9,9635 kmol/jam
D
= F – B = 49,3008 kmol/jam
Alur 23 N23AA F23AA
= XD. D = N23AA. BMAA
= 0, 4930 kmol/jam = 50,3312 kg/jam
N23HAc
= (1 - XD) . D
= 48,8078 kmol/jam
F23HAc
= N23HAc . BMHAc
= 2.930,9058 kg/jam
N17AA
= XB. B
= 9,7953 kmol/jam
F17AA
= N17AA. BMAA
= 1.000,0000 kg/jam
N17HAc
= (1 – XB) . B
= 0,1682 kmol/jam
Alur 17
17
F
HAc
17
=N
HAc
. BMHAc
= 10,1010 kg/jam
Tabel A-6 Neraca Massa Destilasi Alur Masuk (kg/jam) Komponen
Alur Keluar (kg/jam)
Alur 14
Alur 17
Alur 23
F
B
D
Asam asetat
2.941,0068
10,1010
2.930,9058
Asetat anhidrat
1.050,3312
1.000,0000
50,3312
Sub- total
3.991,3380
1010,1010
2.981,2370
Total
3.991,3380
3.991,3380
Universitas Sumatera Utara
Data Bilangan Antoine (Yaws handbook): Zat
A
B
C
Asam asetat
7,8152
1.800,03
246,894
Asetat anhidrat
8,81453
2.394,8
264,961
Penentuan titik gelembung (bubble point) umpan : Prosedur penentuan Tekanan Uap dengan menggunakan hukum Raoult: log P = A – B / (T + C) (mmHg, 0 C)
(yaws handbook)
1. Menghitung temperatur jenuh masing masing komponen sat Asumsi PAsam Asetat sat PAsetat Anhidrat
Ti =
= P sistem = 760 mmHg = P sistem = 760 mmHg
Bi - Ci Ai - log P
2. Menghitung T rata-rata, Dimana, Xi = fraksi mol umpan = XF Zat
Xi
Asam asetat (a)
0,8264
Asetat anhidrat (b)
0,1736
T rata-rata =
Xi . Ti
3. Menghitung harga BA pada T rata-rata, Pi = Psat pada T rata-rata ab =
Pa Pb
4. Menghitung Pbsat Pbsat =
P Xa. ab Xb
5. Menghitung T dari Pbsat dari persamaan Antoine sat TAsetat Anhidrat =
2394,8 - 264,961 8,81453 - log Pbsat
Ulangi langkah 3, 4, dan 5 hingga T konvergen. Dari hasil program Matlab, banyaknya iterasi yang dilakukan adalah 6 kali dan diperoleh bahwa harga T = 120,92 0C ≈ 121 0C
Universitas Sumatera Utara
Penentuan titik gelembung (bubble point) bottom : Prosedur penentuan Tekanan Uap dengan menggunakan hukum Raoult: 1. Menghitung temperatur jenuh masing masing komponen sat Asumsi PAsam Asetat sat PAsetat Anhidrat
Ti =
= P sistem = 760 mmHg = P sistem = 760 mmHg
Bi - Ci Ai - log P
2. Menghitung T rata-rata, Xi = fraksi mol pada bottom Zat
Xi
Asam asetat (a)
0,017
Asetat anhidrat (b)
0,983
T rata-rata =
Xi . Ti
3. Menghitung harga BA pada T rata-rata, Pi = Psat pada T rata-rata ab =
Pa Pb
4. Menghitung Pbsat Pbsat =
P Xa. ab Xb
5. Menghitung T dari Pbsat dari persamaan Antoine sat TAsetat Anhidrat =
2394,8 - 264,961 8,81453 - log Pbsat
Ulangi langkah 3, 4, dan 5 hingga T konvergen. Dari hasil program Matlab, banyaknya iterasi yang dilakukan adalah 3 kali dan diperoleh bahwa harga T = 138,21 0C ≈ 138 0C
Universitas Sumatera Utara
Penentuan titik embun (dew point) destilat : Prosedur penentuan Tekanan Uap dengan menggunakan hukum Raoult: 1. Menghitung temperatur jenuh masing masing komponen sat Asumsi PAsam Asetat sat PAsetat Anhidrat
Ti =
= P sistem = 760 mmHg = P sistem = 760 mmHg
Bi - Ci Ai - log P
2. Menghitung T rata-rata, Xi = fraksi mol pada destilat Zat
Xi
Asam asetat (a)
0,99
Asetat anhidrat (b)
0,01
T rata-rata =
Xi . Ti
3. Menghitung harga BA pada T rata-rata, Pi = Psat pada T rata-rata ab =
Pa Pb
4. Menghitung Pbsat Pbsat =
P Xa. ab Xb
5. Menghitung T dari Pbsat dari persamaan Antoine sat TAsetat Anhidrat =
2394,8 - 264,961 8,81453 - log Pbsat
Ulangi langkah 3, 4, dan 5 hingga T konvergen. Dari hasil program Matlab, banyaknya iterasi yang dilakukan adalah 5 kali dan diperoleh bahwa harga T = 118,06 0C ≈ 118 0C
Menggunakan persamaan underwood & fenske : Rm =
Xd 1 1 - Xd - α ab (α ab 1) X f 1 - X f
Dimana, ab
= ab rata-rata pada destilat dan bottom = α ab Destilat α ab Bottom =
2,0933 1,8469
= 1,985
Universitas Sumatera Utara
Rm =
1 1 - 0,99 0,99 - 1,985 = 1,1001 (1,985 - 1) 0,8264 1 - 0,8264
R =1,5 Rm
(Geankoplis, 1997)
= 1,5 x 1,1001 = 1,6502 Alur 22 R
= Ld/D
1,6502
= Ld/49,3008
Ld
= 81,3561 kmol/jam
N 22 Asetat Anhidrat
= XD . Ld
= 0,8136 kmol/jam
22 FAsetat Anhidrat
= 0,8136 x 102,09
= 83,0565 kg/jam
N 22 Asam Asetat
= (1 – XD) . Ld
= 80,5426 kmol/jam
22 FAsam Asetat
= 80,5426 x 60,05
= 4836,5814 kg/jam
Vd
= Ld + D
= 130,6569 kmol/jam
N 20 Asetat Anhidrat
= XD . Vd
= 1,3066 kmol/jam
20 FAsetat Anhidrat
= 1,2937 x 102,09
= 133,3876 kg/jam
N 20 Asam Asetat
= (1 – XD) . Vd
= 128,4511 kmol/jam
20 FAsam Asetat
= 128,4511 x 60,05
= 7767,4873 kg/jam
Alur 20
Neraca Massa Kondensor Komponen
Alur Masuk (kg/jam)
Asam asetat Asetat anhidrat Total
Alur 20
Alur Keluar (kg/jam) Alur 22
Alur 23
7.767,4873
4.836,5814
2.930,9058
133,3876
83,0565
50,3312
7.900,8749
7.900,8749
Lb = Ld + q.F Karena umpan dimasukkan pada titik gelembung, maka q=1
(Mc.Cabe dkk,1999)
Sehingga, Lb = Ld + F
Alur 15
Universitas Sumatera Utara
Lb
= Ld + F
= 140,6204 kmol/jam
N15 Asetat anhidrat
= XB . Lb
= 138,2463 kmol/jam
15 FAsetat anhidrat
= 138,2463 x 102,09 = 14.113,5692 kg/jam
N15 Asam asetat
= (1 – XB) . Lb
= 2,3740 kmol/jam
15 FAsam asetat
= 2,3740 x 60,05
= 142,5613 kg/jam
Vb
= Lb - B
= 130,6569 kmol/jam
N16 Asam asetat
= XB . Vb
= 2,2058 kmol/jam
16 FAsam asetat
= 2,2058 x 60,05
= 132,4603 kg/jam
N16 Asetat anhidrat
= (1 – XB) . Vb
= 128,4511 kmol/jam
Alur 16
16 Asetat anhidrat
F
= 128,4511 x 102,09 = 13.113,5692 kg/jam
Neraca Massa Reboiler Komponen
Alur Masuk (kg/jam) Alur 15
Asam asetat
Alur Keluar (kg/jam) Alur 16
Alur 17
142,5613
132,4603
10,1010
Asetat anhidrat
14.113,5692
13.113,5692
1.000,0000
Sub-total
14.256,1305
13.246,0295
1.010,1010
Total
14.256,1305
14.256,1305
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Basis perhitungan
: 1 jam
Satuan operasi
: kJ/jam
Temperatur Basis
: 25 0C (298,15 K)
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp a bT cT 2 dT 3
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T2
Cp dT
a (T2 T1 )
b c 3 d 4 2 2 3 4 (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) ; Jika T2 – T1 ≥ 50 K 2 3 4
a (T2 T1 )
b c d 2 2 2 2 4 4 (T2 T1 ) (T2 T1 )(T2 T1 ) (T2 T1 )(T2 T1 ) 2 ; 2 4 4
T1 T2
CpdT
T1
Jika T2 – T1 < 50 K
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T2
Tb
T2
T1
T1
Tb
Cp dT Cpl dT H Vl Cpv dT
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : T
T
2 2 dQ out in r H r (T ) N Cp dTout N Cp dTin dt T1 T1
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Cairan (Yaws, 2005) Komponen
A
B
C
D
Aseton (A)
46,878
6,2652E-01
-2,0761E-03
2,9583E-06
Metana (M)
-0,018
1,1982E+00
-9,8722E-03
3,1670E-05
Keten (K)
35,985
4,3573E-01
-1,9959E-03
4,0303E-06
Asam asetat (HAc)
-18,944
1,0971E+00
-2,8921E-03
2,9275E-06
8,8879E-01
-2,6534E-03
3,3501E-06
Asetat anhidrat (AA) 71,831 Cpl = A + BT + CT2 + DT3
(J/mol.K)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.2 Kapasitas Panas Gas (Yaws, 2005) Komponen
A
B
C
D
E
Aseton (A)
3,5918E+01 9,3896E-02
1,8730E-04
-2,164E-07
6,3174E-11
Metana (M)
3,4942E+01 -3,9957E-02
1,9184E-04
-1,530E-07
3,9321E-11
Keten (K)
-1,474E+01
-4,3385E-04
2,950E-07
-7,5221E-11
Asam asetat (HAc)
3,4850E+01 3,7626E-02
2,8311E-04
-3,077E-07
9,2646E-11
-8,6736E-05
-7,677E-08
3,6721E-11
3,1238E-01
Asetat anhidrat (AA) 9,5000E+00 3,4425E-01 Cpg = A + BT + CT2 + DT3 + ET4
(J/mol.K)
Tabel LB.3 Panas Laten (Reklaitis, 1983) HVL (J/mol)
Normal BP (K)
Aseton (A)
29.087,2
329,281
Asam asetat (HAc)
24.308,7
391,661
Metana (M)
8.179,5
111,671
Komponen
Tabel LB.4 Panas Reaksi Pembentukan (Reklaitis, 1983) Hf (kJ/mol)
Komponen Aseton (A)
-217,568
Metana (M)
-74,85176
Keten (K)
-61,0864
Asam asetat (HAc)
-434,84312
Asetat anhidrat (AA)
575,7184
Tabel LB.5 Data Air Pemanas dan Air Pendingin yang digunakan (Smith J. M dkk, 2005) air
saturated steam
T (oC)
H (kJ/kg)
λ (kJ/kg)
28
117,3
-
60
251,1
-
150
-
2.113,2
Universitas Sumatera Utara
LB.1 Neraca Panas pada Vaporizer (E-101) saturated steam 150 oC
3
2 30 C
Aseton
o
Aseton
80 oC
Kondensat pada 150 oC
Panas masuk :
N
Komponen
298.15
(kmol/jam)
Aseton
303.15
Q
Cpl dT
(kJ/jam)
(kJ/kmol)
15,0695
639,8804
9.642,6964
Panas keluar : Komponen
N
298.15
(kmol/jam)
Aseton
dQ = dt
15,0695
Qout - Qin
Kebutuhan steam
329.24
m
(kJ/kmol) 4.055,2649
Hvl
Cpl dT
353.15
329.24
(kJ/kmol)
Cpg dT
(kJ/jam)
(kJ/kmol)
29.087,2
Q
1.961,0972
528.994,1199
= 528.994,1199 – 9.642,6964 = 519.351,4235 kJ/jam =
Q out Q in 519351,4235 = 2113,2 λ(150 0 C)
= 245,7654 kg/jam LB.2 Neraca Panas pada Furnace (F-201)
Aseton 800C
3
FURNACE
4
Aseton Keten Metana 7000C
Panas masuk : Qin = Qout pada vaporizer = 528.994,1199 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar : Reaksi :
CH3COCH3
CH2:C:O
+
CH4 (Rice, 1929)
Konversi reaksi = 65 % Aseton masuk = 15,0695 kmol/jam
r
X N inAseton
Aseton
- 0,65 x 15,0695 9,7952 kmol/jam 1
Panas yang dihasilkan pada suhu 700 0C ketika keluar dari furnace: Komponen
N
973,15
298,15
(kmol/jam)
Cpg dT
Q (kJ/jam)
(kJ/kmol) Aseton
5,2743
83.320,9363
439.462,5210
Keten
9,7952
66.976,3805
656.046,5972
Metana
9,7952
36.522,6502
357.746,4207 1.453.255,5389
Total Panas reaksi : 0
,15 C H 298 r
0
298,15 C ,15 C = H 298 produk - H rak tan 0
( Reklaitis, 1983)
= 81.629,84 kJ/kmol ΔHr (700 0C) = ΔHr (25 0C) +
973,15
298,15
(CpKeten + CpMetana – CpAseton) dT
= 81.629,84 + (66.976,3805 + 36.522,6502 – 83.320,9363) = 101.807,9344 kJ/kmol dQ dt
= Qout - Qin + r ΔHr (700 0C) = 1.453.255,5389 – 528.994,1199 + (9,7952 x 101.807,9344) = 1.921.489,8213 kJ/jam
Nilai bakar solar = 19.860 Btu/lbm = 46.194,7830 kJ/kg
(Perry, 1999)
Densitas solar = 0,89 kg/L
(Perry, 1999)
Massa solar yang dibutuhkan M
=
1.921.489,8213 = 41,5954 kg/jam 46.194,7830
Volume solar yang dibutuhkan
Universitas Sumatera Utara
V
=
41,5954 0,89
= 46,7364 L/jam
LB.3 Neraca Panas pada Waste Heat Boiler (E-201) Saturated steam (150 C)
Aseton Keten Metana (700 C)
6
5
Aseton Keten Metana (80 C)
Air pendingin (28 C)
Panas masuk : Qin = Qout pada furnace = 2.450.483,9413 kJ/jam Panas keluar : Komponen
N (kmol/jam)
353,15
298,15
Q
CpgdT
(kJ/jam)
(kJ/kmol) Aseton
5,2743
Keten
9,7952
Metana
9,7952
4.377,9597
23.090,8285
4.384,3029
42.945,0944
2.059,7312
20.175,4657 86.211,3859
Total
Jumlah panas yang dilepaskan: dQ dt
= Qkeluar - Qmasuk = 86.211,3859 – 2.450.483,9413 = -2.364.272,5554 kJ/jam
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 280C dan keluar sebagai saturated steam pada suhu 150 oC. Cp H2O = 18,2964 + 0,472118T – 1,33878.10-3T2 + 1,31424.10-6T3 0
0
0
0
0
(Reklaitis, 1983) 0
H(150 C) – H(28 C) = [H(150 C) – H(25 C)] – [H (28 C) – H(25 C)] = 4.755,2042 kJ/kg Air pendingin yang diperlukan: Q m= o H(150 C) – H(28oC) 2.364.272,5554 4.755,2042 Universitas Sumatera Utara
=
= 497,1969 kg/jam
LB.4 Neraca Panas pada Heater (E-202) Fungsi: Memanaskan asam asetat dari suhu 300C menjadi 800C saturated steam 150 oC
8
7
Asam asetat
80 oC Asam asetat
o
30 C
Kondensat pada 150 oC
Panas masuk : Komponen
∫Cpl dT
N (kmol/jam) 58,7712
Asam asetat
Q (kJ/jam)
645,1918
37.918,6719
Panas keluar : Komponen Asam asetat
dQ dt
∫Cpl dT
N (kmol/jam)
Q (kJ/jam)
7.299,4404
58,7712
428.996,5800
= Qout - Qin = 428.996,58 - 37.918,6719 = 391.077,9081 kJ/jam
Kebutuhan steam
m
=
Q out Q in 391077,9081 = = 185,0643 kg/jam 2113,2 λ(150 0 C)
LB.5 Neraca Panas pada Reaktor (R-201) Asam asetat (80 C)
9
Saturated steam (150 C)
10
Aseton Keten Metana (80 C)
6
Aseton Metana Asam asetat Asetat anhidrat (80 C)
Kondensat (150 C)
Panas masuk : Qin
= panas keluar waste heat boiler + panas keluar dari heater asam asetat
Universitas Sumatera Utara
= 515.207,9659 kJ/jam Panas reaksi : Reaksi : H2C=C=O
+ CH3COOH
CH3-CO-O-CO-CH3
Konversi reaksi = 100 % r = 9,7952 kmol/jam 0
ΔHr (25 0C)
298,15 C ,15 C = H 298 = 1.071.647,92 kJ/kmol produk - H rak tan
ΔHr (80 0C)
= ΔHr (25 0C) +
0
353,15
298,15
[CpAsetat anhidrat – (CpAsam asetat + Cpketen)] dT
= 1.075.113,5259 kJ/kmol Panas keluar : Komponen
∫CpdT (kJ/kmol)
N (kmol/jam)
Aseton
5,2743
Metana
9,7952
Asam asetat Asetat anhidrat
Q (kJ/jam)
4.377,9597
23.090,8258
2.059,7312
20.175,4657
48,9760
7.299,4404
357.497,1500
9,7952
10.765,0463
105.445,7102 506.209,1517
Total dQ dt
= Qout - Qin + r ΔHr (80 0C) = 506.209,1517 – 515.207,9659 + (9,7952 x 1.075.113,5259) = 10.521.946,0498 kJ/jam
Steam yang dibutuhkan adalah: msteam =
(dQ/dt) λ steam
=
10521946,0498 2113,2
= 4.979,1530 kg/jam LB.6 Neraca Panas pada Heater (E-301) saturated steam 150 oC
13 Asam asetat 80 oC Asetat anhidrat
14
Asam asetat 121 oC Asetat anhidrat
Kondensat pada 150 oC
Universitas Sumatera Utara
Panas masuk : Qin = 462.942,8602 kJ/jam Panas keluar : Komponen
N (kmol/jam)
Asam asetat Asetat anhidrat
BP
298.15
Cp l dT
48,9760
12.602,0571
9,7952
19.309,1758
Total dQ dt
394.15
BP
CpgdT
Hvl
Q
(kJ/kmol)
(kJ/jam)
234,3732
24.308,7
0
0
1.819.218,6652 189.137,1101 2.008.355,7753
= Qout – Qin = 2.008.355,7753 – 462.942,8602 = 1.545.412,9152 kJ/jam
Steam yang dibutuhkan adalah: m
=
Q out Q in 1.545.412,9152 = 2.113,2 λ(150 0 C)
= 731,3141 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.7 Neraca Panas pada Destilasi (D-301) Vd (20) 21
Ld (22) 23
AA HAc
AA HAc
14
Vb (16)
Lb (15) AA 17
HAc
LB.7.1 Kondensor (E-304) 121 C Vd (alur 20) Air dingin 28 C
Air dingin 60 C
118 C Ld (alur 22)
118 C D (alur 23)
Panas masuk : (T=121 0C) Komponen Asam asetat Asetat anhidrat Total
Vd (kmol/jam)
Cpl dT
129,3503 37.145,1303 1,3066 19.309,1758
∆Hvl
ʃCpg dT
24.308,7 0
234,3732 0
Q (kJ/jam) 4.804.734,8112 25.228,7700 4.829.963,5812
Panas keluar : (T=118 0C) Alur 22 Komponen Asam asetat Asetat anhidrat Total
Ld 80,5426 0,8136
cp dT 12.609,2018 18.665,5764
Ld. cp dT 1.015.577,5398 15.185,5913 1.030.763,1311
Alur 23 Komponen
D
cp dT
D. cp dT
Asam asetat 48,8078 12.609,2018 615.426,8521 Asetat anhidrat 0,4930 18.665,5764 9.202,2719 Total 624.629,1240 dQ = Qout – Qin dt = 624.629,1240 + 1.030.763,1311 - 4.829.963,5812
Universitas Sumatera Utara
= -3.174.571,3261 kJ/jam Air pendingin yang diperlukan adalah
Qout - Qin H(60 C) - H(28 C) 3.174.571,3261 kJ/jam (251,1 - 117,3) kJ/kg 23.726,2431 kg/jam
m
LB.7.2 Reboiler (E-302) Vb (alur 16) 138 0C
saturated steam 150 oC
121 0C Kondensat pada 150 oC
0
138 C
Lb (alur 15)
B (alur 17)
Panas masuk : (T =121 0C) Komponen Asam asetat Asetat anhidrat
Lb (kmol/jam)
Cpl dT
2,3740 37.145,1303 138,2463 19.309,1758
∆Hvl
ʃCpg dT
24.308,7 0
234,3732 0
∆Hvl
ʃCpg dT
Q (kJ/jam) 88.184,1506 2.669.422,9399 2.757.607,0905
Panas keluar : (T =138 0C) Alur 16 Komponen Asam asetat Asetat anhidrat
Vb (kmol/jam)
Cpl dT
2,2058 12602,0571 128,4511 23.019,3243
24.308,7 0
1.564,5936 0
Q (kJ/jam) 84.870,2130 2.956.856,7018 3.041.726,9148
Universitas Sumatera Utara
Alur 17 Komponen
B (kmol/jam)
Asam asetat Asetat anhidrat
dQ dt
∆Hvl
Cpl dT
0,1682 12.602,0571 9,7953 22.577,0213
24308,7 0
ʃCpg dT 1.405,9949 0
Q (kJ/jam) 6.471,9386 225.480,7012 231.952,6399
= Qout – Qin = 231.952,6399 + 3.041.726,9148 - 2.757.607,0905 = 516.072,4642 kJ/jam
Steam yang diperlukan adalah m
=
Qout Qin λ (150 o C)
516.072,4642 2112,2
= 244,2137 kg/jam
LB.8 Cooler Produk (E-303) Air pendingin 28 C
18 138 C Asam asetat Asetat anhidrat
19 30 oC
Asam asetat Asetat anhidrat
Air pendingin bekas 60 oC
Panas masuk : Qin = panas keluar reboiler (alur 17) = 231.952,6399 kJ/jam Panas keluar : Komponen
B (kmol/jam)
Cpl dT
Asam asetat 0,1682 645,1918 Asetat anhidrat 9,7953 951,2284 Total dQ = Qout – Qin = 9.426,0754 - 231.952,6399 dt
Q (kJ/jam) 108,5277 9.317,5477 9.426,0754
= -222.526,5645 kJ/jam Air pendingin yang diperlukan adalah
Universitas Sumatera Utara
Qout - Qin H(60 C) - H(28 C) 222.526,5645 kJ/jam (251,1 - 117,3) kJ/kg 1.663,1283 kg/jam
m
LB.9 Cooler Destilat (E-305) Air pendingin 28 C
18 138 C Asam asetat Asetat anhidrat
19 30 oC
Asam asetat Asetat anhidrat
Air pendingin bekas 60 oC
Panas masuk : Qin = panas keluar kondensor = 624.629,1240 kJ/jam Panas keluar : Komponen Asam asetat Asetat anhidrat Total
D
298,15
48,8078 0,4930
353,15
cpl dT
7.299,4404 10.765,0463
D. 298,15 353,15 cpl dT 356.269,3111 5.307,2501 361.576,5612
dQ = Qout – Qin = 361.576,5612 – 624.629,1240 dt
= -263.052,5628 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Air pendingin yang diperlukan adalah
Qout - Qin H(60 C) - H(28 C) 263.052,5628 kJ/jam (251,1 - 117,3) kJ/kg 1.966,0132 kg/jam
m
LB.10 Cooler produk samping (E-306) Air pendingin 28 C
Aseton Metana
25 80 C
26 30 oC
Aseton Metana
Air pendingin bekas 60 oC
Panas masuk : Komponen
N (kmol/jam)
Aseton
5,2743
Metana
9,7952
∫CpdT (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
4.377,9597
23.090,8258
2.059,7312
20.175,4657 43.266,2915
Total
Panas keluar : Komponen
N (kmol/jam)
Aseton
5,2743
Metana
9,7952
∫CpdT (kJ/kmol) 639,8804
3.374,9438
182,16393
1.784,3309 5.159,2747
Total dQ = dt
Qout – Qin
Q (kJ/jam)
= 5.159,2747 – 43.266,2915 = -38.107,0168 kJ/jam
Air pendingin yang diperlukan adalah
Universitas Sumatera Utara
Qout - Qin H(60 C) - H(28 C) 38107,0168 kJ/jam (251,1 - 117,3) kJ/kg 284,8085 kg/jam
m
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC-1. Tangki Penyimpanan Aseton (TK-101) Fungsi : Menyimpan larutan aseton untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan : Carbon steel, SA – 285 Grade C Jumlah : 3 unit Kondisi Operasi
A.
:
-
Temperatur (T) = 30 0C
-
Tekanan (P)
= 1 atm
Volume Tangki Laju alir aseton yang baru
= 568,9048 kg/jam
Densitas aseton dalam tangki
= 780,8543 kg/m3
Volume bahan dalam tangki
=
568,9048 kg/jam x 10 hari x 24 jam/hari 780,8543 kg/m 3 x 3
= 58,2854 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 58,2854 m3
(Perry dan Green, 1999)
= 69,9425 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 3 : 2 1 Volume silinder (Vs) = Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2) 4 Vs
=
3 Dt3 ---------Dt=D 8
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell dan Young, 1959) 2 Volume tutup (Vh) ellipsoidal = /4 D Hh = /4 D2(1/6 D) = /24 D3 Vt = Vs + Vh (Brownell dan Young, 1959) 3 3 Vt = (3/8 D ) + (/24 D ) Vt = 10/24 D3 24 Vt 3 24 69,9425 m3 Diameter tangki (D) 3 3,7665 m 148,2858 in 10 10 Tinggi silinder (Hs) = 3/2 D = 3/2 3,7665 m = 5,6497 m
=
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/6 D = 1/6 x 3,7665 m = 0,6277 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh = 6,2774 m B.
Tekanan Desain Tinggi bahan dalam tangki
Tekanan hidrostatis
volume bahan dalam tangki tinggi tangki volume tangki 58,2854 6,2774 = 69,9425 = 5,2312 m =
= Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki = 780,8543 kg/m3 9,8 m/s2 5,2312 m = 40057,8663 kg/m2s2 = 0,3953 atm
Tekanan operasi
= 1 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) (0,3953 + 1) = 1,8832 atm = 24,6071 psia C.
Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun - Allowable working stress (S) : 12650 lb/in2 - Efisiensi sambungan (E)
(Chuse dan Eber,1954) (Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
PR (Peters dan Timmerhaus, 2004) (C A ) SE 0,6P dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan 24,6071 74,1429 d 0,0042 10 12650 0,80 0,6 24,6071 0,2225 in Dipilih tebal silinder standar = 0,25 in Tebal silinder (d)
D.
Tebal dinding head (tutup tangki) : 0,0042 in/tahun - Faktor korosi (C) - Allowable working stress (S) : 12650 lb/in2 - Efisiensi sambungan (E)
(Chuse dan Eber, 1954) (Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
Universitas Sumatera Utara
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun - Tebal head (dh) dimana : dh P Di S E
P Di (C A) 2SE 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= = = = =
tebal dinding head (tutup tangki) (in) tekanan desain (psi) diameter tangki (in) stress yang diizinkan efisiensi pengelasan 24,6071 148,2858 dh 0,0042 10 2 x12650 0,80 0,2 24,6071 0,2223 in Dipilih tebal head standar = 0,25 in
LC-2. Tangki Penyimpanan Asam Asetat (TK-102) Fungsi : Menyimpan larutan asam asetat untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan : Carbon steel, SA – 285 Grade C Jumlah : 2 unit Kondisi Operasi
A.
:
-
Temperatur (T) = 30 0C
-
Tekanan (P)
= 1 atm
Volume Tangki Laju alir asam asetat yang baru
= 597,7938 kg/jam
Densitas asam asetat dalam tangki
= 1036,8714 kg/m3
Volume bahan dalam tangki
=
597,7938 kg/jam x 10 hari x 24 jam/hari 1036,8714 kg/m 3 x 2
= 69,1843 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 69,1843 m3
(Perry dan Green, 1999)
= 83,0212 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 3 : 2 1 Volume silinder (Vs) = Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2) 4 Vs
=
3 Dt3 8
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Volume tutup (Vh) ellipsoidal = /4 D2Hh = /4 D2(1/6 D) = /24 D3 Vt = Vs + Vh (Brownell dan Young, 1959) 3 3 Vt = (3/8 D ) + (/24 D ) Vt = 10/24 D3 24 Vt 3 24 83,0212 Diameter tangki (D) 3 3,9880 m 157,0057 in 10 10 Tinggi silinder (Hs) = 3/2 D = 3/2 3,9880 m = 5,9819 m
=
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/6 D = 1/6 x 3,9880 m = 0,6647 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh = 6,6466 m
Universitas Sumatera Utara
B.
Tekanan Desain Tinggi bahan dalam tangki
volume bahan dalam tangki tinggi tangki volume tangki 69,1843 6,6466 = 83,0212 = 5,5388 m =
= Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki = 1036,8714 kg/m3 9,8 m/s2 5,5388 m
Tekanan hidrostatis
= 56319,4985 Pa = 0,5558 atm Tekanan operasi
= 1 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) (0,5558 + 1) = 1,8670 atm = 27,4374 psia C.
Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun - Allowable working stress (S) : 12650 lb/in - Efisiensi sambungan (E)
2
(Chuse dan Eber,1954) (Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
PR (Peters dan Timmerhaus, 2004) (C A ) SE 0,6P dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan 27,4374 78,5029 d 0,0042 10 12650 0,80 0,6 27,4374 0,2552 in Dipilih tebal silinder standar = 0,5 in Tebal silinder (d)
D.
Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun - Allowable working stress (S) : 12650 lb/in2 - Efisiensi sambungan (E)
(Chuse dan Eber, 1954)
(Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan :10 tahun - Tebal head (dh)
P Di (C A ) 2SE 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
Universitas Sumatera Utara
dimana : dh P Di S E
= = = = =
tebal dinding head (tutup tangki) (in) tekanan desain (psi) diameter tangki (in) stress yang diizinkan efisiensi pengelasan 27,4374 157,0057 dh 0,0042 10 2 12650 0,8 0,2 27,4374 0,2549 in Dipilih tebal head standar = 0,5 in LC-3. Tangki Penyimpanan Produk Metana (TK-304) Fungsi : Menyimpan gas metana untuk kebutuhan 2 hari Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas dan tutup hemisperical Bahan : Low alloy steel, SA – 387 Jumlah : 4 unit Kondisi Operasi
A.
:
-
Temperatur (T) = 30 0C
-
Tekanan (P)
= 25 atm
Volume Tangki Gas metana yang dihasilkan = 157,1149 kg/jam Densitas gas dalam tangki =
25 atm x 16,04 kg/kmol P x Mr = 0,082057 atm.m3/kmol.K x 303,15 K RxT = 16,1202 kg/m3
Volume bahan dalam tangki
=
157,1149 kg/jam x 2 hari x 24 jam/hari 157,1149 kg/m 3 x 4
= 116,9573 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 116,9573 m3
(Perry dan Green, 1999)
= 140,3488 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 3 : 2 1 Volume silinder (Vs) = Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2) 4 Vs
=
3 Dt3 8
Tutup tangki berbentuk hemisperical dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell dan Young, 1959) 2 Volume tutup (Vh) ellipsoidal = /4 D Hh = /4 D2(1/6 D)
Universitas Sumatera Utara
= /24 D3 Vt = Vs + Vh (Brownell dan Young, 1959) 3 3 Vt = (3/8 D ) + (/24 D ) Vt = 10/24 D3 24 Vt 3 24 140,3488 Diameter tangki (D) 3 4,7507 m = 187,0347 in 10 10 Tinggi silinder (Hs) = 3/2 D = 3/2 4,7507 m = 7,1260 m = 1/6 D = 1/6 x 4,7507 m = 0,7918 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
Tinggi alas ellipsoidal (Ha) = Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 0,7918 m Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2xHh = 8,7096 m B.
Tekanan Desain Tinggi bahan dalam tangki
Tekanan hidrostatis
volume bahan dalam tangki tinggi tangki volume tangki 116,9573 8,7096 = 140,3488 = 7,2580 m =
= Densitas bahan g tinggi bahan dalam tangki = 16,1202 kg/m3 9,8 m/s2 7,2580 m = 1147,3721 Pa = 0,0113 atm
Tekanan operasi
= 25 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) (0,0113 + 25) = 30,0136 atm = 441,0797 psia C.
Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun - Allowable working stress (S) : 15000 psi - Efisiensi sambungan (E)
(Chuse dan Eber,1954)
(Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
PR (Peters dan Timmerhaus, 2004) (C A ) SE 0,6P tebal dinding tangki bagian silinder (in) tekanan desain (psi) jari-jari dalam tangki (in) = D/2 stress yang diizinkan efisiensi pengelasan
Tebal silinder (d) dimana : d P R S E
= = = = =
Universitas Sumatera Utara
441,0797 93,5173 0,0042 10 15000 0,80 0,6 441,0797 4,2274 in Dipilih tebal silinder standar = 4,5 in d
D.
Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun - Allowable working stress (S) : 15000 psi - Efisiensi sambungan (E)
(Chuse dan Eber, 1954)
(Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan :10 tahun - Tebal head (dh) dimana : dh P Di S E
P Di (C A ) 2SE 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= = = = =
tebal dinding head (tutup tangki) (in) tekanan desain (psi) diameter tangki (in) stress yang diizinkan efisiensi pengelasan 441,0797 187,0347 dh 0,0042 10 2 15000 0,8 0,2 441,0797 4,1358 in Dipilih tebal head standar = 4,5 in
LC-4. Tangki Penyimpanan Asetat Anhidrat (TK-303) Fungsi : Menyimpan asetat anhidrat untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan : Carbon steel, SA – 285 Grade C Jumlah : 4 unit Kondisi Operasi
A.
:
-
Temperatur (T) = 30 0C
-
Tekanan (P)
= 1 atm
Volume Tangki Larutan Asetat anhidrat yang dihasilkan
= 1010,1010 kg/jam
Densitas campuran bahan dalam tangki
= 1068,9876 kg/m3
Volume bahan dalam tangki =
1010,1010 kg/jam x 10 hari x 24 jam/hari 1068,9876 kg/m 3 x 4
= 56,7119 m3
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 56,7119 m3
(Perry dan Green, 1999)
= 68,0542 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 3 : 2 1 Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2) Volume silinder (Vs) = 4 Vs
=
3 Dt3 8
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell dan Young, 1959) 2 Volume tutup (Vh) ellipsoidal = /4 D Hh = /4 D2(1/6 D) = /24 D3 (Brownell dan Young, 1959) Vt = Vs + Vh Vt = (3/8 D3) + (/24 D3) Vt = 10/24 D3 24 Vt 3 24 68,0542 Diameter tangki (D) 3 3,7323 m 146,9392 in 10 10 Tinggi silinder (Hs) = 3/2 D = 3/2 3,7323 m = 5,5984 m
=
= 1/6 D = 1/6 x 3,7323 m = 0,6220 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh = 6,2204 m B.
Tekanan Desain Tinggi bahan dalam tangki
Tekanan hidrostatis
volume bahan dalam tangki tinggi tangki volume tangki 56,7119 6,2204 = 68,0542 = 5,1837 m =
= Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki = 1068,6664 kg/m3 9,8 m/s2 5,1837 m = 54324,7942 Pa = 0,5361 atm
Tekanan operasi
= 1 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) (0,5361 + 1) = 1,8434 atm = 27,0902 psia C.
Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun
(Chuse dan Eber,1954)
Universitas Sumatera Utara
- Allowable working stress (S) : 12650 lb/in2 - Efisiensi sambungan (E)
(Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
PR (Peters dan Timmerhaus, 2004) (C A ) SE 0,6P dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan 27,0902 73,4696 d 0,0042 10 12650 0,80 0,6 27,0902 0,2390 in Dipilih tebal silinder standar = 0,25 in Tebal silinder (d)
D.
Tebal dinding head (tutup tangki) : 0,0042 in/tahun - Faktor korosi (C) - Allowable working stress (S) : 12650 lb/in2 - Efisiensi sambungan (E)
(Chuse dan Eber, 1954) (Brownell dan Young, 1959)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan :10 tahun - Tebal head (dh) dimana : dh P Di S E
P Di (C A ) 2SE 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= = = = =
tebal dinding head (tutup tangki) (in) tekanan desain (psi) diameter tangki (in) stress yang diizinkan efisiensi pengelasan 27,0902 146,9392 dh 0,0042 10 2 12650 0,8 0,2 27,0902 0,2387 in Dipilih tebal head standar = 0,25 in
LC-5. Pompa Aseton (P-101) Fungsi
: Memompa aseton dari tangki bahan baku (TK-101) ke vaporizer (E-101) sekaligus menaikkan tekanan aseton
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1
= 1 atm = 2116,224 lbf/ft²
Universitas Sumatera Utara
P2
= 8 atm = 16929,792 lbf/ft²
T
= 30 0C
Laju alir massa (F)
= 568,9048 kg/jam
= 0,3484 lbm/s
Densitas ()
= 780,8543 kg/m3
= 48,7497 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,31 cP
= 2,0832 x 10-04 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,3484 lbm/s 48,7497 lbm/ft 3
= 0,0071 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13 3
(Walas, 1988) 0,45
= 3,9 (0,0071 ft /s )
3 0,13
(48,7497 lbm/ft )
= 0,6996 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 0,75 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,824 in
= 0,0687 ft = 0,0209 m
Diameter Luar (OD)
: 1,050 in
= 0,0875 ft
Inside sectional area
: 0,00371 ft2
0,0071 ft 3/s = 1,9263 ft/s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,00371 ft 2 Bilangan Reynold : NRe
=
v D
=
(48,7497 lbm/ft 3 )(1,9263 ft/s)(0,0687 ft ) 2,0832 x 10-04 lbm/ft.s
= 30953,8546 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5 Pada NRe = 30953,8546 dan /D =
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m = 0,0022 0,0209 m
maka harga f = 0,007
(Geankoplis,1997)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
Universitas Sumatera Utara
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
1,9263 2 2132,174
= 2(0,75)
1,9263 2 2(32,174)
1,92632 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,0288 ft.lbf/lbm
= 0,0865 ft.lbf/lbm
= 0,1153 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 70 . 1,9263 = 4(0,007) 0,0687.2.32,174
= 1,6460 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,9263 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0577 ft.lbf/lbm = 1,9343 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P
Δz
= 308,87 ft.lbf/lbm
= 50 ft
Maka :
32,174 ft/s2 50 ft 308,8700 ft.lbf/lbm 1,9343 ft.lbf/lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -355,8043 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , Ws
= 75 % = - x Wp
Universitas Sumatera Utara
-355,8043
= -0,75 x Wp
Wp
= 474,4057 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 0,3484 lbm/s 474,6865 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,3005 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 hp
LC-6. Pompa Asam Asetat (P-102) Fungsi
: Memompa asam asetat dari tangki bahan baku (TK-102) ke heater (E-202)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1
= P2 = 1 atm
T
= 30 0C
Laju alir massa (F)
= 597,7938 kg/jam
= 0,3661 lbm/s
Densitas ()
= 1036,8714 kg/m3
= 64,7332 lbm/ft3
Viskositas ()
= 1,17 cP
= 7,8624 x 10-04lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,3661lbm/s 64,7332 lbm/ft 3
= 0,0057 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13 3
(Walas, 1988) 0,45
= 3,9 (0,0057 ft /s )
3 0,13
(64,7332 lbm/ft )
= 0,6533 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: ¾ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,824 in
= 0,0687 ft = 0,0209 m
Diameter Luar (OD)
: 1,050 in
= 0,0875 ft
Inside sectional area
: 0,00371 ft2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0057 ft 3/s = 1,5244 ft/s 0,00371 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
v D
=
(64,7332 lbm/ft 3 )(1,5244 ft/s)(0,0687 ft ) 7,8624.10 - 4 lbm/ft.s
= 8617,9180
(Turbulen)
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5 Pada NRe = 8617,9180 dan /D =
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m = 0,0022 0,0209 m (Geankoplis,1997)
maka harga f = 0,008
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
1,5244 2 2132,174
= 2(0,75)
1,5244 2 2(32,174)
1,5244 2 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,0181 ft.lbf/lbm
= 0,0542 ft.lbf/lbm
= 0,0722 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 70 . 1,5244 = 4(0,008) 0,0874.2.32,174
= 1,1780 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,5244 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0361 ft.lbf/lbm = 1,3585 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
dimana : v1 = v2
P
= 0 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft
Maka :
0
32,174 ft/s2 50 ft 0 lbf/lbm 1,3585 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -51,3585 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa ,
= 75 %
Ws
= - x Wp
-51,3585 = -0,75 x Wp Wp
= 68,4780 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 0,3661 lbm/s 68,4780 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,0456 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 hp
LC-7. Pompa Destilasi (P-301) Fungsi
: Memompa campuran asam asetat dan asetat anhidrat dari knock out drum (KO-301) ke heater (E-301)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1 T
= P2
= 1 atm 0
= 80 C
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa (F)
= 3991,3380 kg/jam = 2,4443 lbm/s
Densitas ()
= 989,3758 kg/m3
= 61,7680 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,5751 cP
= 3,8646 x 10-04lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
2,4443 lbm/s 61,7680 lbm/ft 3
= 0,0396 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 (0,0396 ft3/s )0,45 (61,7680 lbm/ft3)0,13 = 1,5584 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 2 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 2,067 in = 0,1723 ft = 0,0525 m
Diameter Luar (OD)
: 2,375 in = 0,1979 ft
Inside sectional area
: 0,0233 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0396 ft 3/s = 1,6984 ft/s 0,0233 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
v D
=
(61,7680 lbm/ft 3 )(1,6984 ft/s)(0,1723 ft ) 3,8646.10 - 4 lbm/ft.s
= 46756,9538 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5 Pada NRe = 46756,9538 dan /D =
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m = 0,0009 0,0525 m
maka harga f = 0,008
(Geankoplis,1997)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2. g c
1,6984 2 2132,174
= 2(0,75)
1,6984 2 2(32,174)
= 0,0224 ft.lbf/lbm
= 0,0672 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
1,6984 2 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,0897 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,008)
70. 1,6984 2 0,1723.2.32,174
= 0,5829 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v 2 = 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,6984 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0448 ft.lbf/lbm = 0,8071 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P
= 0 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft Maka :
32,174 ft/s 2 50 ft 0 ft.lbf/lbm 0,8071 ft.lbf/lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -50,8071 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , Ws
-50,8071 Wp
= 75 % = - x Wp
= -0,75 x Wp = 67,7428 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
Universitas Sumatera Utara
= 2,4443 lbm/s 67,7428 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,3011 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 hp
LC-8. Pompa Reboiler (P-302) Fungsi
: Memompa campuran asam asetat dan asetat anhidrat dari tangki destilasi (D301) ke reboiler (E-302)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1
= P2 = 1 atm
T
= 121 0C
Laju alir massa (F)
= 14256,1305 kg/jam = 8,7304 lbm/s
Densitas ()
= 945,2418 kg/m3
= 59,0126 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,2929 cP
= 1,9684 x 10-04 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
8,7304 lbm/s 59,0126 lbm/ft 3
= 0,1623 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13 3
(Walas, 1988) 0,45
= 3,9 (0,1623 ft /s )
3 0,13
(59,0126 lbm/ft )
= 2,7928 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,068 in
= 0,2557 ft = 0,0779 m
Diameter Luar (OD)
: 3, 5 in
= 0,2917 ft
Inside sectional area
: 0,0513ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,1623 ft 3 /s = 3,1638 ft/s 0,0513 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
v D
=
Universitas Sumatera Utara
=
(59,0126 lbm/ft 3 )(3,1638 ft/s)(0,2557 ft ) 1,9684.10 -4 lbm/ft.s
= 219022,7042 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5 Pada NRe = 219022,7042 dan /D =
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m = 0,0006 0,0779 m (Geankoplis,1997)
maka harga f = 0,0048
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
3,1638 2 2132,174
= 2(0,75)
3,1638 2 2(32,174)
3,1638 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,0634 ft.lbf/lbm
= 0,1903 ft.lbf/lbm
= 0,2538 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f D.2.g c 2 70 . 3,1638 = 4(0,0048) 0,2557.2.32,174
= 0,6671 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
3,1638 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,1269 ft.lbf/lbm = 1,3015 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 ; P1 = P2
Universitas Sumatera Utara
P
= 0 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft Maka :
0
32,174 ft/s2 50 ft 0 ft.lbf/lbm 1,3015 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -51,3015 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , Ws
-51, 3015
= 75 % = - x Wp
= -0,75 x Wp = 68,4020 ft.lbf/lbm
Wp Daya pompa : P = m x Wp
= 8,7304 lbm/s 68,4020 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 1,0759 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1,5 hp
LC-9. Pompa Produk (P-303) Fungsi
: Memompa campuran asam asetat dan asetat anhidrat dari reboiler (E-302) ke tangki penyimpanan (TK-303)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1
= P2 = 1 atm
T
= 138 0C
Laju alir massa (F)
= 1010,1010 kg/jam = 0,6186 lbm/s
Densitas ()
= 920,7486 kg/m3
= 57,4835 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,2466 cP
= 1,6569 x 10-04lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,6186 lbm/s 57,4835 lbm/ft 3
= 0,0108 ft3/s
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 (0,0108 ft3/s )0,45 (57,4835 lbm/ft3)0,13 = 0,8593 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft = 0,0266 m
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
= 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,006 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0108 ft 3 /s = 1,7935 ft/s 0,006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
v D
=
(57,4835 lbm/ft 3 )(1,7935 ft/s)(0,0874 ft ) 1,6569 x 10 -4 lbm/ft.s
= 54394,7218 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m Pada NRe = 54394,7218 dan /D = = 0,0017 0,0266 m maka harga f = 0,0062
(Geankoplis,1997)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
1,7935 2 2132,174
1,7935 2 = 2(0,75) 2(32,174)
1,7935 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,0250 ft.lbf/lbm
= 0,0750 ft.lbf/lbm
= 0,10 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
Universitas Sumatera Utara
= 4(0,0062)
70. 1,7935 2 0,0874.2.32,174
= 0,9927 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,7935 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0500 ft.lbf/lbm = 1,2427 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2 v1 = v2
dimana :
P
(Geankoplis,1997)
= 0 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft Maka :
32,174 ft/s 2 50 ft 0 ft.lbf/lbm 1,2427 ft.lbf/lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -51,2427 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , Ws
-51,2427
= 75 % = - x Wp
= -0,75 x Wp
Wp
= 68,3236 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 0,6186 lbm/s 72,1988 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,0768 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 hp
Universitas Sumatera Utara
LC-10. Pompa Refluks Destilat (P-304) Fungsi
: Memompa campuran asam asetat dan asetat anhidrat dari akumulator ke kolom destilasi (D-301)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1
= P2 = 1 atm
T = 118 0C Laju alir massa (F)
= 4919,6379 kg/jam
= 3,0128 lbm/s
Densitas ()
= 943,0863 kg/m3
= 58,8780 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,3163 cP
= 2,1254 x10-04lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
3,0128 lbm/s 58,8870 lbm/ft 3
= 0,0581 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 (0,0581 ft3/s )0,45 (58,8780 lbm/ft3)0,13 = 1,8410 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 2 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 2,067 in
= 0,1723 ft = 0,0525 m
Diameter Luar (OD)
: 2,375 in
= 0,1979 ft
Inside sectional area
: 0,0233 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0581 ft 3/s = 2,4938 ft/s 0,0233 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
v D
=
(58,8780 lbm/ft 3 )(2,4938 ft/s)(0,1723 ft ) = 2,1254.10 - 4 lbm/ft.s = 118997,6398 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5
(Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
4,6.10 5 m Pada NRe = 118997,6398 dan /D = = 0,0009 0,0525 m maka harga f = 0,0052
(Geankoplis,1997)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
2,4938 2 2132,174
= 2(0,75)
= 0,0483 ft.lbf/lbm
2,4938 2 = 0,1450 ft.lbf/lbm 2(32,174)
2,4938 2 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,1933 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0052)
70. 2,4938 2 0,1723.2.32,174
= 0,8169 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v 2 = 1 A 2 2. .g c
2,4938 2 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 0,0966 ft.lbf/lbm = 1,3001 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = P2 = 1 atm
;
P
= 0 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft Maka :
Universitas Sumatera Utara
0
32,174 ft/s2 50 ft 0 ft.lbf/lbm 1,3001 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -51,3001 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , Ws
-51, 3001
= 75 % = - x Wp
= -0,75 x Wp
Wp
= 68,4002 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 3,0128 lbm/s 68,4002 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,3725 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 hp
LC-11. Pompa Destilat (P-305) Fungsi
: Memompa campuran asam asetat dan asetat anhidrat dari akumulator ke mix point (M-201)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P1
= P2 = 1 atm
T
= 80 0C
Laju alir massa (F)
= 2981,2369 kg/jam
= 1,8257 lbm/s
Densitas ()
= 983,8268 kg/m3
= 61,4215 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,5985 cP
= 4,0222 x 10-04 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
1,8257 lbm/s 61,4215 lbm/ft 3
= 0,0297 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 (0,0297 ft3/s )0,45 (61,4215 lbm/ft3)0,13 = 1,3691 in
Universitas Sumatera Utara
Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in
= 0,1342 ft = 0,0409 m
Diameter Luar (OD)
: 1,9 in
= 0,1583 ft
Inside sectional area
: 0,01414 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0297 ft 3 /s = 2,1021 ft/s 0,01414 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
v D
=
(61,4215 lbm/ft 3 )(2,1021 ft/s)(0,1342 ft ) 4,0222.10 - 4 lbm/ft.s
= 43069,0957 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m Pada NRe = 43069,0957 dan /D = = 0,0011 0,0409 m maka harga f = 0,0078
(Geankoplis,1997)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
2,1021 2 2132,174
= 0,0343 ft.lbf/lbm
2,1021 2 = 2(0,75) = 0,1030 ft.lbf/lbm 2(32,174)
2,1021 2 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,1373 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0078)
70. 2,1021 2 0,1342 .2.32,174
= 1,1179 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
Universitas Sumatera Utara
= 1 0
2,1021 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0687 ft.lbf/lbm = 1,4612 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P
= 0 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft Maka :
0
32,174 ft/s 2 50 ft 0 ft.lbf/lbm 1,4612 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -51,4612 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , Ws
-51,4612
= 75 % = - x Wp
= -0,75 x Wp
Wp
= 68,6150 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 1,8257 lbm/s 68,6150 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,2278 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 hp
LC-12. Pompa Recycle Aseton (P-306) Fungsi
: Memompa aseton dari knock out drum (KO-302) ke mix point (M-101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : P1
= 1 atm
P2
= 8 atm
T
= 30 0C
Laju alir massa (F)
= 322,5745 kg/jam
= 0,1975 lbm/s
Densitas ()
= 780,8543 kg/m3
= 48,7497 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,31 cP
= 2,0832 x 10-04 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,1975 lbm/s 48,7497 lbm/ft 3
= 0,0041 ft3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 (0,0041 ft3/s )0,45 (48,7497 lbm/ft3)0,13 = 0,5420 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 0,75 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,824 in
= 0,0687 ft = 0,0209 m
Diameter Luar (OD)
: 1,05 in
= 0,0875 ft
Inside sectional area
: 0,00371 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0313 ft 3 /s = 1,0922 ft/s 0,00371 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
v D
=
(48,7497 lbm/ft 3 )(1,0922 ft/s)(0,0687 ft ) = 2,0832.10 -4 lbm/ft.s = 17551,1351 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6.10-5 Pada NRe = 17551,1351 dan /D = maka harga f = 0,0065
(Geankoplis,1997)
4,6.10 5 m = 0,0022 0,0209 m (Geankoplis,1997)
Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 .g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
1,0922 2 2132,174
= 2(0,75)
= 0,0093 ft.lbf/lbm
1,0922 2 = 0,0278 ft.lbf/lbm 2(32,174)
1,0922 2 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,0371 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 70 . 1,0922 = 4(0,0065) 0,0687.2.32,174
= 0,4914 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,0922 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0185 ft.lbf/lbm = 0,5841 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = 1 atm = 2116,2240 lbf/ft² P2 = 1 atm = 16929,7920 lbf/ft² ;
P
= 303,87 ft.lbf/lbm
Z = 50 ft Maka :
32,174 ft/s 2 50 ft 303,87 ft.lbf/lbm 0,5841 ft.lbf/lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -354,4541 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa ,
= 75 %
Universitas Sumatera Utara
= - x Wp
Ws
-354,4541
= -0,75 x Wp
Wp
= 472,6054 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 0,1975 lbm/s 472,6054 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,1697 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 hp
LC.13 Kompresor (C-301) Fungsi
: Memompakan metana dari KOD (KO-302) ke tangki penyimpanan metana (TK-304) sekaligus menaikkan tekanan dari 1 atm menjadi 25 atm
Jenis
: Centrifugal compressor
Laju alir gas = 165,4448 kg/jam = 364,7453 lbm/jam Densitas () =16,1202 kg/m3 = 1,0064 lbm/ft3 Laju alir volumetri (Q) =
F 364,7453 0,1007 ft 3 /s ρ 1,0064 x 3600
Perencanaan Kompresor Diameter pipa ekonomis (de) dihitung dengan persamaan : = 3,9 ( Q ) 0,45 ( )0,13
De
(Peters, 1991)
= 3,9 (0,1007) 0,45 (1,0064)0,13 = 1,3891 in Dipilih material pipa commercial steel 1 1/2 in schedule 40 :
Diameter dalam (ID) = 1,61 in
Diameter luar (OD)
= 1,9 in
Tekanan masuk (P1)
= 1 atm = 14,696 psia
Tekanan keluar (P2)
= 25 atm = 367,4 psia
Rasio spesifik (k)
= 1,4
Daya (P)
Universitas Sumatera Utara
P k x Pi x Q 2 P1 P = k 1
k 1 k
1
1,4 1 1,4 367,4 1,4 x 14,696 x0,1007 x 1 14,696 1,4 1
P = 7,8116 Hp Jika efisiensi motor 75%, maka : P=
7,8116 10,4155 Hp 0,75
LC.14 Blower (B-301) Fungsi
: mengangkut campuran uap dari KOD (KO-301) menuju heater (E-306)
Jenis
: blower sentrifugal
Kondisi operasi
: 80 ºC dan 1 atm
Laju alir (N12)
= 15,8685 kmol/jam
Laju alir volum gas Q =
15,8685 kmol/jam x 8,314 m3 Pa/mol.K x 353,15 K 101,325 kPa
= 459,8202 m3/jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1997)
Efisiensi blower, = 80 Sehingga, P
144 0,8 459,8202 = 1,6052 hp 33000
Maka dipilih blower dengan tenaga 2 hp
Universitas Sumatera Utara
LC.15 Expander (C-201) Fungsi
: menurunkan tekanan campuran bahan yang keluar dari furnace sebelum dimasukkan ke WHB (E-201)
Jenis
: Centrifugal expander
Jumlah : 1 unit
Data: Laju alir massa
= 921,6416 kg/jam
campuran
= 4,3065 kg/m3 = 0,2689 lbm/ft3
921,6416 kg / jam = 214,0096 m3/jam 3 4,3065 kg / m
Laju alir volumetrik (Q) =
= 2,0994 ft3/detik Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De = 3,9 (Q)0,45( )0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (2,0994 ft3/detik)0,45(0,2689 lbm/ft3)0,13 = 4,5903 in Dipilih material pipa commercial steel 1 inchi Sch 40 :
Diameter dalam (ID)
= 1,049 in = 0,0874 ft
Diameter luar (OD)
= 1,315 in = 0,1096 ft
Luas penampang (A)
= 0,275 ft2
Tekanan masuk (P1)
= 8 atm = 117,568 psi
Tekanan keluar (P2)
= 1 atm = 14,696 psi
Temperatur masuk
= 7000C
Rasio spesifik (k)
= 1,4
k 1 1,41 P2 k 1,4 k x P2 x Q 1 1,4 x 14,696 x 2,0994 14,696 1 P 117,568 1 Daya (P) = k 1
P
1,4 1
= 98,87 HP
Universitas Sumatera Utara
LC-16. Vaporizer (E-101) Fungsi : Menguapkan campuran bahan sebelum dimasukkan ke furnace (F-201) Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai : Pipa 2 1 ¼ in IPS, 15 ft hairpin, schedule 40
Fluida panas Laju alir steam masuk = 245,7654 kg/jam = 541,8288 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 150 °C = 302 °F Temperatur akhir (T2) = 150 °C = 302 °F Fluida dingin Laju alir cairan masuk = 875,2382 kg/jam = 1929,5800 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 30 °C = 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 80 °C = 176 °F
Panas yang diserap (Q) = 519351,4235 kJ/jam = 492248,2356 Btu/jam (1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 302 F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 176 F
t1 = 126 F
T2 = 302 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86 F
t2 = 216 F
t2 – t1 = 90 F
t2 – t1 = 90 F
T1 – T2 = 0F
Selisih
LMTD
(2)
Δt 2 Δt1 90 166,977 F Δt 2 216 ln ln 126 Δt 1
Tc dan tc
Tc
T1 T2 302 302 302 F 2 2
tc
t1 t 2 176 76 131 F 2 2
Fluida panas : anulus, steam (3)
Flow area tube
Universitas Sumatera Utara
D2
2,067 0,1723 ft 12
(Tabel 11, Kern, 1965)
1,660 D 0,1383 ft 1 12
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
(0,17232 0,13832 ) 4
0,0083 ft 2
(D 2 D 2 ) (0,17232 0,13832 ) 2 1 0,0761ft Diameter ekivalen = De = D 0,1383 1 (4)
(5)
Kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
lb m 541,8288 65490,1615 0,0083 jam ft 2
Pada Tc = 302 F, dari gambar 15 diperoleh = 0,014 cP
(Kern, 1965)
= 0,014 cP = 0,0339 lbm/ft. jam Re a
D G e a μ
Rea
0,0761 65490,1615 147251,1423 0,0339
(6)
Dari gambar 24 diperoleh JH = 360
(Kern, 1965)
(7)
Pada Tc = 302 F, diperoleh dari Gambar 3 c = 0,45 Btu/lbm .0F (Kern, 1965) Dari tabel 5 diperoleh k = 0,0147 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(Kern, 1965)
1 1 c 3 0,45 0,014 3 1,0121 k 0,0147
(8)
1 k c 3 Dari pers 6.15b h0 = J H D e k w = 360
0 ,14
(Kern, 1965)
0,0147 1,0121 1 = 70,3365 Btu/(jam)(ft2)(0 F) 0,0761
Fluida dingin : inner pipe, bahan (3)
D=
1,38 0,1150 ft 12
Universitas Sumatera Utara
ap
(4)
(5)
D2 4
0,0104 ft 2
Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan (7.2) Gp
w ap
Gp
lb m 1929,5800 185770,7057 0,0104 jam ft 2
(Kern, 1965)
Pada tc = 131F, dari Gambar 14 diperoleh = 0,25 cP = 0,6048 lbm/ft2jam
Re p
Rep
DG p
(Kern, 1965)
μ
0,1150 185770,7057 35324,9244 0,6048
(6)
Taksir JH dari Gambar 24, Kern, diperoleh JH = 110
(7)
Pada tc = 131 F,
(Kern, 1965)
c = 0,65 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,981 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
1 1 c 3 0,65 0,6048 3 1,5883 0,981 k
(8)
1 k c 3 Persamaan (6.15a) hi = J H D k w hi = 110
(9)
0 ,14
(Kern, 1965)
0,0981 1,5883 1 = 149,0424 0,115
Persamaan (6.5) hi0 = hi
(9)
(Kern, 1965)
ID 1,38 149,0424 123,9027 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,66
Clean Overall coefficient, UC
UC
h io h o 70,3365 123,9027 44,8668 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 70,3365 123,9027
(10) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 RD 0,002 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 44,8668
Universitas Sumatera Utara
UD = 41,1722 Btu/(jam)(ft2)(0F) (11)
Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t A=
Q 492248,2356 71,6017 ft2 U D t 41,1722 166,977
Panjang yang diperlukan =
71,6017 164,6015 lin ft 0,435
Berarti diperlukan 6 pipa hairpin 15 ft yang disusun seri. (12)
Luas sebenarnya = 6 x 2 x 15 x 0,435 = 78,3 ft2, maka :
Q 492248,2356 37,6501 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 78,3 166,977
UD =
RD =
UC U D 44,8668 37,6501 0,0043 (jam)(ft2)(0F)/Btu UC U D 44,8668 37,6501
Pressure drop Fluida panas : anulus, steam (1)
De‟ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,034 ft
De G a '
‟
Rea =
0,034 68490,1615 65585,4296 0,0339
Persamaan (3.47b) f = 0,0035 +
0,264 65585,42960,42
0,0060
(Kern, 1965)
s = 0,91, ρ = 0,91 62,5 = 56,875 (2)
2 4fG a L 4 0,006 65490,16152 2 15 6 ΔFa = = 1,2021 ft 2g 2De 2 4,18.108 56,8752 0,0339
(3)
V=
Ga 65490,1615 0,3199 fps 3600 3600 56,875
V2 0,31992 0,0095 ft Fi = 6 ' 6 2g 2 32,2
Pa =
(1,2021 0,0095) 56,875 0,0836 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida dingin : inner pipe, bahan
Universitas Sumatera Utara
(1)
Untuk Rep = 35324,9244 f = 0,0035 +
0,264 35324,92440,42
0,0249
s = 0,79, ρ = 0,79 62,5 = 49,375 (2)
2 4fG a L 4 0,0249 185770,70572 2 15 6 ΔFp = = 2,638 ft 2g 2 De 2 4,18.108 49,3752 0,115
(3)
Pp =
2,638 49,375 0,9045 psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
LC. 17 Waste Heat Boiler (E-201) Fungsi
: Menurunkan temperatur bahan sebelum dimasukkan ke reaktor (R-201)
Jenis
: Ketel pipa api
Bahan
: Carbon steel
Data : Uap jenuh yang dihasilkan bersuhu 150 C Dari steam table, Smith, 1987, diperoleh kalor laten steam 1745,4 kj/kg = 750,3988 Btu/lbm. Total kebutuhan uap = 497,1969 kg/jam = 1096,1372 lbm/jam
Perhitungan: -
Menghitung Daya WHB W
34,5 P 970,3 H
dimana:
P
= daya WHB, Hp
W
= kebutuhan uap, lbm/jam
H
= kalor laten steam, Btu/lbm
Maka,
P
1096,1372 750,3988 = 24,5715 Hp 34,5 970,3
Universitas Sumatera Utara
-
Menghitung Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A = P 10 ft2/Hp = 24,5715 Hp 10 ft2/Hp = 245,7151 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: - Panjang tube, L = 12 ft - Diameter tube 2 in - Luas permukaan pipa, a = 0,622 ft2/ft
(Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube,
Nt
A 245,7151 = 32,92 33 buah ' L a 12 0,622
LC-18. Heater Asam Asetat (E-202) Fungsi : menaikkan suhu bahan sebelum dimasukkan ke reaktor (R-201) Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai : Pipa 2 1 ¼ in IPS, 20 ft hairpin, schedule 80
Fluida panas Laju alir steam masuk = 185,0643 kg/jam = 407,9991 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 150 °C = 302 °F Temperatur akhir (T2) = 150 °C = 302 °F Fluida dingin Laju alir cairan masuk = 597,7938 kg/jam = 1317,9166 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 30 °C = 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 80 °C = 176 °F
Panas yang diserap (Q) = 391077,9081 kJ/jam = 370668,8796 Btu/jam (1)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 302 F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 176 F
t1 = 126 F
T2 = 302 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86 F
t2 = 216 F
Universitas Sumatera Utara
t2 – t1 = 90 F
T1 – T2 = 0F
t2 – t1 = 90 F
Selisih
LMTD
(2)
Δt 2 Δt1 90 166,977 F Δt 2 216 ln ln 126 Δt1
Tc dan tc
Tc
T1 T2 302 302 302 F 2 2
tc
t1 t 2 176 76 131 F 2 2
Fluida panas : anulus, steam (3)
Flow area tube D2
2,067 0,1723 ft 12
(Tabel 11, Kern, 1965)
1,660 D 0,1383 ft 1 12
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
(0,17232 0,13832 ) 4
0,0083 ft 2
(D 2 D 2 ) (0,17232 0,13832 ) 2 1 0,0761ft Diameter ekivalen = De = D 0,1383 1 (4)
(5)
Kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
407,9991 lb m 49314,8843 0,0083 jam ft 2
Pada Tc = 302 F, dari gambar 15 diperoleh = 0,014 cP
(Kern, 1965)
= 0,014 cP = 0,0339 lbm/ft. jam Re a
D G e a μ
Rea
0,0761 49314,8843 110881,8924 0,0339
Universitas Sumatera Utara
(6)
Dari gambar 24 diperoleh JH = 300
(Kern, 1965)
(7)
Pada Tc = 302 F, diperoleh dari Gambar 3 c = 0,45 Btu/lbm .0F (Kern, 1965) Dari tabel 5 diperoleh k = 0,0147 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(Kern, 1965)
1 1 c 3 0,45 0,014 3 1,0121 k 0,0147
(8)
1 k c 3 Dari pers 6.15b h0 = J H D e k w = 300
0 ,14
(Kern, 1965)
0,0147 1,0121 1 0,0761
= 58,6138 Btu/(jam)(ft2)(0F)
Fluida dingin : inner pipe, bahan (3)
D=
1,278 0,1065 ft 12
ap
(4)
(5)
D2 4
0,0089 ft 2
Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan (7.2) Gp
w ap
Gp
1317,9166 lb m 147944,5045 0,0089 jam ft 2
(Kern, 1965)
Pada tc = 131F, dari Gambar 14 diperoleh = 0,84 cP = 2,032 lbm/ft2jam
Re p
Rep
DG p
(Kern, 1965)
μ
0,1065 147944,5045 7753,8133 2,032
(6)
Taksir JH dari Gambar 24, Kern, diperoleh JH = 35
(7)
Pada tc = 131 F,
(Kern, 1965)
c = 0,515 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,0878 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
1 1 c 3 0,515 2,032 3 2,2843 k 0,0878
Universitas Sumatera Utara
(8)
1 k c 3 Persamaan (6.15a) hi = J H D k w hi = 35
(9)
(Kern, 1965)
0,0878 2,2843 1= 65,9116 0,1065 (Kern, 1965)
ID 1,278 65,9116 50,744 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,66
Clean Overall coefficient, UC
UC (10)
0 ,14
Persamaan (6.5) hi0 = hi
(9)
h io h o 50,744 58,6138 27,1979 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 50,744 58,6138
UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 RD 0,002 (jam)(ft2)(0F)/Btu U D UC 27,1979 UD = 25,7947 Btu/(jam)(ft2)(0F) (11)
Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t A=
Q 370668,8796 86,0595 ft2 U D t 25,7947 166,977
Panjang yang diperlukan =
86,0595 197,8378 lin ft 0,435
Berarti diperlukan 5 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri. (12)
Luas sebenarnya = 5 x 2 x 20 x 0,435 = 87 ft2, maka : UD =
Q 370668,8796 25,7947 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 87 166,977 RD =
UC U D 27,1979 25,7947 0,0024 (jam)(ft2)(0F)/Btu UC U D 27,1979 25,7947
Pressure drop Fluida panas : anulus, steam (3)
De‟ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,034 ft ‟
Rea =
De G a '
0,034 49314,8843 49386,6223 0,0339
Universitas Sumatera Utara
Persamaan (3.47b) f = 0,0035 +
0,264 49386,62230,42
0,0063
(Kern, 1965)
s = 0,91, ρ = 0,91 62,5 = 56,875 (4)
ΔFa =
(3)
V=
2 4fG a L 4 0,0063 49314,88432 2 20 5 = 0,1341 ft 2g 2De 2 4,18.108 56,8752 0,034
Ga 49314,8843 0,2409 fps 3600 3600 56,875
V2 0,24092 0,0045 ft Fi = 5 ' 5 2 g 2 32 , 2
(0,1341 0,0045) 56,875 0,0547 psi 144
Pa =
Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida dingin : inner pipe, bahan (1)
Untuk Rep = 7753,8133 f = 0,0035 +
0,264 7753,81330,42
0,0343
s = 1,05 ; ρ = 1,05 62,5 = 65,625 (2)
2 4fG a L 4 0,0343 147944,50452 2 20 5 = 1,565 ft ΔFp = 2g 2De 2 4,18.108 65,6252 0,1065
(3)
Pp =
1,565 65,625 0,7132 psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
LC-19. Heater Destilasi (E-301) Fungsi
: menaikkan temperatur sebelum masuk ke destilasi (D-301)
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 1 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass
Fluida panas Laju alir steam masuk
= 722,9878 kg/jam = 1593,9235 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 150°C = 302°F
Universitas Sumatera Utara
Temperatur akhir (T2)
= 150°C = 302°F
Fluida dingin Laju alir cairan masuk (t1)
= 80°C
= 3991,3380 kg/jam = 8799,44 lbm/jam Temperatur awal
= 176°F
Temperatur akhir (t2)
= 121°C
= 249,8 °F
Panas yang diserap (Q) = 1527817,7493 kJ/jam = 1448086,122 Btu/jam t = beda suhu sebenarnya
(1)
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 302 F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 249,8 F
t1 = 52,2 F
T2 = 302 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 176 F
t2 = 126 F
t2 – t1 = 73,8 F
t2 – t1 = 73,8 F
T1 – T2 = 0F
Selisih Δt 2 Δt 1
73,8 87,3832 F Δt 2 126 ln ln 52,2 Δt 1 R = 0, maka Δt = LMTD LM TD
(2)
Tc dan tc T T 302 302 Tc 1 2 302 F 2 2 t t t c 1 2 212,9 F 2
Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in - Jenis tube = 18 BWG - Pitch (PT) = 1 1/4 in triangular pitch - Panjang tube (L) = 12 ft
a
Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida dingin light organics, diperoleh UD = 100-200, dan faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 110 Btu/jamft2F
Universitas Sumatera Utara
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A
Q 1448086,122 Btu/jam 150,6516 ft 2 Btu U D Δt 110 87,3832o F 2 o jam ft F
Luas permukaan luar (a) = 0,2618 ft2/ft Jumlah tube, N t
(Tabel 10, Kern)
A 150,6516 ft 2 47,9538 buah L a " 12 ft 0,2618ft 2 /ft
b Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 52 tube dengan ID shell 12 in. c
Koreksi UD A L N t a" 12 ft 52 0,2618 ft 2 /ft 163,3632 ft 2
UD
Q 1448086,122 Btu/jam Btu 101,4407 2 A Δt 163,3632 ft x87,3832F jam ft 2 F
Fluida panas : steam, tube (3)
Flow area tube, at = 0,639 in2 at
N t a 't
144 n
(Tabel 10, Kern) (Pers. (7.48), Kern)
52 0,639 at 0,1154 ft 2 144 2
(4)
Kecepatan massa
Gt Gt (5)
W at
(Pers. (7.2), Kern)
lb m 1593,9235 13815,155 0,1154 jam ft 2
Bilangan Reynold Pada tc = 302 F = 0,014 cP = 0,0339 lbm/ft2jam
(Gbr. 14, Kern)
Dari Tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh ID = 0,902 in = 0,0752 ft
Universitas Sumatera Utara
Re t
Re t (9)
ID G t μ
(Pers. (7.3), Kern)
0,0752 13815,155 30661,9094 0,0339
Kondensasi steam hio = 1500 btu/hr. ft2.oF
Fluida dingin : shell, bahan (3)
Flow area shell
Ds C' B 2 as ft 144 PT Ds
= Diameter dalam shell = 12 in
B
= Baffle spacing = 5 in
PT
= Tube pitch = 1,25 in
C
= Clearance = PT – OD
(Pers. (7.1), Kern)
= 1,25 – 1 = 0,25 in
as (4)
(5)
12 0,25 5 0,0833 ft 2 144 1,25
Kecepatan massa
Gs
w as
Gs
lb m 8799,44 105593,2796 0,0833 jam ft 2
(Pers. (7.2), Kern)
Bilangan Reynold Pada tc = 212,9F = 0,4622 cP = 1,1181 lbm/ft2jam
(Gbr. 15, Kern)
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 in dan 1 1/4 tri. pitch, diperoleh de = 0,72 in. De =0,72/12 = 0,06 ft
(6)
Res
De G s μ
Res
0,06 x105593,2796 5666,3772 1,1181
(Pers. (7.3), Kern)
Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 54
Universitas Sumatera Utara
(7)
Pada tc = 212,9 F c = 0,56 Btu/lbmF k = 0,098 Btu/jam.oF 1 1 c 3 0,56 1,1181 3 1,8556 0,098 k
(8)
1 ho k c 3 jH s De k
(Pers. (6.15), Kern)
ho 0,098 54 1,8556 163,6628 φs 0,06 (9)
Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1
h h o o φs φs ho = 163,6628 (10)
Clean Overall coefficient, UC
h h o 1500 163,6628 UC io 147,5625 Btu/jam ft 2 F h h o 1500 163,6628 io (11)
Faktor pengotor, Rd
Rd
UC U D 147,5625 101,4407 0,0031 UC U D 147,5625 101,4407
(Pers. (6.13), Kern)
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.
Pressure drop Fluida panas : steam, tube (1)
Untuk Ret = 30661,9094 f = 0,0002 ft2/in2
(Gbr. 26, Kern)
s = 0,91
(Gbr. 6, Kern)
t = 1 (2)
ΔPt
f Gt2 L n 5,22 1010 ID s φ
(Pers. (7.53), Kern) t
Universitas Sumatera Utara
2 0,000213815,155 (12)2 ΔPt 5,22 1010 0,07517 0,911 0,00026 psi (3)
Dari grafik 27, hal:837, Kern, 1950 pada diperoleh
V
2
=0,0005
2g'
4n V 2 . s 2g' (4).(2) .0,0005 0,91 0,0044 psi
ΔPr
PT = Pt + Pr = 0,00026 psi + 0,0044 psi = 0,00466 psi Pt yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida dingin : bahan, shell (1)
Untuk Res = 5666,3772 f = 0,002 ft2/in2
(Gbar. 29, Kern)
s =1 s = 1,0552 (2)
N 1 12
L B
N 1 12
12 28,8 5
(Pers. (7.43), Kern)
Ds = 12/12 = 1 ft (3)
ΔPs
f Gs 2 Ds N 1 5,22 1010 De s φs
(Pers. (7.44), Kern)
2 0,002105593,2796 128,8 ΔPs 5,22 1010 0,061,05521 0,1943 psi Ps yang diperbolehkan = 10 psi
LC-20. Rebolier (E-302)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran asam asetat dan asetat ahidrat sebelum dimasukkan ke kolom destilasi D-301
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 1 in OD Tube 18 BWG, panjang = 8 ft, 2 pass
Fluida panas Laju alir steam masuk = 255,1111 kg/jam = 562,4267 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 150 °C = 302 °F Temperatur akhir (T2) = 150 °C = 302 °F Fluida dingin Laju alir cairan masuk = 14256,1305 kg/jam = 31142,3957 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 121 °C = 249,8°F
Temperatur akhir (t2)
= 138 °C = 280,4 °F
Panas yang diserap (Q) = 539100,8266 kJ/jam = 510966,9844 Btu/jam
(1)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 302 F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 280,4 F
t1 = 21,6 F
T2 = 302 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 249,8 F
t2 = 52,2 F
t2 – t1 = 30,6 F
t2 – t1 = 30,6 F
T1 – T2 = 0 F
Selisih LM TD
(2)
Δt 2 Δt 1 Δt ln 2 Δt 1
30,6 39,193 F 52,2 ln 21,6
Tc dan tc
T T2 302 302 Tc 1 302 F 2 2 t t t c 1 2 265,1 F 2
Dalam perancangan ini digunakan reboiler dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in
Universitas Sumatera Utara
- Jenis tube = 18 BWG - Pitch (PT) = 1 1/4 in triangular pitch - Panjang tube (L) = 8 ft a
Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, reboiler untuk fluida panas steam dan fluida dingin light organics, diperoleh UD = 100-200, dan faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 125 Btu/jamft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A
Q 510966,9844 Btu/jam 104,2976 ft 2 Btu U D Δt 125 o 39,193 F jam ft 2 o F
Luas permukaan luar (a) = 0,2618 ft2/ft Jumlah tube, N t
(Tabel 10, Kern, 1965)
A 104,2976 ft 2 49,7983 buah L a " 8 ft 0,2618ft 2 /ft
b Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 52 tube dengan ID shell 12 in. c. Koreksi UD A L N t a" 8 ft 52 0,2618 ft 2 /ft 108,9088 ft 2
UD
Q 510966,9844 Btu/jam Btu 119,7076 2 A Δt 108,9088 ft x39,193F jam ft 2 F
Fluida panas : steam, tube (3)
Flow area tube, at = 0,639 in2 at
N t a 't
144 n
(Tabel 10, Kern) (Pers. (7.48), Kern)
52 0,639 at 0,1154 ft 2 144 2
(4)
Kecepatan massa
Gt
W at
Gt
562,4267 lb m 4874,7709 0,1154 jam ft 2
(Pers. (7.2), Kern)
Universitas Sumatera Utara
(5)
Bilangan Reynold Pada tc = 302 F = 0,014 cP = 0,0339 lbm/ft2jam
(Gbr. 14, Kern)
Dari Tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh ID = 0,902 in = 0,0752 ft
Re t
Re t (9)
ID G t μ
(Pers. (7.3), Kern)
0,0752 4874,7709 10819,2622 0,0339
Kondensasi steam hio = 1500 btu/hr. ft2.oF
Fluida dingin : shell, bahan (3)
Flow area shell
Ds C' B 2 ft 144 PT
as Ds
= Diameter dalam shell = 12 in
B
= Baffle spacing = 4 in
PT
= Tube pitch = 1,25 in
C
= Clearance = PT – OD
(Pers. (7.1), Kern)
= 1,25 – 1 = 0,25 in
as (4)
(5)
12 0,25 4 0,0667 ft 2 144 1,25
Kecepatan massa
Gs
w as
Gs
31142,3957 lb m 467135,9357 0,0667 jam ft 2
(Pers. (7.2), Kern)
Bilangan Reynold Pada tc = 265,1F = 0,2562 cP = 0,6197 lbm/ft2jam
(Gbr. 15, Kern)
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 in dan 1 1/4 tri. pitch, diperoleh de = 0,72 in. De =0,72/12 = 0,06 ft
Universitas Sumatera Utara
Res
De G s μ
Res
0,06 x 467135,9357 45227,7886 0,6197
(6)
Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 100
(7)
Pada tc = 265,1 F
(Pers. (7.3), Kern)
c = 0,58 Btu/lbmF k = 0,098 Btu/jam.oF 1 1 c 3 0,58 0,6197 3 1,5422 0,098 k
(8)
1 ho k c 3 jH s De k
(Pers. (6.15), Kern)
ho 0,098 100 1,5422 251,8867 φs 0,06 (9)
Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1 ho = 251,8867
(10)
Clean Overall coefficient, UC
h h o 1500 251,8867 UC io 215,6704 Btu/jam ft 2 F h h o 1500 251,8867 io (11)
Faktor pengotor, Rd
Rd
UC U D 215,6704 119,7076 0,0037 UC U D 215,6704 119,7076
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.
Pressure drop Fluida panas : steam, tube (1)
Untuk Ret = 10819,2622 f = 0,0002 ft2/in2 s = 0,91
(Gbr. 26, Kern) (Gbr. 6, Kern)
t = 1
Universitas Sumatera Utara
(3)
ΔPt
ΔPt
f Gt2 L n 5,22 1010 ID s φ
(Pers. (7.53), Kern) t
0,00024874,77092 (8)2 5,22 1010 0,07517 0,911
0,00003 psi (3)
Dari grafik 27, hal:837, Kern, 1950 pada diperoleh
V
2
2g'
=0,0009
4n V 2 ΔPr . s 2g' (4).(2) .0,0009 0,91 0,00791 psi PT = Pt + Pr = 0,00003 psi + 0,00791 psi = 0,00794 psi Pt yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida dingin : bahan, shell (1)
Untuk Res = 45227,7886 f = 0,0015 ft2/in2
(Gbar. 29, Kern)
s =1 s = 1,0795 (2)
N 1 12
L B
N 1 12
8 24 4
(Pers. (7.43), Kern)
Ds = 12/12 = 1 ft (3)
ΔPs
f Gs 2 Ds N 1 5,22 1010 De s φs
ΔPs
0,0015467135,9357 2 124 5,22 1010 0,061,07951
(Pers. (7.44), Kern)
2,3235 psi Ps yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
LC-21. Cooler produk (E-303) Fungsi
: Menurunkan temperatur produk asetat anhidrat sebelum dimasukkan ke tangki penampungan asetat anhidrat (TK-303)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 15 ft hairpin, schedule 40
Fluida panas Laju alir umpan masuk = 1010,1010 kg/jam = 2226,9032 lbm/jam Temperatur awal (T1)
= 138 oC = 280,4 °F
Temperatur akhir (T2)
= 30 °C
= 86 °F
Fluida dingin Laju alir air pendingin = 1638,7471 kg/jam = 3612,8379 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 28 °C = 82,4 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C = 140 °F
Panas yang diserap (Q) = 218167,4055 kJ/jam = 206781,9892 Btu/jam (1)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 280,4 F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140 F
t1 = 140,4 F
T2 = 86 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 82,4 F
t2 = 3,6 F
T1 – T2 = 194,4 F
t2 – t1 = 57,6 F
t2 – t1 = -136,8 F
Selisih LM TD
(2)
Δt 2 Δt 1 Δt ln 2 Δt 1
- 136,8 36,6177 F 3,6 ln 140,4
Tc dan tc Tc
T1 T2 183,2F 2
tc
t1 t 2 111,2F 2
Fluida panas : anulus, bahan
Universitas Sumatera Utara
(3) Flow area tube D2
2,067 0,1723 ft 12
(Tabel 11, Kern, 1965)
1,660 D 0,1383 ft 1 12
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
(0,17232 0,13832 ) 4
0,0083 ft 2
(D 2 D 2 ) (0,17232 0,13832 ) 2 1 0,0761ft Diameter ekivalen = De = D 0,1383 1 (4) Kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
2226,9032 lb m 269165,9641 0,0083 jam ft 2
(5) Pada Tc = 183,2 F, dari gambar 15 diperoleh = 0,452 cP
(Kern, 1965)
= 0,014 cP = 1,0922 lbm/ft. jam Re a
D G e a μ
Rea
0,0761 269165,9641 18766,0571 1,0922
(6) Dari gambar 24 diperoleh JH = 68
(Kern, 1965)
(7) Pada Tc = 183,2 F, diperoleh dari Gambar 3 c = 0,54 Btu/lbm .0F (Kern, 1965) Dari tabel 5 diperoleh
k = 0,09 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(Kern, 1965)
1 1 c 3 0,54 1,0922 3 1,8713 0,09 k
1 k c 3 (8) Dari pers 6.15b h0 = J H D e k w = 68
0 ,14
(Kern, 1965)
0,09 1,8713 1 0,0761
= 150,3977 Btu/(jam)(ft2)(0F)
Fluida dingin : inner pipe, air pendingin
Universitas Sumatera Utara
(3)
D=
1,38 0,115 ft 12
ap
(4)
(5)
D2 4
0,0104 ft 2
Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan (7.2) Gp
w ap
Gp
3612,8379 lb m 347826,6945 0,0104 jam ft 2
(Kern, 1965)
Pada tc = 111,2F, dari Gambar 14 diperoleh = 0,65 cP = 1,5724 lbm/ft2jam
Re p
Rep
DG p
(Kern, 1965)
μ
0,115 347826,6945 7753,8133 1,5724
(6)
Taksir JH dari Gambar 24, Kern, diperoleh JH = 90
(7)
Pada tc = 111,2 F,
(Kern, 1965)
c = 0,99 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,366 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
1 1 c 3 0,99 1,5724 3 1,6202 0,366 k
(8)
1 k c 3 Persamaan (6.15a) hi = J H D k w hi = 90
(9)
0 ,14
(Kern, 1965)
0,366 1,6202 1 = 464,0871 0,115
Persamaan (6.5) hi0 = hi
(9)
(Kern, 1965)
ID 1,38 464,0871 385,8074 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,66
Clean Overall coefficient, UC
UC
h io h o 385,8074 150,3977 108,2133 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 385,8074 150,3977
(10) UD Rd ketentuan = 0,002
Universitas Sumatera Utara
1 1 1 RD 0,002 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 108,2133 UD = 88,96 Btu/(jam)(ft2)(0F) (11)
Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t A=
Q 206781,9892 63,4785 ft2 U D t 88,96 36,6177
Panjang yang diperlukan =
63,4785 145,9277 ft 0,435
Berarti diperlukan 5 pipa hairpin 15 ft yang disusun seri. (12)
Luas sebenarnya = 5 x 2 x 15 x 0,435 = 65,25 ft2, maka : UD =
Q 206781,9892 86,5449 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 65,25 36,6177
RD =
U C U D 108,2133 86,5449 0,0023 Btu/(jam)(ft2)(0F) U C U D 108,2133 86,5449
Pressure drop Fluida panas : anulus, bahan (1)
De‟ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,034 ft
De G a '
Rea‟ =
0,034 269165,9641 8358,3726 1,0922
Persamaan (3.47b) f = 0,0035 +
0,264 8358,3726 0,42
0,0094
(Kern, 1965)
s = 1,08, ρ = 67,5 (2)
2 4fG a L 4 0,0094 49314,88432 2 15 5 ΔFa = = 3,1788 ft 2g 2 D e 2 4,18.108 67,5 2 0,034
(3)
V=
Ga 269165,9641 1,1077 fps 3600 3600 67,5
V2 1,1077 2 0,0953 ft Fi = 5 ' 5 2g 2 32,2
Pa =
(3,1788 0,0953) 67,5 1,5347 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : inner pipe, air pendingin (1)
Untuk Rep = 25438,6214 f = 0,0035 +
0,264 25438,6214 0,42
0,0266
s = 1 ; ρ = 62,5 (2)
2 4fG a L 4 0,0266 347826,6945 2 2 15 5 = 5,1485 ft ΔFp = 2g 2 D e 2 4,18.108 62,5 2 0,115
(3)
Pp =
5,1485 62,5 2,2346 psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
LC-22. Kondensor (E-304) Fungsi
: Mengubah fasa uap campuran asam asetat
dan asetat anhidrat
menjadi fasa cair Jenis
: 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai
: 1 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 4 pass
Fluida panas Laju alir umpan masuk = 7900,8749 kg/jam = 17247,258 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 121 oC = 249,8 °F Temperatur akhir (T2) = 118 oC = 244,4 °F Fluida dingin Laju alir air pendingin = 23800,8944 kg/jam = 52472,2643 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 28 °C = 82,4 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C = 140 °F
Panas yang diserap (Q) = 3168627,6007 kJ/jam = 3003267,6821 Btu/jam
(1)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas T1 = 249,8 F
Temperatur yang lebih tinggi
Fluida dingin
Selisih
t2 = 140 F
t1 = 109,8 F
Universitas Sumatera Utara
T2 = 244,4 F
Temperatur yang lebih rendah
T1 – T2 = 5,4 F
t1 = 82,4 F
t2 = 162 F
t2 – t1 = 57,6 F
t2 – t1 = 52,2 F
Selisih LM TD
R S
Δt 2 Δt 1 Δt ln 2 Δt 1
52,2 128,741F 162 ln 109,8
T1 T2 5,4 0,0938 t 2 t1 57,6 t 2 t1 0,3556 T1 t 1
Dari Fig 19, Kern, 1965 diperoleh FT = 1 Maka t = LMTD = 128,741 F (2)
Tc dan tc Tc
T1 T2 247,1F 2
tc
t1 t 2 111,2 F 2
Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in - Jenis tube = 18 BWG - Pitch (PT) = 1 1/4 in triangular pitch - Panjang tube (L) = 12 ft
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas light organic dan fluida dingin air, diperoleh UD = 75-150, faktor pengotor (Rd) = 0,003. Diambil UD = 90 Btu/jamft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A
Q 3003267,6821 Btu/jam 259,1997 ft2 Btu U D Δt 90 128,741 o F 2 o jam ft F
Luas permukaan luar (a) = 0,2618 ft2/ft Jumlah tube, N t
(Tabel 10, Kern, 1965)
A 259,1997 ft 2 82,5 buah L a " 12 ft 0,3671 ft 2 /ft
Universitas Sumatera Utara
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 80 tube dengan ID shell 15 1/4 in. c. Koreksi UD A L N t a" 12 ft 80 0,2618 ft 2 /ft 251,328 ft 2
Q 3003267,6821 Btu/jam Btu 92,8188 2 A Δt 251,328 ft 128,741 F jam ft 2 F
UD
Fluida dingin : air, tube (3)
(4)
(5)
Flow area tube, at = 0,639 in2 N t a 't
at
144 n
at
80 0,639 0,0888 ft2 144 4
(Tabel 10, Kern, 1965) (Pers. (7.48), Kern, 1965)
Kecepatan massa
Gt
w at
Gt
lb m 52472,2643 591236,7811 0,0888 jam ft 2
(Pers. (7.2), Kern, 1965)
Bilangan Reynold Pada tc = 247,1 F = 0,65 cP = 1,5724 lbm/ft2jam
(Gbr. 15, Kern, 1965)
Dari Tabel 10, Kern, 1965, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh ID = 0,902 in = 0,0752 ft
Re t
ID G t μ
Re t
0,0752 591236,7811 = 28263,0845 1,5724
(Pers. (7.3), Kern, 1965)
(6)
Taksir jH dari Gbr 24, Kern, 1965, diperoleh jH = 80
(7)
Pada tc = 247,1 °F c = 0,99 Btu/lbm°F
(Gbr 3, Kern, 1965)
k = 0,366 Btu/jam.ft°F
(Tabel 5, Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
1 1 c 3 0,99 1,5724 3 1,6202 0,366 k
(8)
1 hi k c 3 jH s D k
(Pers. (6.15), Kern, 1965)
h
i 80 0,366 1,6202 631,131 φs 0,0752
h
io h i x ID φt φ t OD 631,131 x
0,902 1
= 569,2802 (9)
Karena viskositas rendah, maka diambil t = 1
h hio io φ t φt hio = 569,2802
Fluida panas : shell, bahan (3)
Flow area shell
Ds C' B 2 ft 144 PT
as Ds
= Diameter dalam shell = 15,25 in
B
= Baffle spacing = 3,05 in
PT
= Tube pitch = 1 1/4 in
C
= Clearance = PT – OD
(Pers. (7.1), Kern, 1965)
= 0,25 in
as (4)
15,25 0,25 3,05 0,0646 ft2 144 1 ,25
Kecepatan massa
Gs
W as
Gs
lb m 17247,2580 266982,5485 0,0646 jam ft 2
(Pers. (7.2), Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
(5)
Bilangan Reynold Pada Tc = 111,2 F = 0,389 cP = 0,941 lbm/ft2jam
(Gbr. 15, Kern, 1965)
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 in OD 1 1/4 tri. pitch, diperoleh de = 0,72 in. De =0,72/12 = 0,06 ft
Res
De G s μ
Res
0,06 266982,5485 17023,746 0,941
(Pers. (7.3), Kern, 1965)
(6)
Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, 1965, diperoleh jH = 80
(7)
Pada Tc = 111,2 F c = 0,57 Btu/lbmF k = 0,0979 Btu/jam.ft.oF
(Gbr 3, Kern, 1965) (Tabel 5, Kern, 1965)
1 1 c 3 0,57 0,941 3 1,7623 k 0,0979
(8)
1 ho k c 3 jH s De k
(Pers. (6.15), Kern, 1965)
ho 0,0979 80 1,7623 230,2718 φs 0,06 (9)
Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1
h h o o φs φs ho = 230,2718 (10)
Clean Overall coefficient, UC
UC
h io h o 569,2802 230,2718 163,9533 Btu/jam ft 2 F h io h o 569,2802 230,2718
(11) Faktor pengotor, Rd
Rd
U C U D 163,9533 92,8188 0,0047 U C U D 163,9533 92,8188
Rd hitung
(Pers. (6.13), Kern, 1965)
Rd batas, maka spesifikasi condensor dapat diterima.
Pressure drop
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : air, tube (1)
Untuk Ret = 28263,0845 f = 0,0003 ft2/in2 s=1
(Gbr. 26, Kern, 1965) (Gbr. 6, Kern, 1965)
t = 1 (2)
ΔPt
ΔPt
(3)
2 f Gt L n 5,22 1010 ID s φ t
(Pers. (7.53), Kern, 1965)
2 0,0003591236,7811 (12)4 = 1,2829 psi 5,22 1010 0,075211
Dari grafik 27, hal:837, Kern, 1965, pada diperoleh
V
2
= 0,0005
2g'
4n V 2 ΔPr . s 2g' (4).(4) x 0,0005 1 0,008 PT = Pt + Pr = 0,008 psi + 1,2829 psi = 1,2909 psi PT yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida panas : bahan, shell (1)
Untuk Res = 17023,746 f = 0,0018 ft2/in2
(Gbr. 29, Kern, 1965)
s =1 s = 1,0503 (2)
N 1 12
L B
N 1 12
12 47,2131 3,05
(Pers. (7.43), Kern, 1965)
Ds = 15,25 in = 1,2708 ft (3)
ΔPs
2 1 f G s D s N 1 2 5,22 1010 D s φ e s
(Pers. (7.44), Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
2 1 0,0018266982,5485 1,270847,2131 ΔPs 2 5,22 1010 0,061,05031 2,3402 psi Ps yang diperbolehkan = 10 psi
LC-23. Cooler Asam Asetat (E-305) Fungsi
: Menurunkan temperatur asam asetat sebelum dimasukkan ke tangki reaktor (R-201)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft hairpin, schedule 40
Fluida panas Laju alir umpan masuk = 2981,2369 kg/jam = 6572,5367 lbm/jam Temperatur awal (T1)
= 118 oC = 244,4 °F
Temperatur akhir (T2)
= 80 °C
= 176 °F
Fluida dingin Laju alir air pendingin = 1816,654 kg/jam = 4005,0574 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 28 °C = 82,4 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C = 140 °F
Panas yang diserap (Q) = 241852,2567 kJ/jam = 229230,8084 Btu/jam (1)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 244,4 F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140 F
t1 = 104,4 F
T2 = 176 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 82,4 F
t2 = 93,6 F
t2 – t1 = 57,6 F
T1 – T2 = 68,4F
t2 – t1 = -10,8 F
Selisih LM TD
(2)
Δt 2 Δt 1 Δt ln 2 Δt 1
- 10,8 96,275 F 93,6 ln 104,4
Tc dan tc Tc
T1 T2 210,2 F 2
Universitas Sumatera Utara
tc
t1 t 2 111,2 F 2
Fluida panas : anulus, bahan (3)
Flow area tube D2
2,067 0,1723 ft 12
(Tabel 11, Kern, 1965)
1,660 D 0,1383 ft 1 12
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
(0,17232 0,13832 ) 4
0,0083 ft 2
(D 2 D 2 ) (0,17232 0,13832 ) 2 1 0,0761ft Diameter ekivalen = De = D 0,1383 1 (4)
(5)
Kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
6572,5367 lb m 794423,0295 0,0083 jam ft 2
Pada Tc = 210,2 F, dari gambar 15 diperoleh = 0,498 cP
(Kern, 1965)
= 1,2056 lbm/ft. jam Re a
D G e a μ
Rea
0,0761 794423,0295 50178,6696 1,2056
(6)
Dari gambar 24 diperoleh JH = 150
(Kern, 1965)
(7)
Pada Tc = 210,2F, diperoleh dari Gambar 3 c = 0,56 Btu/lbm .0F (Kern, 1965) Dari tabel 5 diperoleh k = 0,098 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(Kern, 1965)
1 1 c 3 0,56 1,2056 3 1,8971 0,098 k
(8)
1 k c 3 Dari pers 6.15b h0 = J H D e k w
0 ,14
(Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
= 150
0,098 1,8971 1 0,0761
= 366,219 Btu/(jam)(ft2)(0F)
Fluida dingin : inner pipe, air pendingin (3)
D=
1,38 0,115 ft 12
ap
(4)
(5)
D2 4
0,0104 ft 2
Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan (7.2) Gp
w ap
Gp
4005,0574 lb m 385587,7126 0,0104 jam ft 2
(Kern, 1965)
Pada tc = 111,2F, dari Gambar 14 diperoleh = 0,65 cP = 1,5724 lbm/ft2jam
Re p
Rep
DG p
(Kern, 1965)
μ
0,115 385587,7126 28200,3078 1,5724
(6)
Taksir JH dari Gambar 24, Kern, diperoleh JH = 90
(7)
Pada tc = 111,2 F,
(Kern, 1965)
c = 0,99 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,366 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
1 1 c 3 0,99 1,5724 3 1,6202 0,366 k
(8)
1 k c 3 Persamaan (6.15a) hi = J H D k w hi = 90
(9)
0 ,14
(Kern, 1965)
0,366 1,6202 1 = 464,0871 0,115
Persamaan (6.5) hi0 = hi
(9)
(Kern, 1965)
ID 1,38 464,0871 385,8074 Btu/(jam)(ft2)(0F) OD 1,66
Clean Overall coefficient, UC
Universitas Sumatera Utara
UC
h io h o 385,8074 366,219 187,879 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 385,8074 366,219
(10) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 RD 0,002 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 187,879 UD = 136,564 Btu/(jam)(ft2)(0F) (11)
Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t A=
Q 229230,8084 17,4351 ft2 U D t 136,564 96,275
Panjang yang diperlukan =
17,4351 40,0807 ft 0,435
Berarti diperlukan 2 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri. (12)
Luas sebenarnya = 2 x 2 x 12 x 0,435 = 20,88 ft2, maka : UD =
Q 229230,8084 114,0329 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 20,88 96,275
RD =
UC U D 187,879 114,0329 0,0034 Btu/(jam)(ft2)(0F) UC U D 187,879 114,0329
Pressure drop Fluida panas : anulus, bahan (1)
De‟ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,034 ft Rea‟ =
De G a '
0,034 794423,0295 22349,5013 1,2056
Persamaan (3.47b) f = 0,0035 +
0,264 22349,50130,42
0,0074
(Kern, 1965)
s = 1,0552 ; ρ = 1,0552 x 62,5 = 65,95 (2)
2 4fG a L 4 0,0074 794423,02952 2 12 2 ΔFa = = 7,305 ft 2g 2De 2 4,18.108 65,952 0,034
(3)
V=
Ga 794423,0295 3,3461 fps 3600 3600 65,95
Universitas Sumatera Utara
V2 3,34612 0,3477 ft Fi = 2 ' 2 2g 2 32,2
Pa =
(7,305 0,3477) 65,95 3,5048 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida dingin : inner pipe, air pendingin (1)
Untuk Rep = 28200,3078 f = 0,0035 +
0,264 28200,30780,42
0,0261
s = 1 ; ρ = 62,5 (2)
2 4fG a L 4 0,0261 385587,71262 2 12 2 ΔFp = = 1,9817 ft 2g 2 De 2 4,18.108 62,52 0,115
(3)
Pp =
1,9817 62,5 0,8601 psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
LC-24. Cooler Campuran Metana dan Aseton (E-306) Fungsi
: Menurunkan temperatur metana dan aseton sebelum dimasukkan ke tangki knock out drum (K-302)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft hairpin, schedule 80
Fluida panas Laju alir umpan masuk = 463,4483 kg/jam = 1021,7339 lbm/jam Temperatur awal (T1)
= 80 °C
= 176 °F
Temperatur akhir (T2)
= 30 °C
= 86 °F
Fluida dingin Laju alir air pendingin = 286,2378 kg/jam = 631,0497 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 28 °C = 82,4 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C = 140 °F
Panas yang diserap (Q) = 38107,0168 kJ/jam = 36118,3409 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
(1)
t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas
Fluida dingin
Selisih
T1 = 176F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140 F
t1 = 36 F
T2 = 86 F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 82,4 F
t2 = 3,6 F
T1 – T2 = 90 F
t2 – t1 = 57,6 F
t2 – t1 = -32,4 F
Selisih
LM TD
(2)
Δt 2 Δt1 - 32,4 14,071 F Δt 2 3,6 ln ln 36 Δt1
Tc dan tc Tc
T1 T2 131 F 2
tc
t1 t 2 111,2 F 2
Fluida panas : inner pipe, bahan (3)
Flow area tube D2
2,067 0,1723 ft 12
D 1
1,660 0,1383 ft 12
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4
(Tabel 11, Kern, 1965)
(0,17232 0,13832 ) 4
0,0083 ft 2
(D 2 D 2 ) (0,17232 0,13832 ) 1 Diameter ekivalen = De = 2 0,0761ft D 0,1383 1
(4)
Kecepatan massa Ga
Ga
(5)
W aa
1021,7339 lb m 123497,0558 0,0083 jam ft 2
Pada Tc = 131 F, dari gambar 15 diperoleh = 0,036 cP
(Kern, 1965)
= 0,0863 lbm/ft. jam
Universitas Sumatera Utara
Re a
D G e a μ
Rea
0,0761 123497,0558 108992,5313 0,0863
(6)
Dari gambar 24 diperoleh JH = 250
(Kern, 1965)
(7)
Pada Tc = 131F, diperoleh dari Gambar 3 c = 0,585 Btu/lbm .0F (Kern, 1965) Dari tabel 5 diperoleh k = 0,0483 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
(Kern, 1965)
1 1 c 3 0,585 0,0863 3 1,015 0,0483 k
(8)
1 Dari pers 6.15b h0 = J k c 3 H De k w
0 ,14
(Kern, 1965)
= 250 0,0483 1,015 1 0,0761
= 160,8609 Btu/(jam)(ft2)(0F)
Fluida dingin : anulus, air pendingin (3)
D = 1,278 0,1065 ft 12
ap
(4)
D2 4
2
Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan (7.2) Gp Gp
(5)
0,0089 ft
(Kern, 1965)
w ap
631,0497 lb m 70839,3323 0,0104 jam ft 2
Pada tc = 111,2F, dari Gambar 14 diperoleh = 0,65 cP = 1,5724 lbm/ft2jam
Re p
Rep
DG p
(Kern, 1965)
μ
0,1065 70839,3323 4797,9629 1,5724
(6)
Taksir JH dari Gambar 24, Kern, diperoleh JH = 15
(7)
Pada tc = 111,2 F,
(Kern, 1965)
c = 0,99 Btu/(lbm)( 0F) k = 0,366 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
Universitas Sumatera Utara
1 1 c 3 0,99 1,5724 3 1,6202 0,366 k
(8)
1 3 Persamaan (6.15a) hi = J k c H D k w
hi = 15 (9)
0 ,14
(Kern, 1965)
0,366 1,6202 1 = 83,5212 0,1065
Persamaan (6.5) hi0 = hi
(9)
(Kern, 1965)
ID 1,278 2 0 83,5212 64,3012 Btu/(jam)(ft )( F) OD 1,66
Clean Overall coefficient, UC
UC
h io h o 64,3012 160,8609 45,9382 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 64,3012 160,8609
(10) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 RD 0,002 (jam)(ft2)(0F)/Btu UD UC 45,9382 UD = 42,0727 Btu/(jam)(ft2)(0F) (11)
Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t A=
Q 36118,3409 61,0095 ft2 U D t 42,0727 14,071
Panjang yang diperlukan =
61,0095 140,252 ft 0,435
Berarti diperlukan 6 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri. (12)
Luas sebenarnya = 6 x 2 x 12 x 0,435 = 62,64 ft2, maka : UD =
Q 36118,3409 40,9776 Btu/(jam)(ft2)(0F) A t 62,64 14,071
RD =
U C U D 45,9382 40,9776 0,0026 Btu/(jam)(ft2)(0F) UC UD 45,9382 40,9776
Pressure drop Fluida panas : pipa, bahan (1)
De‟ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,034 ft
Universitas Sumatera Utara
De G a '
‟
Rea =
0,034 123497,0558 48545,1038 0,0863
Persamaan (3.47b) f = 0,0035 +
0,264 48545,1038 0,42
0,0063
(Kern, 1965)
s = 0,79 ; ρ = 0,79 x 62,5 = 49,375 2
(2)
ΔFa =
(3)
V=
4fG a L 2g 2 D e
4 0,0063 123497,0558 2 2 12 6 = 0,8085 ft 2 4,18.108 49,375 2 0,034
Ga 123497,0558 0,6948 fps 3600 3600 49,375
V2 Fi = 6 ' 2g
Pa =
0,6948 2 6 0,045 ft 2 32,2
(0,8085 0,045) 49,375 0,2917 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida dingin : anulus, air pendingin (1)
Untuk Rep = 4797,9629 f = 0,0035 +
0,264 4797,9629 0,42
0,038
s = 1 ; ρ = 62,5 2
(2)
ΔFp =
(3)
Pp =
4fG a L 2g 2 D e
4 0,038 70839,3323 2 6 12 2 = 0,316 ft 2 4,18.108 62,5 2 0,1065
0,316 62,5 0,1372 psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
LC-25. Kolom Destilasi (D-301) Fungsi
: memisahkan campuran asam asetat dengan asetat anhidrat
Jenis
: sieve – tray
Bentuk
: silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
L,av LD . LW
2,09331,8469 1,9850
(Geankoplis,1997)
log[( X LD D / X HD D)( X HW W / X LW W )] log( L,av ) log [(0,983/0,017) * (0,99/0,01) ] log (1,9850) = 12,4931
Nm
Dari Fig 11.7-3, Geankoplis, hal:676 diperoleh
Nm = 0,68, maka: N
N m 12,4931 = 18,3722 0,68 0,68 Efisiensi piring = 85 %
N=
(Geankoplis,1997)
Maka jumlah piring yang sebenarnya = 18,3722/0,85 = 21,6 piring 22 piring Penentuan lokasi umpan masuk
X W X 2 Ne log 0,206 log HF LW Ns X LF D X HD 0,8264 9,9635 0,01 2 Ne log 0,206 log Ns 0,1736 49,3008 0,0169 Ne 0,7995 Ns Ne = 0,7995 Ns N = Ne + Ns
(Geankoplis,1997)
22 = 0,7995 Ns + Ns Ns = 12,22 12 Ne = 22 – 12 = 10 Jadi, umpan masuk pada piring ke-10 dari atas.
Universitas Sumatera Utara
Gambar LC.1 Kolom Destilasi Design kolom Direncanakan : Tray spacing (t)
= 0,5 m
Hole diameter (do)
= 4,5 mm
(Treybal, 1984)
Space between hole center (p‟)
= 12 mm
(Treybal, 1984)
Weir height (hw)
= 5 cm
Pitch
= triangular ¾ in
Data :
Suhu dan tekanan pada kolom destilasi D-301 adalah 121 0C dan 760 mmHg Tabel LC.1 Komposisi bahan pada alur Vd destilasi (D-301) Komponen Asam asetat
Alur Vd (kmol/jam)
128,0784
%mol
Mr
%mol x Mr
0,9900
60,05
59,4495
Universitas Sumatera Utara
1,2937
0,0100
129,3721
1,0000
Asetat anhidrat Total
102,09
1,0209 60,4704
Laju alir massa gas (G`) = 0,0356 kmol/s v=
60,4704 0,9211 = 1,7353 kg/m3 x 0,082057 391,15
Laju alir volumetrik gas (Q) = 0,0356 x22,4 x
391,15 = 1,1412 m3/s 273
Tabel LC.2 Komposisi bahan pada alur Lb destilasi (D-301) Komponen
%massa x L
Alur Lb (kg/jam)
% massa
L (kg/m3)
141,2588
0,0100
939,1754
9,3918
13984,6205
0,9900
955,0308
945,4804
14125,8793
1
Asam asetat Asetat anhidrat Total
954,8722
Laju alir massa cairan (L`) = 3,9239 kg/s Laju alir volumetrik cairan (q) =
3,9239 = 0,0041 m3/s 954,8722
Surface tension () = 0,04 N/m
Ao d 0,907 o Aa p'
2
2
Ao 0,0045 0,907 = 0,1275 Aa 0,0120
1/ 2
q ρ 0,0041 954,8722 F = L = 0,0845 Q' ρ V 1,1412 1,7353 α = 0,0744t + 0,01173 = 0,0744(0,5) + 0,01173 = 0,0489 1/ 2
β = 0,0304t + 0,015 = 0,0304(0,50) + 0,015 = 0,0302
σ 1 β CF = αlog (q/Q)(ρ L / ρ V ) 0,02
0, 2
Universitas Sumatera Utara
1 0,04 0,0302 = 0,0489 log 0,0845 0,02
0, 2
= 0,095 ρ ρV VF = C F L ρV
0,5
954,8722 1,7353 = 0,095 1,7353
0,5
= 2,2269 m/s Asumsi 80 % kecepatan flooding
An =
1,1412 = 0,6406 m2 0,8 2,2269
Untuk W = 0,7T dari tabel 6.1 Treybal, diketahui bahwa luas downspout sebesar 8,8%.
At =
0,6406 0,7024 m2 1 0,088
Column Diameter (T) = [4(0,7024)/π]0,5 = 0,9457 m Weir length (W)
= 0,7(0,9457) = 0,662 m
Downsput area (Ad)
= 0,088(0,7024) = 0,0618 m2 = At – 2Ad = 0,7024 – 2(0,0618) = 0,5788 m2
Active area (Aa) Weir crest (h1)
Misalkan h1 = 0,0214 m h1/T = 0,0214/0,9457 = 0,0226 0,5 2 2 2 Weff h T T T 1 2 1 W W T W W
2
2
2 0,5 Weff 2 2 1,4286 1,4286 1 20,02141,4286 W
Weff 0,9295 W q h 1 0,666 W
2/3
Weff W
2/3
Universitas Sumatera Utara
h 1 0,6660,0062
2/3
0,92952 / 3
h 1 0,0214 m
Perhitungan Pressure Drop Dry pressure drop
Ao = 0,5788 x 0,1275 = 0,0738 m2 uo =
Q 1,1412 15,459 A o 0,0738
uo2 h d 51,0 2 Co
ρ v ρ L
15,459 2 h d 51,0 2 0,66
1,7353 954,8722
h d 50,8474 mm 0,0508 m Hydraulic head
Va z
Q 1,1412 = 1,9717 m/s A a 0,5788
T W 0,9457 0,662 = 0,8038 m 2 2
h L 0,0061 0,725 h w 0,238 h w Va ρ V
0, 5
q 1,225 z
0,0041 h L 0,0061 0,725 (0,05) 0,238 (0,05)(1,9717)(1,7353) 0,5 1,225 0,8038
h L 0,0177 m
Residual pressure drop
hR
6 σ gc ρLdog
Universitas Sumatera Utara
hR
6 (0,04) (1) = 0,0057 m 954,8722 (0,0045)(9,8)
Total gas pressure drop hG = h d + h L + h R
hG = 0,0508+ 0,0177+ 0,0057 hG = 0,0743 m Pressure loss at liquid entrance Ada = 0,025 W = 0,025(0,6620) = 0,0165 m2 (nilai Ada lebih kecil dari Ada sebelumnya maka dapat diterima)
3 q h2 2g A da
2
2
3 0,0041 h2 = 0,0094 m 2g 0,0165 Backup in downspout h3 = hG + h2
h3 = 0,0743 + 0,0094 h3 = 0,0837 Check on flooding
hw + h1 + h3 = 0,05 + 0,0214 + 0,0837 hw + h1 + h3 = 0,1551 m t/2 = 0,5/2 = 0,25 m karena nilai hw + h1 + h3 lebih kecil dari t/2, maka spesifikasi ini dapat diterima, artinya dengan rancangan plate seperti ini diharapkan tidak terjadi flooding.
Spesifikasi kolom destilasi Tinggi kolom
= 22 x 0,5 m = 11 m
Tinggi tutup
=
1 0,9457 = 0,2364 m 4
Universitas Sumatera Utara
Tinggi total
= 11 + 2(0,2364) = 11,4728 m
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign
= (1,05) (101,325 kPa) = 106,39125 kPa
Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87217,955 kPa Faktor korosi
= 0,0125 in/tahun
Umur alat
= 10 tahun
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE - 1,2P (106,39125)(0,9457) t = 0,0007 m = 0,0262 in 2(87217,955)(0,8) - 1,2(106,39125) t
Tebal Shell yang dibutuhkan = 0,0262 + (0,002 x 10) = 0,1512 in Tebal shell standar yang digunakan
= 1/4 in
(Brownell,1959)
LC.26 Accumulator (V-301) Fungsi
: Menampung distilat dari kolom destilasi (D-301)
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Kondisi operasi : Tekanan
= 760 mmHg
Temperatur
= 118 oC
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor kelonggaran
= 20%
Tabel LC.3 Data pada Alur 21 Komponen
F (kg/jam)
Asam Asetat
7691,1078
Fraksi Berat
(kg/m3)
0,9831 942,8101
campuran (kg/m3) 926,8930
Universitas Sumatera Utara
Asetat Anhidrat Total
132,0760 7823,1838
0,0169 132,0760 1
16,1933 943,0863
Perhitungan: a. Volume Tangki Volume larutan, Vl
=
7823,1838 kg/jam x 1 jam 943,0863 kg/m 3
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,2) x 8,2953 m3
Fraksi volum
=
= 8,2953 m3 = 9,9544 m3
Vl = 0,8333 Vt
Dari tabel 10.64 pada buku Perry, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8333 maka H/D = 0,777
sin cos = LR2 57,30
Volume tangki, Vt
Dimana cos α = 1-2H/D cos α = 1-2(0,777) cos α = -0,554 α = 2,158 derajat Asumsi panjang tangki (Lt)
=5m
sin cos = LR2 57,30
Maka, volume tangki, Vt
9,9544 m3
2,158 sin 2,158 cos 2,158 = 5R 2 57,30
R (radius) = 1,9976 m D (diameter) = 3,9953 m = 157,2946 in H (tinggi cairan) = 3,1043 m
b. Tebal shell tangki Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon Steel SA –285 Grade C diperoleh data : - Allowable stress (S)
= 13750 psia = 94802,95 kPa
- Joint efficiency (E)
= 0,8
- Corrosion allowance (C)
= 0,125 in/tahun
(Brownell,1959)
Universitas Sumatera Utara
Tekanan Hidrostatik: PHidrostatik = × g × l = 943,0863 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,1043 m = 28,6911 kPa Tekanan operasi (Po) = 101,325 kPa Pdesign = (1,2) × (28,6911 + 101,325)
= 146,4201 kPa
Tebal shell tangki: t
PD nC 2SE 1,2P
(146,4201 kPa) (157,2946 in) ( 0,125 in) 2(94802,95 kPa)(0,8) 1,2(146,4201 kPa) 0,2770 in
Tebal shell standar yang digunakan = ½ in
(Brownell,1959)
c. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 3,9953 m
Ratio axis
=L:D
=1:4
Lh
Hh 1 = D 3,9953 = 0,9988 m D 4
Lt (panjang tangki)
= Ls + 2 Lh
Ls (panjang shell)
= 5 - 2(0,9988) = 3,0024 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup ½ in.
LC.27 Knock-out Drum 1 (KO-301) Fungsi
: Memisahkan campuran fasa gas dengan fasa cair
Bahan konstruksi : Low alloy steel SA-353 Bentuk
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Kondisi operasi : Tekanan
= 101,325 kPa = 1 atm
Temperatur = 80 oC
Tabel LC.4 Komposisi Gas pada Knock-out Drum (K-301)
Universitas Sumatera Utara
BM N (kg/kmol) (kmol/jam)
Komponen Aseton Metana Total
ρgas =
58,08 16,04
5,2743 9,7952 15,0695
Fraksi mol
BM x % mol
0,0710 0,1318
4,1211 2,1136 6,2347
P BM av (1 atm) (6,2347 kg/kmol) RT (82,057x10 -3 m 3 atm/kmol K)(353,15 K) = 0,2151 kg/m3 = 0,0134 lbm/ft3
ρcairan = 886,4473 kg/m3 = 55,3397 lbm/ft3
Volume gas, Vgas =
BM av N (6,2347 kg/kmol)(1 5,0695 kmol/jam) ρ 0,2151 kg/m 3 = 436,6913 m3/jam = 4,2838 ft3/detik
Volume cairan, Vcairan =
F
3991,3380 = 4,5026 m3/jam = 0,0442 ft3/detik 886,4473
Kecepatan linear yang diinzinkan :
u 0,14
1 gas
u = 0,14
55,3397 1 8,9853 ft/detik 0,0134
(Walas,1988; hal 615)
Diameter tangki : D=
V gas ( / 4)u
4,2838 0,7791 ft = 0,2375 m ( / 4)(8,9853)
Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft Waktu tinggal = 10 menit Tinggi cairan, Lcairan =
(Walas,1988)
(Walas,1988)
= 600 s
0,0442 ft 3 / s 600s V ( / 4) D 2 ( / 4)(0,7791 ft ) 2 = 55,5871 ft
Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap = 55,5871 + 5,5 = 61,0871 ft
Universitas Sumatera Utara
L 61,0871 78,4058 D 0,7791 Karena L/D > 3 dan L/D > 5 maka spesifikasi tangki vertikal tidak dapat diterima sehingga dilakukan trial terhadap diameter (Walas, 1988). Trial D = 2,8 ft = 0,8535 m Tinggi cairan, Lcairan =
0,0442 ft 3 / s 600s V ( / 4) D 2 ( / 4)(2,8 ft ) 2 = 4,3039 ft = 1,3118 m
Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap = 4,3039 + 5,5 = 9,8039 ft = 2,9883 m
L 9,8039 3,5014 D 2,8 Karena L/D > 3 dan L/D < 5 maka spesifikasi tangki vertikal dapat diterima.
Perhitungan tebal shell tangki : PHidrostatik
=xgxl = 886,4473 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,3118 m = 11,3962 kPa
P0
= Tekanan operasi = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran
= 20%
Pdesign = (1,2) (11,3962 + 101,325) = 135,2655 kPa Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steel SA-353 dengan : - Allowable stress (S)
= 22500 psia = 155132,1 kPa
- Joint efficiency (E)
= 0,8
- Corrosion allowance (C)= 0,125 in/tahun - Umur tangki (n)
(Brownell,1959)
= 10 tahun
a. Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
t
PD nC 2SE 1,2P
(135,2655 kPa) (33,6003 in) (10 x 0,125 in) 2(155132,1 kPa)(0,8) 1,2(135,2655 kPa) 1,2683 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
(Brownell,1959)
b. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 0,8535 m
Rasio axis
= Lh : D
= 1: 4
Lh
Lh 1 = D 0,8535 = 0,2134 m D 4
L (panjang tangki) = Ls + 2Lh Ls (panjang shell)
= 2,9883 m – 2(0,2134 m) = 2,2615 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup 1,5 in.
LC.28 Knock-out Drum 2 (KO-302) Fungsi
: Memisahkan campuran fasa gas dengan fasa cair
Bahan konstruksi : Low alloy steel SA-353 Bentuk
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Double welded butt joints Kondisi operasi : Tekanan
= 101,325 kPa = 1 atm
Temperatur = 30 oC Tabel LC.5 Komposisi Umpan Masuk pada KOD (KO-302) Komponen
ρgas
BM N (kg/kmol) (kmol/jam)
5,2743 Aseton (l) 58,08 9,7952 Metana (g) 16,04 Total 15,0695 (1 atm) (16,04 kg/kmol) P BM = RT (82,057x10 -3 m 3 atm/kmol K)(303,15 K)
F (kg/jam) 306,3334 157,1149 463,4483
= 0,6448 kg/m3 = 0,0403 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
ρcairan = 720,0089 kg/m3 = 44,9492 lbm/ft3
Volume gas, Vgas =
BM x N (16,04 kg/kmol)(9 ,7952 kmol/jam) ρ 0,6448 kg/m 3 = 243,6611 m3/jam = 2,3902 ft3/detik
Volume cairan, Vcairan =
F
306,3334 = 0,4255 m3/jam = 0,0042 ft3/detik 720,0089
Kecepatan linear yang diinzinkan :
u 0,14
1 gas
u = 0,14
44,9492 1 4,6761 ft/detik 0,0403
(Walas,1988; hal 615)
Diameter tangki : D=
V gas ( / 4)u
2,3902 0,8067 ft = 0,2459 m ( / 4)(4,6761)
Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft Waktu tinggal = 10 menit Tinggi cairan, Lcairan =
(Walas,1988)
(Walas,1988)
= 600 s
0,0042 ft 3 / s 600s V ( / 4) D 2 ( / 4)(0,8067 ft ) 2 = 4,8990 ft
Panjang kolom ;
L
= Lcairan + Luap = 4,8990 + 5,5 = 10,3990 ft
L 10,3990 12,8903 D 0,8067 Karena L/D > 3 dan L/D > 5 maka spesifikasi tangki vertikal tidak dapat diterima sehingga dilakukan trial terhadap diameter (Walas, 1988). Trial D = 1,8 ft = 0,5486 m Tinggi cairan, Lcairan =
0,0042 ft 3 / s 600s V ( / 4) D 2 ( / 4)(1,8 ft ) 2 = 0,9841 ft = 0,2999 m
Universitas Sumatera Utara
Panjang kolom ;
L
= Lcairan + Luap = 0,9841 + 5,5 = 6,4841 ft = 1,9764 m
L 6,4841 3,6023 D 1,8 Karena L/D > 3 dan L/D < 5 maka spesifikasi tangki vertikal dapat diterima.
Perhitungan tebal shell tangki : PHidrostatik
=xgxl = 720,0089 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,2999 m = 2,1164 kPa
P0
= Tekanan operasi = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran
= 20%
Pdesign = (1,2) (2,1164 + 101,325) = 124,1297 kPa Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steel SA-353 dengan : - Allowable stress (S)
= 22500 psia = 155132,1 kPa
- Joint efficiency (E)
= 0,8
- Corrosion allowance (C)= 0,125 in/tahun - Umur tangki (n)
(Brownell,1959)
= 10 tahun
b. Tebal shell tangki: t
PD nC 2SE 1,2P
(124,1297 kPa) (21,6002 in) (10 x 0,125 in) 2(155132,1 kPa)(0,8) 1,2(124,12 97 kPa) 1,2608 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
(Brownell,1959)
c. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 0,5486 m
Rasio axis
= Lh : D
= 1: 4
Lh
Lh 1 = D 0,5486 = 0,1372 m D 4
Universitas Sumatera Utara
L (panjang tangki) = Ls + 2Lh Ls (panjang shell)
= 1,9764 m – 2(0,1372 m) = 1,7020 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup 1,5 in.
LC-29. Reaktor (R-201) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi pembentukan asetat anhidrat
Jenis
: plug flow reactor
Bentuk
: silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade A Jumlah
: 1 unit
Reaksi yang terjadi: CH2=C=O + CH3COOH (CH3CO)2O Temperatur masuk
= 80 oC = 353,15 K
Temperatur keluar
= 80 oC = 353,15 K
Tekanan operasi
= 101,325 kPa = 1 atm
Laju alir massa
= 4454,7862 kg/jam
Laju alir molar
= 84,1290 kmol/jam
Waktu tinggal () reactor = 3000 dtk-1 = 5/6 jam-1
(freepatentonline.com)
Perhitungan Desain Tangki Cao = a.
101,325 kPa P = 34,5088 M RT (8,314 kPa. m 3 /mol K)(353,15 K)
Volume reaktor
V=
FAO C AO
5 / 6 jam 1 .(84,1290 kmol/jam) 2031,5837 m 3 3 34,5088 mol/m
b. Jumlah tube Direncanakan: Diameter tube (OD) = 17,5 cm Panjang tube
= 20 m
Pitch (PT)
= 20 square pitch
Universitas Sumatera Utara
Jumlah tube
=
1 4
1103,1803 = 64,9859 = 65 π.(0,25) 2 .17,5
c. Tebal tube Tekanan operasi
= 101,325 kPa
Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (101,325 kPa) = 106,3913 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress
= 11200 psia = 77221,013 kPa
(Brownell,1959)
PD 2SE 1,2P (106,3913 kPa) (0,175 m) 2(11200 )(0,8) 1,2(106,3913 kPa) 0,0002 m = 0,0059 in
t
Faktor korosi
= 0,125 in
Maka tebal tube yang dibutuhkan
= 0,0059 in + 0,125 in = 0,1309 in
Tebal tube standar yang digunakan
= ¼ in
(Brownell,1959)
d. Diameter dan tinggi shell 65 D
65
PT + OD
Diameter shell (D) =
(65x20) (65x20) / 100 + 2(20 – 17,5)/100
= 0,5599 m Tinggi shell (H)
= panjang tube = 20 m
e. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 0,5599 m Rasio axis
= 2:1
Tinggi tutup =
(Brownell,1959)
1 0,5599 0,1400 m 2 2
f. Tebal shell dan tebal tutup
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi
= 101,325 kPa = 1 atm
Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (101,325 kPa) = 106,3193 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress
= 11200 kPa
(Brownell,1959)
PD 2SE 1,2P (106,3193 kPa) (0,5599 m) 2(11200 kPa)(0,8) 1,2(106,3193 kPa) 0,0033 m 0,1318 in
t
Faktor korosi
= 0,125 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,1318 in + 0,125 in = 0,2568 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in Tutup shell dan tutup tangki
(Brownell,1959)
= 1/2 in
g. Perancangan pipa pemanas Fluida panas
= steam
Laju alir masuk
= 4979,1530 kg/jam = 10977,2106 lbm/jam
Temperatur awal
= 150°C = 302°F
Temperatur akhir
= 150°C = 302°F
Fluida dingin
= umpan masuk
Laju alir masuk
= 4454,7862 kg/jam = 9821,1739 lbm/jam
Temperatur awal
= 80 °C = 176°F
Temperatur akhir
= 80 °C = 176 °F
Panas yang diserap (Q) = 10521946,0498 kJ/jam = 9972841,4022 Btu/jam
Karena perubahan suhu masuk dan keluar sama baik umpan maupun steam maka diambil LMTD merupakan rata-rata suhu umpan dan steam. LMTD
302 176 239 F 2
Maka t = LMTD = 239, F Pipa yang dipilih
Universitas Sumatera Utara
Ukuran nominal
= 30 in
(Brownell dan Young, 1959)
Schedule
= 10
ID
= 29,25 in = 2,4375 ft
OD
= 30 in = 2,5 ft
Surface perlin ft
= 7,85 ft2/ft
Flow area per pipe
= 672 in2
Panjang
= 10 m = 32,8084 ft
Fluida panas: sisi pipe, steam (1) Kondensasi steam hio = 1500 Btu/jamft2F
Fluida dingin: sisi shell, umpan (1‟) G‟ =
w
=
2L
9821,1739 2 x32,8084
= 149,6747 lbm/jam.ft (2‟) Pada tc = 302°F ; = 0,3954 cp = 0,9564 lbm/jam.ft Re = 4G‟/ = (4 x 149,6747) / 0,9564 = 625,98 (3) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH=15 1/ 3
G' (4‟) ho = jH OD
1/ 3
149,6747 = 15 2,5
= 58,6805
h io h o 1500 58,6805 56,4714 Btu/jam ft 2 F h io h o 1500 58,6805 1 Rd = 0,003, hd = = 333,3333 0,003 UC
UD = A=
U c .h d (56,4714) x (333,3333) = 48,2903 Uc hd (56,4714 333,3333)
Q 9972841,4022 = 864,0943 ft2 U D .ΔΔ (48,2903)(239)
Panjang yang dibutuhkan =
864,0943 ft 2 = 110,0757 ft 7,85 ft 2 / ft
Universitas Sumatera Utara
Panjang 1 tube yang direncanakan = 10 ft Jumlah tube yang diperlukan =
110,0757 ft = 11,0076 tube = 12 tube 10 ft/tube
LC-30. Furnace (F-201) Fungsi
: mendekomposisi aseton menjadi metana dan keten pada suhu 7000C sebelum masuk reaktor (R-201)
Bentuk
: Rectangular box type furnace
Bahan konstruksi : Refractory dengan tube terbuat dari bahan chrome-nickel (25 % Cr, 20 % Ni, 0,35 – 0,45 % C grade HK-40) Data: Panas yang diperlukan
= 1921489,8213 kJ/jam = 1821213,7900 Btu/jam
Temperatur keluar
= 700 °C = 1292°F
Panas yang dilepaskan bahan bakar = 11733,3776 kJ/jam = 11121,0524 Btu/jam Massa solar yang diperlukan
= 41595,7307 kg/jam = 163,7627 kmol/jam = 91701,9479 lb/jam
Jumlah O2 yang diperlukan
= 2,4 x mol solar = 2,4 x 163,7627 kmol/jam = 393,0305 kmol/jam
Jumlah N2 yang diperlukan
= (79/21) x mol O2 = (79/21) x 393,0305 = 1478,5434 kmol/jam
Jumlah udara yang diperlukan
= 393,0305 + 1478,5434 = 1871,5739 kmol/jam = 1871,5739 kmol/jam x 28,84 kg/kmol = 53976,1923 kg/jam = 118995,9135 lb/jam
Radiant average flux = 12000 Btu/jam.ft2
Q 2 x average flux = 2 x 12000 = 24000 Btu/jam.ft2 αAcp
(Kern,1965) (Kern,1965)
Universitas Sumatera Utara
overall exchange factor () = 0,57
(Kern,1965)
Q 24.000 42.105,2631 Btu/jam ft 2 αAcp 0,57 Jika temperatur tube ts = 12912°F (700 °C) maka dari Fig 19.14 (Kern,1965) diperoleh temperatur flue gas keluar TG = 1900°F = 2359,67 R QF = 11121,0524 Btu/jam Udara dipanaskan awal (preheat) pada 400°F. Specific heat udara pada 400°F = 0,245 Btu/lbm.oF
(Geankoplis,1997)
QA = 118995,9135 lb/jam x (0,245 Btu/lbm.oF x 400 oF) = 118995,9135 lb/jam x 82 Btu/lbm = 9757664,9068 Btu/jam Asumsi : QR = QS = 0 QW = 2 % QF = 0,02 x 11121,0524 = 222,4210 Btu/jam QG = W (1+G‟) Cav (TG –520) G‟ =
QG
massa solar yang diperlukan massa udara yang diperlukan
91701,9479 0,247 (2359,67 520) = 91701,9479 1 118995,9135 = 73780827,2957 Btu/jam
Q
= QF + QA – QW -QG = 64012263,7575 Btu/jam
Keterangan: Q
= Kebutuhan panas total (Btu/jam)
QA
= Panas sensibel di atas 60 oF pada pembakaran udara (Btu/jam)
QR
= Panas sensibel di atas 60 oF pada resirkulasi gas bakar (Btu/jam)
QS
= Panas sensibel di atas 60 oF pada steam yang digunakan (Btu/jam)
QG
= Panas yang meninggalkan furnace pada bagian gas bakar (Btu/jam)
QF
= Panas yang dilepaskan bahan bakar (Btu/jam)
QW = Panas yang hilang melalui dinding furnace (Btu/jam) Perencanaan desain: OD tube
= 2 – 8 in
Bahan konstruksi = chrome-nickel (25% Cr, 20% Ni, 0,35–0,45% C grade HK-40) Panjang tube
= 10 – 40 ft
Universitas Sumatera Utara
Diambil: OD tube
= 7 in
Panjang tube
= 35 ft
Centre to centre distance = 8,5 in Luas permukaan/tube Jumlah tube, Nt =
= 35 ft x x 7/12 ft = 64,1409 ft2
64012263,7575 = 83,1663 buah ≈ 84 buah 12000 64,1409
Coba 84 tube Acp per tube =
8,5 x35 = 24,7917 ft2 12
Total untuk single row refractory backed dari Fig. 19.11 Kern, hal: 688 dengan rasio dari centre to centre / OD = 8,5/7 = 1,2143 diperoleh = 0,99. Acp/tube = 24,7917 ft2 x 0,99 = 24,5483 ft2 Acp = 24,5483 ft2 x 84 = 2061,6750 ft2 Permukaan refractory End walls Side walls Bridge walls Floor and arch
= = = =
2 x 29,0417 x 21,9583 21,9583 x 35 10,625 x 35 2 x 29,0417 x 35 AT
= = = =
1275,4132 ft2 768,5417 ft2 371,8750 ft2 2032,9167 ft2
= 4448,7464 ft2
AR = AT - Acp = 4448,7464 – 2061,6750 = 2387,0715 ft2 AR 2387,0715 1,1578 αAcp 2061,6750
L=
23 3
vol. furnace
L=
2 3 3
35 29,0417 21,9538 = 18,7703 ft
PCO2 = 0,1084
(Kern,1965)
;
PH2O = 0,1284
PCO2.L = 0,1084 x 18,7703 = 2,0347 PH2O.L = 0,1284 x 18,7703 = 2,3425 Dari Fig 19.12 dan Fig 19.13, Kern, hal: 693 dan 694 diperoleh: (q pada PCO2.L)TG = 10.000 Btu/jam.ft2 (q pada PCO2.L)ts = 2.700 Btu/jam.ft2 (q pada PH2O.L)TG = 20.000 Btu/jam.ft2 (q pada PH2O.L)ts = 6.200 Btu/jam.ft2
Universitas Sumatera Utara
4
T (qb)TG = 0,173 b G dan b = 1,00 100
(Kern,1965)
(qb)TG = 53635,3585
t (qb)ts = 0,173 b s 100
4
(qb)ts = 16287,5316 asumsi : % koreksi = 8 %
(Kern,1965)
(qpadaPCO2 .L qpadaPH2O .L) TG (qpadaPCO2 .L qpadaPH2O .L) ts 100 %koreksi εG (q b ) TG (q b ) ts 100 (10000 20000) (2700 62000) 100 8 100 0,5198 53635,3585 16287,5316 overall exchange factor pada G = 0,5198 dan
AR = 1,1578 αAcp
Dari Fig 19.15 Kern, hal:700, diperoleh j = 0,7 ΣQ 64012263,7575 44355,2408 αAcp.j 2061,6750 0,7
Karena hasilnya mendekati
Q = 44355,2408 maka desain dapat diterima. αAcp
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS 1. Screening (SC) Fungsi
: Menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi: - Temperatur
= 30°C
- Densitas air ()
= 995,68 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 4.744,8502 kg/jam
Laju alir volume (Q)
=
(Geankoplis, 1997)
4.744,8502 kg / jam 1 jam / 3600s = 0,0013 m3/s 3 995,68 kg / m
Dari tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater Ukuran bar: Lebar bar = 5 mm; Tebal bar = 20 mm; Bar clear spacing = 20 mm; Slope = 30°
Direncanakan ukuran screening: Panjang screen
= 2m
Lebar screen
= 2m
Misalkan, jumlah bar = x Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat.
Q2 (0,0013)2 Head loss (h) = s 2 2 2 (9,8) (0,6)2 (2,04)2 2 g Cd A 2 LD-1
Universitas Sumatera Utara
= 5,9674 x 10-8 m dari air = 0,00005967 mm dari air
2000
2000
20
Gambar LD-1: Sketsa sebagian bar screen , satuan mm (dilihat dari atas)
2. Bak Sedimentasi (BS) Fungsi
: Mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah
:1
Jenis
: beton kedap air
Data : : Temperatur = 30 oC
Kondisi penyimpanan
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
: F = 4.744,8502 kg/jam = 2,9057 lbm/s
Densitas air
: = 995,68 kg/m3
Laju air volumetrik, Q
= 62,1586 lbm/ft3
F 2,9057 lbm/s 0,0467 ft 3/s ρ 62,1586 lbm/ft 3
= 0,0013 m3/s = 2,8048 ft3/min
Desain Perancangan : Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak :
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) :
0 = 1,57 ft/min atau 8 mm/s Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman tangki 10 ft Lebar tangki 2 ft Kecepatan aliran v
Q 2,8048 ft 3/min 0,1402 ft/min At 10 ft x 2 ft
h Desain panjang ideal bak : L = K 0
v
(Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif (10 – 16 ft); diambil 10 ft.
Maka :
L = 1,5 x (10/1,57) x 0,1402 = 1,3399 ft
Diambil panjang bak = 2 ft = 0,6096 m
Uji desain : Waktu retensi (t) : t
Va Q
= panjang x lebar x tinggi laju alir volumetrik
(10 x 2 x 2) ft 3 = 14,2613 menit 2,8048 ft 3 / min
Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991).
Surface loading :
Q laju alir volumetrik A luas permukaan masukan air
Universitas Sumatera Utara
2,8048 ft3/min (7,481 gal/ft3) = 2 ft x 2 ft
= 5,2457 gpm/ft2 Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2
(Kawamura,
1991). Headloss (h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : h = K v2 2g = 0,12 [0,1402 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808ft) ]2 2 (9,8 m/s2) = 0,0000006117 m dari air.
3. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) Fungsi
: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–285 grade C Jumlah
: 1
Data: Kondisi pelarutan: Suhu
= 30C
Tekanan Al2(SO4)3 yang digunakan
= 1 atm = 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3
= 0,2372 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 = 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3 Kebutuhan perancangan
= 1 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Perhitungan: Ukuran Tangki
Universitas Sumatera Utara
Volume larutan, Vl
0,2372 kg/jam 24 jam/hari 30 hari 0,3 1363 kg/m 3
= 0,4177 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 0,4177 m3 = 0,5013 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 0,5013 m3 πD 2 D 4 2 3 0,5013 m3 πD3 8 V
Maka:
D = 0,7523 m ; H = 1,1284 m
Tinggi cairan dalam tangki = =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
(0,4177)(1,1284) (0,5013)
= 0,9403 m = 3,0851 ft
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1363 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,9403 m = 12.560,5316 Pa = 12,5605 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 12,5605 kPa + 101,325 kPa = 113,8855 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (113,8855 kPa) = 119,5798 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (119,5798 kPa)( 0,7523 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(119,5798 kPa) 0,0006 m 0,0254 in
t
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0254 in + 1/8 in = 0,1504 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,7523 m = 0,2508 m
E/Da = 1
; E = 0,2508 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,2508 m = 0,0627 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,2508 m = 0,0502 m
J/Dt
; J = 1/12 x 0,7523 m = 0,0627 m
= 1/12
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Al2(SO4)3 30 = 6,7210-4 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1997)
2 85,088910,2508 x3,2808
6,72 10 4
85.698,4156
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .D a ρ P T gc
(McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
Universitas Sumatera Utara
6,3 (1 put/det)3 .(0,2508 3,2808 ft)5 (85,0889 lbm/ft 3 ) P 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1Hp 6,2789 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0114 Hp
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0114 = 0,0143 hp 0,8
4. Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02) Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–285 grade C Jumlah
: 1
Data : Kondisi pelarutan : Temperatur = 30°C Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Na2CO3
= 0,1281 kg/jam
Densitas Na2CO3 30
= 1327 kg/m3 = 82,845 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Perhitungan Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,1281 kg/jam 24 jam/hari 30 hari 0,3 1327 kg/m 3
= 0,2317 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 0,2317 m3 = 0,2780 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 3 0,2780 m3 πD 2 D 4 2 3 0,2780 m3 πD3 8 V
Maka:
D = 0,6181 m ; H = 0,9271 m
Tinggi cairan dalam tangki = =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder (0,2317)(0,9271) = 0,7726 m = 2,5348 ft (0,2780)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1327 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,7726 m = 10.047,4531 Pa = 10,0475 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 10,0475 kPa + 101,325 kPa = 111,3725 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (111,3725 kPa) = 116,9411 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (116,9411 kPa) (0,6181 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(116,9411 kPa)
t
0,0005 m 0,0204 in Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0204 in + 1/8 in = 0,1454 in
Daya Pengaduk
Universitas Sumatera Utara
Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,6181 m = 0,2060 m
E/Da = 1
; E = 0,2060 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,2060 m = 0,0455 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,2060 m = 0,0364 m
J/Dt
; J
= 1/12
= 1/12 x 0,6181 m = 0,0515 m
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 = 3,6910-4 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1997)
2 82,84510,2060 x3,2808
3,69 10 4
102.578,1560
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K T .n 3 .D a ρ P gc
( McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(1 put/det)3 .(0,2060 0,1819 ft)5 (82,845 lbm/ft 3 ) P 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1hp 2,2890 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0042 hp
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0042 = 0,0052 hp 0,8
Universitas Sumatera Utara
5. Clarifier (CL) Fungsi
:
Memisahkan
endapan
(flok-flok)
yang
terbentuk
karena
penambahan alum dan soda abu Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C Data: Laju massa air (F1)
= 4.744,8502 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,2372 kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,1281 kg/jam
Laju massa total, m
= 4.745,2156 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3
= 2,710 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas Na2CO3
= 2,533 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas air
= 995,68 kg/m3
(Perry, 1999)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Perhitungan: Dari Metcalf & Eddy, 1984, diperoleh : Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air = 3-10 m Settling time = 1-3 jam Dipilih : kedalaman air (H) = 3 m, waktu pengendapan = 2 jam Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan,
4.745,2156 4.744,8502 0,2372 0,1281 995,68 2,710 2,533
= 995,7278 kg/m3 Volume cairan, V =
4.745,2156 kg / jam 3 jam 4,7656 m3 995,7278
V = 1/4 D2H
Universitas Sumatera Utara
1/ 2
4V 1 / 2 4 4,7656 ) D= ( H 3,14 3
1,4225 m
Maka, diameter clarifier = 1,4225 m Tinggi clarifier
= 1,5 D = 2,1338 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 995,7278 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3 m = 29,2744 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 29,2744 kPa + 101,325 kPa = 130,5994 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (130,5994 kPa) = 137,1294 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (137,1294 kPa) (1,4225 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(137,1294 kPa) 0,0014 m 0,0551 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0551 in + 1/8 in = 0,1801 in
Desain torka yang diperlukan untuk operasi kontinu yang diperlukan untuk pemutaran (turnable drive) :
(Azad, 1976) T, ft-lb = 0,25 D2 LF
Faktor beban (Load Factor) : 30 lb/ft arm (untuk reaksi koagulasi sedimentasi ) Sehingga :
T = 0,25 [(1,1802 m).(3,2808 ft/m) ]2.30 T = 112,4423 ft-lb
Daya Clarifier P = 0,006 D2
(Ulrich, 1984)
Universitas Sumatera Utara
dimana:
P = daya yang dibutuhkan, kW
Sehingga, P = 0,006 (1,4255)2 = 0,0121 kW = 0,0163 Hp
6. Sand Filter (SF) : Menyaring partikel – partikel yang masih terbawa dalam air
Fungsi
yang keluar dari clarifier Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1
Data : Kondisi penyaringan : Temperatur = 30°C Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 4.744,8502 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1585 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Tangki filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi. Direncanakan volume bahan penyaring =1/3 volume tangki
Ukuran Tangki Filter Volume air, Va
4.744,8502 kg/jam 0,25 jam 995,68 kg/m 3
= 1,1914 m3
Volume total = 4/3 x 1,1914 m3 = 1,5885 m3 Faktor keamanan 20 %, volume tangki = 1,2 x 1,5885 = 1,9062 m3 - Volume silinder tangki (Vs) =
.Di 2 Hs 4
Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 1 Vs =
3 .Di 3 4
1,9062 m3 =
3 .Di 3 4
Di = 1,1492 m;
H = 3,4476 m
Tinggi penyaring = ¼ x 3,4476 m = 0,8619 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi air = ¾ x 3,4476 m = 2,1547 m Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter dalam adalah 1 : 4 Tinggi tutup tangki = ¼ (1,1492) = 0,2873 m Tekanan hidrostatis, = x g x l
Pair
= 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,1547 m = 21.025,1042 Pa = 21,0251 kPa = x g x l
Ppasir
= 2089,5 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,8619 m = 17.649,0259 Pa = 17,6490 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 21,0251 kPa+ 17,6490 kPa + 101,325 kPa = 139,9991 kPa Maka, Pdesign = (1,05) (139, 9991 kPa) = 146, 9991 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87218,714 kP
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki :
PD 2SE 1,2P (146,9991 kPa) (1,1492 m) (87.218,714 kPa)(0,8) 0,6.(146,9991 kPa) 0,0012 m 0,0477 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0477 in + 1/8 in = 0,1727 in
7. Tangki Utilitas-01 (TU-01) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi penyimpanan Jumlah
: Temperatur 30°C dan tekanan 1 atm : 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Laju massa air
= 4.744,8502 kg/jam = 7,7129 lbm/s
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan = 3 jam Perhitungan Ukuran Tangki : Volume air, Va
4.744,8502 kg/jam 3 jam = 14,2963 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 14,2963 m3 = 17,1556 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 5 : 6
1 πD 2 H 4 1 6 17,1556 m3 πD 2 D 4 5 3 17,1556 m3 πD3 10 V
D = 2,6310 m ; Tinggi cairan dalam tangki
H = 3,1572 m =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(14,2963 )(3,1572) = 2,6310 m = 8,6317 ft (17,1556)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l
= 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,6310 m = 25,6723 kPa
Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 25,6723 + 101,325 kPa = 126,9973 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05)(126,9973) = 133,3471 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
t
PD 2SE 1,2P
Universitas Sumatera Utara
(133,3471 kPa) (2,6310 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(133,3471 kPa) 0,0025 m 0,0991 in
t
Faktor korosi = 1/8 in. Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0991 in + 1/8 in = 0,2241 in
8. Tangki Utilitas-02 (TU-02) Fungsi
: menampung air untuk didistribusikan ke domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C
Kondisi operasi : Temperatur
= 30C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 940 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
(Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 24 jam Faktor keamanan
= 20
Perhitungan: a. Volume tangki Volume air, Va
940 kg/jam 24 jam = 22,6579 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 22,6579 m3 = 27,1895 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H =2 : 3
1 2 πD H 4 1 3 27,1895 m3 πD 2 D 4 2 3 27,1895 m3 πD3 8 V
Maka, D = 2,8746 m H = 4,2714 m
Universitas Sumatera Utara
22,6579 m3 Tinggi air dalam tangki = x 4,2714 m = 3,5595 m 27,1895 m3
c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = xgxl = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,5595 m = 34,7325 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 34,7325 kPa + 101,325 kPa = 136,0575 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (136,0575 kPa) = 142,8604 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87.218,714 kP
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (142,8604 kPa) (2,8476 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(142,8604 kPa) 0,0029 m 0,1149 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,1149 in + 1/8 in = 0,2399 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell,1959)
9. Tangki Pelarutan Asam Sulfat H2SO4 (TP-03) Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA–203 grade A Kondisi pelarutan : Temperatur = 30°C ; Tekanan = 1 atm H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5 ( berat) Laju massa H2SO4
= 0,5275 kg/jam
Densitas H2SO4
= 1.061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
(Perry, 1999)
Universitas Sumatera Utara
= 20
Faktor keamanan Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,5275 kg/jam 30 hari 24 jam = 7,1544 m3 3 0,05 1061,7 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 7,1544 m3 = 8,5853 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 3 : 4
1 πD 2 H 4 1 4 8,5853 m3 πD 2 D 4 3 1 8,5853 m3 πD3 3 V
Maka: D = 2,0167 m ; H = 2,6890 m Tinggi larutan H2SO4 dalam tangki = =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
7,1544 2,6890 8,5853
= 2,2408 m = 7,3517 ft Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1061,7 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,2408 m = 23,3149 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 23,3149 kPa + 101,325 kPa = 124,6399 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (124,6399 kPa) = 130,8719 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress = 16250 psia = 112.039,85 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (130,8719 kPa) (2,0167 m) 2(112.039,85 kPa)(0,8) 1,2(130,8719 kPa) 0,0015 m 0,0580 in
t
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0580 in + 1/8 in = 0,1830 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 2,0167 m = 0,6722 m
E/Da = 1
; E = 0,6722 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,6722 = 0,1681 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,6722 m = 0,1344 m
J/Dt
; J = 1/12 x 2,0167 m = 0,1681 m
= 1/12
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas H2SO4 5 = 0,012 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
ρ N D a μ
2
N Re
N Re
(Geankoplis, 1983)
66,28011 (0,6722 x3,2808)2 0,012
26.866,8318
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe, 1999)
KT = 6,3
(McCabe, 1999)
6,3 (1 put/det)3.(0,6722 3,2808 ft)5 (66,2801 lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1,2314 Hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
1,2314 = 1,5392 Hp 0,8
10. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE) Fungsi
: Mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30°C Tekanan
= 1 atm
Data : Laju massa air
= 4.744,8502 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3= 62,1586 lbm/ft3
(Geankoplis,1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar kation
= 3 ft = 0,9144 m
- Luas penampang penukar kation = 9,62 ft2 Tinggi resin dalam cation exchanger = 2,5 ft = 0,7620 m Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3,0 ft Diameter tutup = diameter tangki = 3 ft = 0,9144 m Rasio axis = 2 : 1 Tinggi tutup =
1 1 x0,9144 0,2286 m 2 2
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,2286 ft + 2 x 0,9144 ft = 2,0574 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,7620 m = 7,4354 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 7,4354 kPa + 101,325 kPa = 108,7604 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (108,7604 kPa) = 114,1985 kPa Joint efficiency = 0,8 Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell, 1959) (Brownell, 1959)
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD 2SE 1,2P (114,1985 kPa) (0,9144 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(114,1985 kPa) 0,0007 m 0,0295 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0295 in + 1/8 in = 0,1545 in
11. Tangki Pelarutan NaOH (TP-04) Fungsi
: Tempat membuat larutan NaOH
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283, grade C Jumlah
:1
Data : Laju alir massa NaOH
= 0,3788 kg/jam = 9,0921 kg/hari
Waktu regenerasi
= 24 jam
NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas larutan NaOH 4% = 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3 (Perry, 1999) Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor keamanan = 20%,
Perhitungan Ukuran Tangki Volume larutan, (V1) = Volume tangki
(9,0921 kg / hari)(30 hari) (0,04)(1518 kg / m3 )
= 4,4922 m3
= 1,2 x 4,4922 m3 = 5,3906 m3
Volume silinder tangki (Vs) =
π Di 2 Hs 4
(Brownell,1959)
Ditetapkan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 2
Maka :
π Di 2 Hs Vs = = 5,3906 m3 4 Di = 1,6604 m Hs = 3/2 x Di = 2,4907 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(4,4922 m3 )(2,4907 m) = 2,0756 m 5,3906 m3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1518 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,0756 m = 30,8769 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 30,8769 kPa + 101,325 kPa = 132,2019 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (132,2019 kPa) = 138,8120 kPa Joint efficiency = 0,8 Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959) (Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (138,8120 kPa) (1,6604 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(138,8120 kPa) 0,0017 m 0,0651 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0651 in + 1/8 in = 0,1901 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 1,6604 m = 0,5535 m
E/Da = 1
; E = 0,5535 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,5535 m = 0,1384 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,5535 m = 0,1107 m
Universitas Sumatera Utara
J/Dt
= 1/12
; J = 1/12 x 1,6604 m = 0,1384 m
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas NaOH 4% = 4,302 . 10-4 lbm/ft.det
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1997)
94,7662 11,81592 4,302 10 4
726.357,9148
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
( McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(1 put/det)3.(1,8159 ft)5 (94,7662 lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 0,6661 hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,6661 = 0,8326 Hp 0,8
12. Tangki Penukar Anion (anion exchanger) (AE) Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, Grade B Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 300C Tekanan
= 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Laju massa air
= 4.744,8502 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
(Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.3, The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion
= 3 ft = 0,9144 m
- Luas penampang penukar anion
= 9,62 ft2
Tinggi resin dalam anion exchanger = 2,5 ft Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,9144 m Rasio axis = 2 : 1 Tinggi tutup =
1 1 x 0,9144 0,2286 m 2 2
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi anion exchanger = 0,9144 + 2(0,2286) = 2,06 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,7620 m = 7439,6123 Pa = 7,4396 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 7,4396 kPa + 101,325 kPa = 108,7646 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (108,7646 kPa) = 114,2028 kPa Joint efficiency = 0,8 Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell, 1959) (Brownell, 1959)
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD 2SE 1,2P (114,2028 kPa) (0,9144 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(114,2028 kPa) 0,0007 m 0,0295 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0295 in + 1/8 in = 0,1545 in
13. Deaerator (DE) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 0C Tekanan
Kebutuhan Perancangan :
= 1 atm 24 jam
Laju alir massa air = 7.803,9668 kg/jam Densitas air ()
= 995,68 kg/m3
Faktor keamanan
= 20
= 62,1586 lbm/ft3
(Perry, 1999)
a. Perhitungan Ukuran Tangki : Volume air, Va
7.803,9668 kg/jam 24 jam = 188,1078 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 188,1078 m3 = 225,7294 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3 1 πD2 H 4 1 3 225,7294 m3 πD2 D 4 2 3 225,7294 m3 πD3 8 V
Maka: D = 5,7660 m ; H = 8,6490 m Tinggi cairan dalam tangki
=
188,1078 x 8,6490 = 7,2075 m 225,7294
b. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 5,7660 m
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 1 x 5,7660 m 1,4415 m 4 Tinggi tangki total = 5,7660 x 2(1,4415) = 8,6490 m
Tinggi tutup
=
(Brownell,1959)
c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = xgxl = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 7,2075 m = 70,3285 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 70,3285 kPa + 101,325 kPa = 171,6535 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign = (1,05) (171,6535 kPa) = 180,2362 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia = 87.208,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (180,2362 kPa) (5,7660 m) 2(87.208,714 kPa)(0,8) 1,2(180,2362 kPa) 0,0075 m 0,2936 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,2936 in + 1/8 in = 0,4186 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in
(Brownell,1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/2 in.
14. Ketel Uap (KU) Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Ketel pipa api
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : Carbon steel Data : Uap jenuh yang digunakan bersuhu 150C
Universitas Sumatera Utara
Dari steam table, Smith, 1987, diperoleh kalor laten steam 2113,2 kj/kg = 908,5269 Btu/lbm. Total kebutuhan uap
= kg/jam = 14.077,7144 lbm/jam
Perhitungan: Menghitung Daya Ketel Uap W
34,5 P 970,3 H
dimana: P = daya ketel uap, hp W = kebutuhan uap, lbm/jam H = kalor laten steam, Btu/lbm Maka,
908,5269 14.077,7144 = 382,0716 Hp 34,5 970,3 Menghitung Jumlah Tube P
Luas permukaan perpindahan panas, A = P 10 ft2/hp =
382,0716 Hp 10 ft2/hp
= 3.820,7163 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: - Panjang tube, L = 30 ft - Diameter tube 3 in - Luas permukaan pipa, a = 0,917 ft2/ft
(Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube,
Nt
A 3.820,7163 = 138,8846 139 buah ' La 30 0,917
15. Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05) Fungsi
: Membuat larutan kaporit [Ca(ClO)2]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Kondisi operasi: Temperatur
= 30 C
Tekanan
= 1 atm
Ca(ClO)2 yang digunakan
= 2 ppm
Universitas Sumatera Utara
Ca(ClO)2 yang digunakan berupa larutan 70 ( berat) Laju massa Ca(ClO)2
= 0,0027 kg/jam
Densitas Ca(ClO)2 70
= 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1997)
Perhitungan a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,0027 kg / jam 24 jam / hari 90 hari = 0,0065 m3 3 0,7 1272 kg / m
Volume tangki, Vt = 1,2 0,0065 m3 = 0,0078 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3 1 V D 2 H 4 1 3 0,0078m3 D 2 D 4 2 3 0,0078 m3 D 3 8
Maka: D = 0,1880 m ; H = 0,2819 m Tinggi cairan dalam tangki
=
(0,0062)(0,2819) = 0,2349 m (0,0078)
b. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = xgxl = 1272 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,2349 m = 2,9287 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 2,9287 kPa + 101,325 kPa = 104,2537 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (104,2537 kPa) = 109,4664 kPa Joint efficiency = 0,8 Allowable stress = 12,650 psia = 87.218,714 kPa Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD 2SE 1,2P (109,4664 kPa) (0,1880 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(109,4664 kPa) 0,00015 m 0,0058 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0058 in + 1/8 in = 0,1308 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
c. 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 x 0,1880 m = 0,0627 m = 0,2055 ft E/Da = 1
; E = 0,0627
L/Da = ¼
; L = 1/4 x 0,0627 m = 0,0157 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,0627 m = 0,0125 m J/Dt
= 1/12 ; J = 1/12 x 0,1880 m = 0,0157 m
dengan : Dt
= diameter tangki
Da
= diameter impeller
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/det Viskositas kalporit
= 6,719710-4 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
N Re
N Re
N D a 2 2 79,408820,2055
6,7194 10 4
(Pers. 3.4-1, Geankoplis, 1983)
9985,3859
NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
Universitas Sumatera Utara
5
K .n 3 .D a ρ P T N Re g c KT
P
= 6,3
6,3.(2 put/det)3 .(0,2055 ft)5 (79,4088 lbm/ft 3 ) 1hp x 2 (9985,3859)(32,17 lbm.ft/lbf.det ) 550 ft.lbf/det
2,0775.109 hp Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
2,0775.109 = 2,5969.10-9 Hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp
16. Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT) Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 60C menjadi 28C
Jenis
: Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–53 Grade B Jumlah unit
: 6 unit
Kondisi operasi : Suhu air masuk menara (TL2)
= 60 C = 140 F
Suhu air keluar menara (TL1)
= 28 C = 82,4 F
Suhu udara (TG1)
= 28 C = 82,4 F
Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh suhu bola basah, Tw = 78F. Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,022 kg uap air/kg udara kering Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 1,25 gal/ft2menit Densitas air (60C)
= 983,24 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 4.744,8502 kg/jam
(Perry, 1999)
Laju volumetrik air pendingin = 4.744,8502 / 983,24 = 4,8257 m3/jam Kapasitas air, Q = 4,8257 m3/jam 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam = 21,2469 gal/menit Faktor keamanan = 20% Luas menara, A = 1,2 x (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 x (21,2469 gal/menit) /(1,25 gal/ft2. menit) = 20,3970 ft2
Universitas Sumatera Utara
Laju alir air tiap satuan luas (L) =
(4.744,8502 kg/jam).(1 jam).(3,28 08 ft)2 (21,2469 ft 2 ).(3600 s).(1m2 )
= 0,6955 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 0,5796 kg/s.m2
Perhitungan tinggi menara : Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis, 1997 : Hy1 = (1,005 + 1,88 x 0,022).103 (28 – 0) + 2,501.106 (0,022) = 84.320,0800 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis, 1997 : 0,5796 (Hy2 – 84.320,0800) = 0,6955 (4,187.103) (60 – 28) Hy2 = 245.100,8800 J/kg
Entalpi Hy, (J/kg).10-3
500
400
Garis kesetimbangan Garis operasi
300
200
100
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
T cair (oC)
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT) Ketinggian menara, z =
G M.kG.a.P
Hy 2
.
Hy1
dHy Hy * Hy
(Geankoplis, 1997)
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin hy* 85,4667 127,0000 213,7750 376,2482 444,4496
hy 84,3201 124,5153 184,8081 235,0521 245,1009
1/(hy*-hy) 0,8722 0,4025 0,0345 0,0071 0,0050
Universitas Sumatera Utara
1
1/(hy*-hy)
0,8 0,6 0,4 0,2 0 50
100
150
hy
200
250
300
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy) Luasan daerah di bawah kurva dari pada Gambar LD.3:
Hy 2
Hy1
dHy Hy * Hy
=
39,8961
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =
0,5796
(39,8961)
29 (6,06.10-7)(1,013.105) = 12,9892 m = 13 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 20,3970 ft2 = 0,6119 Hp Digunakan daya standar 1 Hp
17. Tangki Bahan Bakar (TB-01) Fungsi
: Menyimpan bahan bakar Solar
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, grade B Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur 30°C dan tekanan 1 atm
Laju volume solar
= 144,6784 L/jam
Densitas air
= 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft3
(Bab VII) (Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 7 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va) = 144,6784 L/jam x 7 hari x 24 jam/hari = 24.305,9640 L = 24,3060 m3
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = 1,2 24,3060 m3 = 29,1672 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 1 : 2
1 πD 2 H 4 1 29,1672 m3 πD 2 2D 4 3 29,1672 m 0,5 D3 V
D = 3,8783 m ; Tinggi cairan dalam tangki
H = 7,7566 m
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(24,3060)(3,8783) = 6,4683 m (29,1672)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 890,0712 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,4683 m = 56,3821 kPa Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 56,3821 + 101,325 kPa = 157,7071 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05)( 157,7071 kPa) = 165,5924 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
t
PD 2SE 1,2P
(165,5924 kPa) (3,8783 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(165,5924 kPa) 0,0046 m 0,1814 in
t
Faktor korosi = 1/8 in. Tebal shell yang dibutuhkan = 0,1814 + 1/8 in = 0,3064 in
18. Pompa Screening (PU-01) Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak penampungan (water reservoar)
Jenis
: pompa sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 oC Laju alir massa (F)
= 4.744,8502 kg/jam
= 2,9057 lbm/s
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3
= 62,1586 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
Laju alir volumetrik (Q) =
2,9057 lbm / s = 0,0467 ft3/s 3 62,1586 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0467 ft3/s )0,45 (62,1586 lbm/ft3)0,13 = 1,6812 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 2 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 2,067 in = 0,1723 ft = 0,0525 m
Diameter Luar (OD)
: 2,375 in = 0,1979 ft
Inside sectional area
: 0,0233 ft2
0,0467 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 2,0063 ft/s 0,0233 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (62,1586 lbm / ft 3 )(2,0063 ft / s)(0,1723 ft ) 1,9371 lbm/ft.s
= 39.922,7772 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 4,6 x 10-5 m Pada NRe = 76522,0695 dan /D = maka harga f = 0,0065
4,6 x 10-5 = 0,0009 0,0525
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2,00632 2132,174
2,00632 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2. g c 2(32,174) 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
2,00632 v2 = 1(2,0) 2. g c 2(32,174)
= 0,0313 ft.lbf/lbm
= 0,0938 ft.lbf/lbm
= 0,1251 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 50 . 2,0063 = 4(0,0065) 0,1723.2.32,174
= 0,4721 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
2,00632 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0146 ft.lbf/lbm = 0,7849 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 ; P1 = P2 ; Z = 50 ft maka :
0
32,174 ft / s 2 50 ft 0 0,7849 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft .lbm / lbf .s 2 Ws = - 50,7849 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws
- 50,7849 = -0,8 x Wp Wp Daya pompa : P
= 63,4811 ft.lbf/lbm = m x Wp
Universitas Sumatera Utara
= 2,9057 lbm/s 63,4811 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,3354 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,5 Hp
PERHITUNGAN POMPA PU-02-PU-18 ANALOG DENGAN POMPA PU-01
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik Asetat anhidrat digunakan asumsi sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 8.000 ton/tahun. 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Timmerhaus et al, 2004). 4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 8.538,- (www.detikfinancial.com/ 5 Agustus 2011).
1.
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
1.1
Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) Modal untuk Pembelian Tanah Lokasi Pabrik Luas tanah seluruhnya = 22.985 m2 Harga tanah pada lokasi pabrik berkisar Rp 35.0000/m2. Harga tanah seluruhnya =22.985 m2 Rp 35.0000/m2 = Rp 804.475.000,Biaya perataan tanah diperkirakan 5% Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 804.475.000,- = Rp 40.223.750,Maka modal untuk pembelian tanah (A) adalah Rp 844.698.750,
Harga Bangunan dan Sarana
Rincian harga bangunan dan sarana pabrik seperti dalam Tabel LE.1 dibawah ini. Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No. 1 2 3 4 5 6 7
Sarana Pos Jaga Rumah timbangan Parkir Taman Areal bahan baku Ruang kontrol Areal proses
Luas m2 20 20 200 750 350 80 10000
Harga / m2(Rp) 500.000 1.000.000 500.000 500.000 1.250.000 1.750.000 1.250.000
Harga total (Rp) 10.000.000 20.000.000 100.000.000 375.000.000 437.500.000 140.000.000 12.500.000.000
Universitas Sumatera Utara
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Areal produk Perkantoran Laboratorium (R&D) QCD Poliklinik Kantin Tempat ibadah Perpustakaan gudang peralatan Bengkel Unit pemadam kebakaran Unit Pengolahan Air Pembangkit listrik Pembangkit Uap Unit pnglahan Limbah Perumahan karyawan Daerah perluasan Jalan Jarak antar bangunan Jumlah Harga sarana dan bangunan
350 450 60 80 60 80 150 75 210 100 100 750 500 500 100 2500 3500 1200 800 22.985
1.250.000 1.250.000 1.250.000 1.250.000 750.000 750.000 1.000.000 750.000 1.250.000 1.250.000 500.000 500.000 2.000.000 2.000.000 1.200.000 1.500.000 120.000 80.000 50.000 991.000.000
437.500.000 562.500.000 75.000.000 100.000.000 45.000.000 60.000.000 150.000.000 56.250.000 262.500.000 125.000.000 50.000.000 375.000.000 1.000.000.000 1.000.000.000 120.000.000 3.750.000.000 420.000.000 96.000.000 40.000.000 22.307.250.000
= Rp. 22.307.250.000,-
Perincian Harga Peralatan
Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Timmerhaus et al, 2004) :
X I Cx Cy 2 x X1 I y m
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2011 Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = kapasitas alat yang tersedia X2 = kapasitas alat yang diinginkan Ix = indeks harga pada tahun 2011 Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2011 digunakan metode regresi koefisien korelasi: r
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2 n ΣYi 2 ΣYi 2
(Montgomery, 1992)
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Tahun 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
all industri 814 852 895 915,1 930,6 943,1 964,2 993,4 1027,5 1039,1 1056,8 1061,9 1068,3 1089 1093,9 1102,5
Xi 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Yi 814 852 895 915,1 930,6 943,1 964,2 993,4 1027,5 1039,1 1056,8 1061,9 1068,3 1089 1093,9 1102,5
Xi . Yi 1617418 1693776 1780155 1821049 1852824,6 1878655,2 1921650,6 1980839,6 2049862,5 2074043,6 2110429,6 2121676,2 2135531,7 2178000 2188893,9 2207205
31912
15846,4
31612010,5
Xi 2
Yi 2
3948169 3952144 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000 4004001 4008004
662596 725904 801025 837408,01 866016,36 889437,61 929681,64 986843,56 1055756,25 1079728,81 1116826,24 1127631,61 1141264,89 1185921 1196617,21 1215506,25
63648824
15818164,4
Sumber: Tabel 6-2, Timmerhaus et al, 2004 Data :
n = 14
∑Xi = 31912
∑XiYi = 31612010,5 ∑Xi² = 63648824
∑Yi = 15846,4 ∑Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE – 2, maka diperoleh harga koefisien korelasi: r =
(16) . (31612010,5) – (31912)(15846,4) [(16). (63648824) – (31912)²] x [(16)(15818164,4) – (15846,4)² ]½
≈ 0,9808 = 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 (2011)
X
= variabel tahun ke n – 1
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2
a
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : b = 16 .( 31612010,5) – (31912)(15846,4) = 53536 16. (63648824) – (31912)² 3185 = 16,8088 a = (15846,4)( 63648824) – (31912)(31612010,5) = - 103604228 14. (63648824) – (31912)² 3185 = -36351,92 Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+bX Y = 18,723X – 36351,92 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2011 adalah: Y = 18,723(2011) – 36351,92 Y = 1299,3237 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Timmerhaus et al, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Timmerhaus et al, 2004)
Contoh perhitungan harga peralatan:
Universitas Sumatera Utara
a. Tangki Penyimpanan Aseton (TK-101) Kapasitas tangki , X2 = 69,9425 m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 100 m³ adalah (Cy) US$ 6700. Dari tabel 6-4, Timmerhaus, 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103. Indeks harga tahun 2011 (Ix) adalah 1299,3237. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 69,9425 m3 adalah : 69,9425 100 Cx = US$ 6.624,2951.-
0 , 49
Cx = US$ 6700
x
1299,3237 1103
Cx = Rp 56.558.231,-/unit
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - Biaya transportasi - Biaya asuransi - Bea masuk - PPn - PPh - Biaya gudang di pelabuhan - Biaya administrasi pelabuhan - Transportasi lokal - Biaya tak terduga Total
= = = = = = = = = =
5 1 15 10 10 0,5 0,5 0,5 0,5 43
(Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004)
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - PPn - PPh - Transportasi lokal - Biaya tak terduga Total
= = = = =
10 10 0,5 0,5 21
(Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004)
Estimasi hasil perhitungan harga setiap alat yang digunakan dalam pabrik pembuatan asetat anhidrat dapat dilihat pada tabel LE.3 dibawah ini. Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses
Universitas Sumatera Utara
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Kode TK 101 TK 102 TK 303 TK 304 P-101 P-102 P-301 P-302 P-303 P-304 P-305 P-306 C-301 B-301 C-201 E-101 E-201 E-202 E-301 E-302 E-303 E-304 E-305 E-306 D-301 V-301 K-301 K-302 R-201 F-201 tray
Ket*) 3 NI 2 NI 4 NI 4 NI 1 NI 1 NI 1 NI 1 NI 1 NI 1 NI 1 NI 1 NI 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 NI 1 I 1 I 1 I 1 I 22 I Harga Total Non Import Import
Unit
Harga / Unit (Rp) 56,558,231 61,514,202 55,804,832 79,561,884 31,100,021 28,788,461 54,707,337 84,535,064 35,597,487 59,549,986 49,777,535 25,789,655 74,451,852 17,108,124 199,430,514 36,125,441 453,260,656 37,839,593 49,928,192 41,770,117 33,340,600 60,348,151 20,194,793 32,747,093 416,902,067 21,757,016 57,962,503 29,128,149 9,189,462,018 114,293,358 19,172,374
Harga Total (Rp) 169,674,694 123,028,405 223,219,329 318,247,536 31,100,021 28,788,461 54,707,337 84,535,064 35,597,487 59,549,986 49,777,535 25,789,655 74,451,852 17,108,124 199,430,514 36,125,441 453,260,656 37,839,593 49,928,192 41,770,117 33,340,600 60,348,151 20,194,793 32,747,093 416,902,067 21,757,016 57,962,503 29,128,149 9,189,462,018 114,293,358 421,792,236 12,511,857,981 1,225,772,526 11,286,085,455
Sedangkan estimasi harga peralatan pada unit utilitas seperti dalam Tabel LE.4 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Kode SC BS CL SF CE AE CT DE KU TU TP 1 TP 2 TP 3 TP 4 TP 5 PU 1 PU 2 PU 3 PU 4 PU 5 PU 6 PU 7 PU 8 PU 9 PU 10 PU 11 PU 12 PU 13 PU 14 PU 15 PU 16 PU 17 PU 18 BP BPA BN TB
Unit 1 2 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2
Ket*) NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI NI I I I I I I I I I I I I I NI I I I I I I I I I I I
Harga / Unit (Rp) 53,404,336 6,500,000 3,471,189,901 148,113,833 1,163,719,434 1,163,719,434 65,270,248 1,299,035,035 1,756,203,734 339,960,975 35,990,314 48,041,491 193,246,886 153,842,031 6,254,557 2,376,318 2,376,318 81,576 67,156 2,376,318 2,376,318 2,376,318 115,314 91,876 1,392,783 19,021 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 15,000,000 15,000,000 15,000,000 148,693,226
Harga Total (Rp) 53,404,336 13,000,000 3,471,189,901 148,113,833 1,163,719,434 1,163,719,434 65,270,248 1,299,035,035 1,756,203,734 679,921,950 35,990,314 48,041,491 193,246,886 153,842,031 6,254,557 2,376,318 2,376,318 81,576 67,156 2,376,318 2,376,318 2,376,318 115,314 91,876 1,392,783 19,021 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 2,800,369 15,000,000 15,000,000 15,000,000 297,386,451
Universitas Sumatera Utara
38 Generator
2 I Harga Total Non Import Import
75,000,000
150,000,000 10,776,591,532 91,251,898 10,141,974,324
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan N.I. untuk peralatan non impor.
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x (Rp 10,141,974,324,- + Rp 11,286,085,455,- ) + 1,21 x (Rp 91,251,898,- + Rp 1,225,772,526,- ) = 32.235.725.037,Biaya pemasangan diperkirakan 50 dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004). Biaya pemasangan = 0,50 Rp 32.235.725.037,= Rp 16.117.862.518,Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp 32.235.725.037,- + Rp 16.117.862.518,= Rp 48.353.587.555,-
1.1.4 Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 40 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,4 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 12.894.290.015,-
1.1.5 Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 32 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,32 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 10.315.432.012,-
Universitas Sumatera Utara
1.1.6 Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 6.447.145.007,-
1.1.7 Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 9 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya insulasi (G)
= 0,09 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 2.901.215.253,-
1.1.8 Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 5 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,05 Rp 32.235.725.0378 ,-
= Rp 1.611.786.252,-
1.1.9 Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 5 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,05 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 1.611.786.252,-
1.1.10 Sarana Transportasi Untuk mempermudah pekerjaan, perusahaan memberi fasilitas sarana transportasi (J) seperti pada tabel berikut.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi No.
Jenis Kendaraan
Unit
Tipe
Harga/ Unit
Harga Total
(Rp)
(Rp)
1
Mobil direktur
1
toyota fortuner
359,000,000
359,000,000
2 3 4 5 6
Mobil manajer Bus karyawan Mobil karyawan Truk Mobil pemasaran
5 3 2 5 3
kijang inova bus L-300 truk minibus L-300
272,000,000 330,000,000 254,300,000 300,000,000 120.000.000
1,088,000,000 660,000,000 508,600,000 1,200,000,000 360.000.000
7
Mobil pemadam kebakaran Total
2
truk tangki
400.000.000
800.000.000 4.975.600.000
Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 112.262.791.096,1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) 1.2.1 Pra Investasi Diperkirakan 40 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Pra Investasi (K)
= 0,4 x 32.235.725.0378 ,= Rp 12.894.290.015,-
1.2.2 Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 32 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,32 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 10.315.432.012,1.2.3 Biaya Legalitas Diperkirakan 8 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,08 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 2.578.858.003,-
1.2.4 Biaya Kontraktor Diperkirakan 8 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,08 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 2.578.858.003,-
Universitas Sumatera Utara
1.2.5 Biaya Tak Terduga Diperkirakan 32 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,32 Rp 32.235.725.0378 ,= Rp 10.315.432.012,-
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp 38.682.870.044,-
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 112.262.791.096,- + Rp 38.682.870.044,= Rp 150.945.661.140,-
2
Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (= 90 hari).
2.1
Persediaan Bahan Baku
2.1.1 Bahan baku proses 1. Aseton Kebutuhan
= 568,9048 kg/jam
Harga
= US$ 1,1/kg
(Alibaba.com, 2011)
= US$ 1,1/kg x Rp 8.538 = Rp 9.392,-/kg Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 568,9048 kg/jam Rp 9.392,-/kg
= Rp 11.540.966.617,-/ 90 hari
2. Asam asetat glasial Kebutuhan
= 597,7938 kg/jam
Harga
= US$ 0,65 /kg = 0,65 x Rp 8.538
Harga total
(Alibaba.com, 2011) = Rp 5.550,-
= 90 hari 24 jam/hari 597,7938 kg/jam x Rp 5.550,-/kg = Rp 7.165.964.704,-
2.1.2 Persediaan bahan baku utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 0,2372 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Harga
= Rp 1.100 ,-/kg
(PT. Bratachem 2011)
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 0,2372 kg/jam Rp 1.100,- /kg = Rp 563.688,- /90 hari
2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan
= 0,1281 kg/jam
Harga
= Rp 2.500,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 0,1281 kg/jam Rp 2.500,-/kg
(PT. Bratachem 2011)
= Rp 691.799,-/90 hari
3. Kaporit Kebutuhan = 0,0027 kg/jam Harga
= Rp 9.500,-/kg
(PT. Bratachem 2011)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari 0,0027 kg/jam Rp 9.500,-/kg = Rp 55.111,-/90 hari
4. H2SO4 Kebutuhan
= 0,5275 kg/jam
Harga
= Rp 35.500-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam x 0,5275 kg /jam Rp 35.500-/kg
(PT. Bratachem 2011)
= Rp 40.447.781,-/90 hari 5. NaOH Kebutuhan
= 0,3788 kg/jam
Harga
= Rp 3.250,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam 0,3788 kg/jam Rp 3.250,-/kg
(PT. Bratachem 2011)
= Rp 2.659.453,-
6. Solar Kebutuhan = 251,6434 L/jam Harga solar untuk industri = Rp 4.500,-/L Harga total
(PT.Pertamina, 2011)
= 90 hari 24 jam/hari 251,6434 L/jam Rp. 4.500,-/L
Universitas Sumatera Utara
= Rp 2.445.973.700,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) adalah = Rp 21.197.322.854,-
2.2
Kas
2.2.1 Gaji Pegawai Daftar rincian gaji karyawan pabrik pembuatan asetat anhidrat seperti dalam Tabel LE.6 dibawah ini. Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Jabatan Dewan Komisaris Direktur Sekretaris Manajer Umum dan SDM Manajer Bisnis dan Keuangan Manajer Teknik Manajer Produksi Kepala Bagian Keselamatan Kerja Kepala Bagian Umum Kepala Bagian SDM Kepala Bagian Bisnis Kepala Bagian Keuangan Kepala Bagian Mesin Kepala Bagian Listrik Kepala Bagian Proses Kepala Bagian Utilitas Kepala Seksi Karyawan Umum dan SDM Karyawan Bisnis dan Keuangan Karyawan Teknik Karyawan Produksi Dokter Perawat Petugas Keamanan Petugas Kebersihan Supir
Jumlah 3 1 1 1 1 1 1
Gaji/orang 15.000.000 25.000.000 3.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000
Total Gaji 45.000.000 25.000.000 3.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000
1
5.000.000
5.000.000
1 1 1 1 1 1 1 1 15 15 12 15 60 1 2 9 8 5
5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 4.000.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.000.000 3.500.000 2.500.000 2.000.000 1.500.000 1.500.000
5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 60.000.000 37.500.000 30.000.000 37.500.000 120.000.000 3.500.000 5.000.000 18.000.000 12.000.000 7.500.000
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
160
477.000.000
Total gaji pegawai selama 1 bulan = Rp 477.000.000,Total gaji pegawai selama 3 bulan = Rp 1.431.000.000,Total gaji pegawai selama 12 bulan = Rp 5.724.00.000,-
2.2.2
Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20 dari gaji pegawai
= 0,2 Rp 1.431.000.000,00,= Rp 286.200.000,-/3 bulan
2.2.3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp 1.431.000.000,00,= Rp 286.200.000,-/3 bulan
2.2.4 Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada UndangUndang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut:
Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).
Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00).
Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21/97).
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000,(Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).
Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).
Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut : Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Asetat Anhidrat Nilai Perolehan Objek Pajak
Tanah
Rp
804.475.000,-
Bangunan
Rp
22.307.250.000-
Total NJOP
Rp
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
(Rp.
23.111.725.000,30.000.000,- )
Universitas Sumatera Utara
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
23.081.725.000,-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP)
Rp.
1.154.086.250,-
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas per 3 bulan No. 1. 2. 3. 4.
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total
Jumlah (Rp) 1.431.000.000 286.200.000 286.200.000 1.154.086.250 3.157.486.250
2.3 Biaya Start – Up Diperkirakan 12 dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus et al, 2004). = 0,12 Rp 150.945.661.140,= Rp 18.113.479.337,2.4 Piutang Dagang PD
IP HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : 1. Harga jual Asetat anhidrat = US$ 2200,- /ton = Rp 18.784,-/kg Produksi Asetat anhidrat = 1010,1010 kg/jam Hasil penjualan Asetat anhidrat tahunan = 1010,1010 kg/jam 24 jam/hari 330 hari/tahun x Rp 18.784,-/kg = Rp 150.268.803.455,2. Harga jual fuel gas (Metana) = Rp 1715,- /kg Produksi fuel gas
= 157,1149 kg/jam
Hasil penjualan fuel gas tahunan = 157,1149 kg/jam 24 jam/hari 330 hari/tahun Rp 1715,-/kg
Universitas Sumatera Utara
= Rp 2.133.171.461,Hasil penjualan total tahunan = Rp 152.402.974.916,Piutang Dagang =
1 Rp 152.402.974.916,12 = Rp 12.700.164.576,- /tahun
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel LE.8 di bawah ini. Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. 1.
Jenis modal kerja
Jumlah (Rp)
Bahan baku proses dan utilitas
77.723.517.130
,11.577.449.583 19.892.891.359 ,12.700.164.576 ,- ,121.894.022.648 ,Total ,,,Modal kerja total dalam 1 tahun adalah = Rp 121.894.022.648,,= Rp 10.157.835.221,-/ bulan 2. 3. 4.
Kas Start up Piutang Dagang
Total Modal Investasi
= Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 165.774.094.657,- + Rp 10.157.835.221,-
,-
= Rp 175.931.929.877,Modal ini berasal dari: - Modal sendiri
= 60 dari total modal investasi = 0,6 Rp 175.931.929.877,= Rp 105.559.157.926,-
- Pinjaman dari Bank
= 40 dari total modal investasi = 0,4 Rp 175.931.929.877,= Rp 70.372.771.951,-
3.
Biaya Produksi Total
3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) 3.1.1 Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P)
Universitas Sumatera Utara
Gaji total = (12 + 2) Rp 477.000.000,- = Rp 6.678.000.000,-
3.1.2 Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2011). Bunga bank (Q)
= 0,15 Rp 70.372.771.951,= Rp 10.555.915.793,-
3.1.3 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 LE.9 di bawah ini. Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta
Masa
Tarif
Berwujud
(tahun)
(%)
1.Kelompok 1
4
25
8
12,5
Mobil, truk kerja
2. Kelompok 2
16
6,25
Mesin industri kimia, mesin industri mesin
3. Kelompok 3
20
5
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan Bangunan Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri.
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
Sumber : Waluyo, 2000 dan Rusdji,2004 Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D
PL n
dimana: D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
Universitas Sumatera Utara
n
= umur peralatan (tahun)
Perhitungan depresi setiap kekayaan pabrik baik bangunan dan peralatan seperti dalam table LE.10 dibawah ini Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000
Komponen Bangunan Peralatan proses Instrumentrasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi TOTAL
Biaya (Rp) 22,307,250,000 23,288,449,513
Umur (tahun) 20 16
% depresiasi 5.00% 6.25%
Depresiasi (Rp) 1,115,362,500 1,455,528,095
12,894,290,015 10,315,432,012 6,447,145,007 17,729,648,770 1,611,786,252
4 4 4 4 4
25.00% 25.00% 25.00% 25.00% 25.00%
3,223,572,504 2,578,858,003 1,611,786,252 4,432,412,193 402,946,563
1,611,786,252 4,975,600,000
4 8
25.00% 12.50%
402,946,563 621,950,000 15,845,362,671
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 38.682.870.044,= Rp 9.670.715.511,-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 15.845.362.671,- + Rp 9.670.715.511,= Rp 25.516.080.182,-
Universitas Sumatera Utara
3.1.4 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 (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 Rp 23,288,449,513,= Rp 2.328.844.951,-
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 dari harga bangunan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp 22,307,250,000,-
Perawatan bangunan
= Rp 2.230.725.000,-
3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 dari harga kendaraan (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan kenderaan
= 0,1 Rp 4.975.600.000,= Rp 497.560.000,-
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp 12,894,290,015,-
Perawatan instrumen
= Rp 1.289.429.001,5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 dari harga perpipaan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp 10,315,432,012,-
Perawatan perpipaan
= Rp 1.031.543.201,6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 dari harga instalasi listrik (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan listrik
= 0.1 Rp 6,447,145,007,= Rp 644.714.501,-
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 dari harga insulasi (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 Rp 17,729,648,770,= Rp 1.772.964.877,-
Universitas Sumatera Utara
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 dari harga inventaris kantor (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 Rp 1,611,786,252,= Rp 161.178.625,9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 Rp 1,611,786,252,= Rp 161.178.625,-
Total biaya perawatan (S)
= Rp 10.118.138.782,-
3.1.5 Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 x Rp 165.774.094.561,= Rp 33.154.818.931,-
3.1.6 Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 3 bulan adalah Rp 286.200.000,Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) =
4 Rp 286.200.000,= Rp 1.144.800.000,-
3.1.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp 286.200.000,Biaya pemasaran selama 1 tahun
= 4 Rp 286.200.000,= Rp 1.144.800.000,-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi
= 0,5 x Rp 1.144.800.000,= Rp 572.400.000,-
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 1.717.200.000,-
3.1.8 Biaya Laboratorium, Penelitian dan Pengembangan Diperkirakan 5 dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al, 2004).
Universitas Sumatera Utara
Biaya laboratorium (W)
= 0,05 x Rp 33.154.818.931,= Rp 1.657.740.947,-
3.1.9 Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 165.774.094.561,= Rp 1.657.740.947,-
3.1.10 Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik. adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2011). = 0,0031
Rp 127.091.224.613,-
= Rp 393.982.796,2. Biaya asuransi karyawan. Asuransi kariawan skitar 2% dari gaji karyawan. Maka biaya asuransi karyawan = 0,02 x Rp 477.000.000. = Rp 9.540.000,Total biaya asuransi (Y)
= Rp 403.522.796,-
3.1.11 Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp 1.154.086.250,Total Biaya Tetap
= P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z = Rp 91.611.544.628,-
3.2 Variabel 3.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun adalah = Rp 7.065.774.285,3.2.2 Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan
= 0,01 Rp 7.065.774.285,= 70.657.743 ,-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi
Universitas Sumatera Utara
Diperkirakan 10 dari biaya variabel bahan baku Biaya variabel pemasaran
= 0,1 Rp 7.065.774.285,= Rp 706.577.428,-
Total biaya variabel tambahan
= Rp 777.235.171,-
3.2.3 Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan = 0,05 Rp 777.235.171,= Rp 38.861.759,-
Total biaya variabel = Rp 7.881.871.214,Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 91.611.544.628,- + Rp 7.881.871.214,= Rp 99.493.415.842.,-
4
Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi = Rp 152.401.974.916,- – Rp 99.493.415.842,= Rp 52.908.559.073,-
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 52.908.559.073,= Rp 264.542.795,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 52.908.559.073,- - Rp 264.542.795,= Rp 52.644.016.278,-
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.
Universitas Sumatera Utara
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 (52.644.016.278– 100.000.000)
= Rp
15.763.204.883,-
Total PPh
=Rp 15.775.704.883,
4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp 52.644.016.278,- – Rp 15.775.704.883,= Rp 36.868.311.395,-
5 Analisa Aspek Ekonomi 5.1 Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak 100 total penjualan
PM =
Rp 52.644.016.278 ,x 100% Rp 152.401.974.916 ,-
= 40,67 %
5.2 Break Even Point (BEP) BEP =
BEP =
Biaya Tetap 100 Total Penjualan Biaya Variabel Rp 91.611.544.628 Rp 152.401.974.916 - Rp 99.493.415.842
x 100%
= 56,88 % Kapasitas produksi pada titik BEP
= 56,88 % 8.000 ton/tahun = 4.551 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 56,88 % x 152.401.974.916,-
Universitas Sumatera Utara
= Rp 86.698.614.461,5.3 Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak 100 Total modal investasi
ROI
=
Rp 36.868.311.395 x 100% Rp 165.774.094.657
= 26,97 % 5.4
Pay Out Time (POT)
1 x 1 tahun 0,20956
POT
=
POT
= 3,71 tahun
5.5 Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak 100 Modalsendiri
RON =
Rp 36.868.311.395 x 100% Rp 105.559.157.926
RON = 44,954 %
5.6 Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan
nilai IRR harus digambarkan
jumlah
pendapatan dan
pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 29,9 dan analisa nilai break event point dapat dilihat pada Tabel LE-12 serta Gamber LE-1
Universitas Sumatera Utara