LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Basis perhitungan
= 1 jam operasi
Satuan operasi
= kg/jam
Waktu operasi per tahun
= 350 hari
Kapasitas produksi
= 2.000 ton/tahun
Kapasitas per jam
2.000ton 1tahun 1hari 1000kg = tahun 350hari 24 jam 1ton = 238,0952 kg/jam = 99,7903%
Kemurnian produk
Tabel LA.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia No. 1. 2. 3. 4. 5.
Senyawa Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
Rumus molekul BM (kg.kmol-1) C6H5CH2CN 117,15 H2SO4 98,08 H2O 18,02 C6H5CH2COOH 136,15 (NH4)HSO4 115,11
F
= Laju alir massa (kg/jam)
W
= Fraksi massa
N
= Laju alir mol (kmol/jam)
X
= Fraksi mol
Universitas Sumatera Utara
Mix Point
Benzil Sianida (C6H5CH2CN) 19
1
4
14
Neraca massa total : F1 + F14 + F19 = F4 Ftotal
= Fbenzil + Fair = 287,5248 kg
F4benzil
= 0,99 x 287,5248 kg = 284,6495 kg
F19
= 49,9226 kg
14
F
= 6,0219 kg
F1
= F4 – F19 – F14
F1
= 284,6495 kg – 49,9226 kg – 6,0219 kg
F1
= 228,7051 kg
Air Proses 19
2
5
14
Neraca massa total : F2 + F14 + F19 = F5 Di dalam reaktor rasio massa C6H5CH2CN : H2O = 1 : 1,643 F5 14
= 1,643 x 287,5248 kg = 472,4032 kg
F
= 401,4589 kg
F19
= 24,5791 kg
F2
= F5 – F14 – F19
F2
= 472,4032 kg – 401,4589 kg – 24,5791 kg
F2
= 46,3652 kg
Universitas Sumatera Utara
Asam Sulfat (H2SO4) 98% 3
5
14
Neraca massa total : F3 + F14 = F5 Di dalam reaktor rasio massa C6H5CH2CN : H2SO4 = 1 : 2,208 F5
= 2,208 x 287,5248 kg = 634,8547 kg
Ftotal
= Fas.sulfat + Fair = 634,8547 kg
F5sulfat
= 0,98 x 634,8547
F5sulfat
= 622,1576 kg
F14sulfat
= 427,8595 kg
3
A.1
F
= F5 – F14
F3
= 622,1576 kg – 427,8595 kg
F3
= 194,2981 kg
Mixer (M-01) Tempat untuk mencampurkan asam sulfat 98% dan air. Air 2
3 Asam Sulfat 98%
M-01 5
Asam Sulfat Air
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
5
- persamaan neraca TTSL (5 komponen)
2
- alur yang terspesifikasi
3
- hubungan pembantu
0 -5
Derajat kebebasan
0
Universitas Sumatera Utara
Alur 2 Umpan masuk (F2) = 1,643 x F1 - Air (H2O) F2H2O
= 472,4032 kg
N2H2O
= 472,4032 kg : 18,02 kg/kmol
N2H2O
= 26,2155 kmol
Alur 3 Umpan masuk (F3) = 2,208 x F1 - Asam Sulfat (H2SO4) 98% F3H2SO4
= 634,8547 kg x 98%
F3H2SO4
= 622,1576 kg
N3H2SO4
= 622,1576 kg : 98,08 kg/kmol
3
N
H2SO4
= 6,3434 kmol
- Air (H2O) 2% F3H2O
= F3 – F3H2SO4
F3H2O
= 634,8547 kg – 622,1576 kg
F3H2O
= 12,6971 kg
3
N
H2O
N3H2O
= 12,6971 kg : 18,02 kg/kmol = 0,7046 kmol
Alur 5 - Asam Sulfat (H2SO4) F5H2SO4
= F3H2SO4
F5H2SO4
= 622,1576 kg
N5H2SO4
= 622,1576 kg : 98,08 kg/kmol
N5H2SO4
= 6,3434 kmol
- Air (H2O) F5H2O
= F2 + F3H2O
F5H2O
= 472,4032 kg + 12,6971 kg
Universitas Sumatera Utara
F5H2O
= 485,1003 kg
N5H2O
= 485,1003 kg : 18,02 kg/kmol
5
N
= 26,9201 kmol
H2O
Tabel LA.2 Neraca Massa Mixer (M-01) Masuk (kg/jam) Alur 2 Alur 3
Komponen Asam Sulfat Air
472,4032
Sub Total Total A.2
Keluar (kg/jam) Alur 5
622,1576 12,6971
622,1576 485,1003
472,4032 634,8547 1.107,2579
1.107,2579 1.107,2579
Reaktor (R-01) Tempat untuk mereaksikan benzil sianida 99%, asam sulfat 98% dan air
dengan perbandingan massa asam benzil sianida : asam sulfat : air = 1 : 2,208 : 1,643 untuk menghasilkan asam fenil asetat pada suhu 90oC selama 3 jam dan konversi reaksi sebesar 80% terhadap benzil sianida (Kamm dan Matthews, 1922), dengan persamaan reaksi : C6 H 5CH 2 CN 2H 2 O H 2 SO4 C6 H 5CH 2 COOH NH 4 HSO4 5 Asam Sulfat 19,0701%
Benzil Sianida 4
R-01 6 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
Universitas Sumatera Utara
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
9
- persamaan neraca TTSL (5 komponen)
5
- alur yang terspesifikasi
2
- hubungan pembantu
2 -9
Derajat kebebasan
0
Maka Neraca Massa pada Reaktor (R-01) Alur 4 Umpan masuk (F4) = 287,5248 kg - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F4C6H5CH2CN 4
F
C6H5CH2CN
= 99% x 287,5248 kg = 284,6495 kg
N4C6H5CH2CN
= 284,6495 kg : 117,15 kg/kmol
N4C6H5CH2CN
= 2,4298 kmol
- Air (H2O) F4H2O
= F4 – F4C6H5CH2CN
F4H2O
= 287,5248 kg – 284,6495 kg
F4H2O
= 2,8752 kg
N4H2O
= 2,8752 kg : 18,02 kg/kmol
N4H2O
= 0,1596 kmol
Alur 5 - Asam Sulfat (H2SO4) F5H2SO4
= 622,1576 kg
N5H2SO4
= 622,1576 kg : 98,08 kg/kmol
N5H2SO4
= 6,3434 kmol
- Air (H2O) F5H2O
= 485,1003 kg
Universitas Sumatera Utara
N5H2O
= 485,1003 kg : 18,02 kg/kmol
N5H2O
= 26,9201 kmol
Alur 6
X .N in C 6 H 5CH 2CN
r
C 6 H 5CH 2CN
0,8 x 2,4298 1,9438 kmol 1
Neraca masing-masing komponen : - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) N6C6H5CH2CN
= N4C6H5CH2CN – r
N6C6H5CH2CN
= 2,4298 kmol – 1,9438 kmol
N6C6H5CH2CN
= 0,486 kmol
6
F
C6H5CH2CN
F6C6H5CH2CN
= 0,486 kmol x 117,15 kg/kmol = 56,9299 kg
- Air (H2O) N6H2O
= (N4H2O + N5H2O) – 2r
N6H2O
= (0,1596 + 26,9201) – 2 x 1,9438
6
N
H2O
= 23,1920 kmol
F6H2O
= 23,1920 kmol x 18,02 kg/kmol
F6H2O
= 417,9199 kg
- Asam Sulfat (H2SO4) N6H2SO4
= N5H2SO4 – r
N6H2SO4
= 6,3434 kmol – 1,9438 kmol
N6H2SO4
= 4,3995 kmol
F6H2SO4
= 4,3995 kmol x 98,08 kg/kmol
F6H2SO4
= 431,5068 kg
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) N6C6H5CH2COOH
= NinC6H5CH2COOH + r
N6C6H5CH2COOH
= 0 + 1,9438 kmol
N6C6H5CH2COOH
= 1,9438 kmol
Universitas Sumatera Utara
F6C6H5CH2COOH
= 1,9438 kmol x 136,15 kg/mol
F6C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg
- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) N6NH4HSO4
= Nin NH4HSO4 + r
N6NH4HSO4
= 0 + 1,9438 kmol
N6NH4HSO4
= 1,9438 kmol
6
F
= 1,9438 kmol x 115,11 kg/mol
NH4HSO4
F6NH4HSO4
= 223,7542 kg
Tabel LA.3 Neraca Massa Reaktor (R-01) Masuk (kg/jam) Alur 4 Alur 5 284,6495 622,1576 2,8752 485,1003 287,5248 1.107,2579 1.394,7827
Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Sub Total Total A.3
Keluar (kg/jam) Alur 6 56,9299 431,5068 417,9199 264,6524 223,7542 1.394,7633 1.394,7633
Washing (W-01) Tempat untuk melarutkan pengotor-pengotor dan reaktan yang tidak habis
bereaksi dengan menambahkan air panas bersuhu 80oC dengan perbandingan air : bahan campuran = 1 : 1,6978 (Kamm dan Matthews, 1922). Air 8
7 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
W-01
9 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya :
Universitas Sumatera Utara
- variabel alur
11
- persamaan neraca TTSL (5 komponen)
5
- alur yang terspesifikasi
5
- hubungan pembantu
1 -11
Derajat kebebasan
0
Maka Neraca Massa pada Washing (W-01) Alur 7 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F7C6H5CH2CN
= 56,9299 kg
N7C6H5CH2CN
= 56,9299 kg : 117,15 kg/kmol
N7C6H5CH2CN
= 0,486 kmol
- Air (H2O) F7H2O
= 417,9199 kg
N7H2O
= 417,9199 kg : 18,02 kg/kmol
N7H2O
= 23,1920 kmol
- Asam Sulfat (H2SO4) F7H2SO4
= 431,5068 kg
N7H2SO4
= 431,5068 kg : 98,08 kg/kmol
N7H2SO4
= 4,3995 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F7C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg
N7C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg : 136,15 kg/mol
N7C6H5CH2COOH
= 1,9438 kmol
- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) F7NH4HSO4
= 223,7542 kg
Universitas Sumatera Utara
N7NH4HSO4
= 223,7542 kg : 115,11 kg/mol
N7NH4HSO4
= 1,9438 kmol
F7
= F7C6H5CH2CN + F7H2O + F7H2SO4 + F7C6H5CH2COOH + F7NH4HSO4
F7
= 1.394,7633 kg
Alur 8 Perbandingan air dengan hasil keluaran reaktor pada alur 7 adalah 1 : 1,6978 Air pencuci dibutuhkan (F8) =
1 1 F7 1.394,7633kg 1,6978 1,6978
F8
= 821,5121 kg
N8H2O
= 821,5121 kg : 18,02 kg/kmol
N8H2O
= 45,5889 kmol
Alur 9 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F9C6H5CH2CN
= F7C6H5CH2CN
F9C6H5CH2CN
= 56,9299 kg
N9C6H5CH2CN
= 56,9299 kg : 117,15 kg/kmol
N9C6H5CH2CN
= 0,486 kmol
- Asam Sulfat (H2SO4) F9H2SO4
= F7H2SO4
F9H2SO4
= 431,5068 kg
N9H2SO4
= 4,3995 kmol : 98,08 kg/kmol
N9H2SO4
= 4,3995 kmol
- Air (H2O) F9H2O
= F7H2O + F8H2O
F9H2O
= 417,9199 kg + 821,5121 kg
F9H2O
= 1.239,4321 kg
N9H2O
= 1.239,4321 kg : 18,02 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
N9H2O
= 68,7809 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F9C6H5CH2COOH
= F7C6H5CH2COOH
F9C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg
N9C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg : 136,15 kg/mol
N9C6H5CH2COOH
= 1,9438 kmol
- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) F9NH4HSO4
= F7NH4HSO4
F9NH4HSO4
= 223,7542 kg
N9NH4HSO4
= 223,7542 kg : 115,11 kg/mol
N9NH4HSO4
= 1,9438 kmol
Tabel LA.4 Neraca Massa Washing (W-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Sub Total Total A.4
Masuk (kg/jam) Alur 7 Alur 8 56,9299 431,5068 417,9199 264,6524 223,7542
Keluar (kg/jam) Alur 9
821,5121 -
56,9299 431,5068 1.239,4321 264,6524 223,7542
1.394,7633 821,5121 2.216,2754
2.216,2754 2.216,2754
Filter Press (F-01) Selanjutnya, untuk memisahkan endapan garam ammonium bisulfat yang
terbentuk dilakukan melalui proses penyaringan dengan menggunakn filter. Filter yang digunkan adalah Horizontal Belt Filter. Kelembaban cake (endapan) akhir yang diperoleh dari hasil penyaringan adalah 7% (Walas, dkk., 1988). Diasumsikan konsentrasi semua cake tersaring. Selanjutnya endapan ammonium bisulfat yang terbentuk kemudian disimpan di dalam gudang penyimpanan G-01 setelah didinginkan pada temperatur 30oC pada alur 12. Sementara itu campuran yang keluar dari filter akan diteruskan ke dalam dekanter untuk proses pemisahan lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara
9 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
F-01
10
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat
11
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
14
- persamaan neraca TTSL (5 komponen)
5
- alur yang terspesifikasi
6
- hubungan pembantu
3 -14
Derajat kebebasan
0
Alur 9 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F9C6H5CH2CN
= 56,9299 kg
N9C6H5CH2CN
= 56,9299 kg : 117,15 kg/kmol
9
N
C6H5CH2CN
= 0,486 kmol
- Asam Sulfat (H2SO4) F9H2SO4
= 431,5068 kg
N9H2SO4
= 431,5068 kg : 98,08 kg/kmol
N9H2SO4
= 4,3995 kmol
- Air (H2O) F9H2O
= 1.239,4321 kg
N9H2O
= 1.239,4321 kg : 18,02 kg/kmol
N9H2O
= 68,7809 kmol
Universitas Sumatera Utara
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F9C6H5CH2COOH 9
N
C6H5CH2COOH
N9C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg = 264,6524 kg : 136,15 kg/mol = 1,9438 kmol
- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) F9NH4HSO4 9
N
= 223,7542 kg = 223,7542 kg : 115,11 kg/mol
NH4HSO4
N9NH4HSO4
= 1,9438 kmol
Karena kelembaban akhir endapan (cake) adalah 7% dari total berat keseluruhan cake, maka diasumsikan bahwasanya ada cairan yang terdiri dari benzil sianida, asam sulfat, asam fenil asetat, dan air yang tertinggal pada cake dengan konsentrasi yang sama dengan alur 9. Banyaknya cairan yang tertinggal dapat dihitung dengan : 0,07
=
berat cairan berat cairan berat endapan
0,07
=
x x 223,7542
15,6628
= 0,93 x berat cairan
Berat cairan
= 16,8417 kg/jam
Untuk menghitung komposisi masing-masing cairan yang tertinggal dapat dilihat pada perhitungan berikut ini :
Tabel LA.5 Komposisi Cairan di Alur 9 Tanpa Kristal Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Total
Berat (kg.jam-1) 56,9299 431,5068 1.239,4321 264,6524 1.992,5212
Fraksi Massa (w) 0,0286 0,2166 0,6220 0,1328 1,0000
Dengan demikian, komposisi cairan yang tertinggal di alur 11 dapat dihitung.
Universitas Sumatera Utara
Alur 11 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F11C6H5CH2CN
= 0,0286 x 16,8417 kg
F11C6H5CH2CN
= 0,4812 kg
N11C6H5CH2CN
= 0,4812 kg : 117,15 kg/kmol
N11C6H5CH2CN
= 0,0041 kmol
- Asam Sulfat (H2SO4) F11H2SO4
= 0,2166 x 16,8417 kg
F11H2SO4
= 3,6473 kg
N11H2SO4
= 3,6473 kg : 98,08 kg/kmol
N11H2SO4
= 0,0372 kmol
- Air (H2O) F11H2O
= 0,6220 x 16,8417 kg
F11H2O
= 10,4763 kg
N11H2O
= 10,4763 kg : 18,02 kg/kmol
N11H2O
= 0,5814 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F11C6H5CH2COOH
= 0,1328 x 16,8417 kg
F11C6H5CH2COOH
= 2,2370 kg
N11C6H5CH2COOH
= 2,2370 kg : 136,15 kg/mol
N11C6H5CH2COOH
= 0,0164 kmol
Alur 10 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F10C6H5CH2CN
= F9C6H5CH2CN – F11C6H5CH2CN
F10C6H5CH2CN
= 56,9299 kg – 0,4812 kg
F10C6H5CH2CN
= 56,4487 kg
N10C6H5CH2CN
= 56,4487 kg : 117,15 kg/kmol
N10C6H5CH2CN
= 0,4818 kmol
Universitas Sumatera Utara
- Asam Sulfat (H2SO4) F10H2SO4
= F9H2SO4 – F11H2SO4
F10H2SO4
= 431,5068 kg – 3,6473 kg
F10H2SO4
= 427,8595 kg
N10H2SO4
= 427,8595 kg : 98,08 kg/kmol
N10H2SO4
= 4,3624 kmol
- Air (H2O) F10H2O
= F9H2O – F11H2O
F10H2O
= 1.239,4321 kg – 10,4763 kg
F10H2O
= 1.228,9558 kg
N10H2O
= 1.228,9558 kg : 18,02 kg/kmol
N10H2O
= 68,1995 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F10C6H5CH2COOH
= F9C6H5CH2COOH – F11C6H5CH2COOH
F10C6H5CH2COOH
= 264,6524 kg – 2,2370 kg
F10C6H5CH2COOH
= 262,4154 kg
N10C6H5CH2COOH
= 262,4154 kg : 136,15 kg/mol
N10C6H5CH2COOH
= 1,9274 kmol
Tabel LA.6 Neraca Massa Filter (F-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Sub Total Total
Masuk (kg/jam) Alur 9 56,9299 431,5068 1.239,4321 264,6524 223,7542
Keluar (kg/jam) Alur 10 Alur 11 56,4487 0,4812 427,8595 3,6473 1.228,9558 10,4763 262,4154 2,2370 0 223,7542
2.216,2754 2.216,2754
1.975,6795 240,5959 2.216,2754
Universitas Sumatera Utara
A.5
Dekanter (D-01) Tempat untuk memurnikan produk dengan cara memisahkan asam sulfat dari
campuran produk alur 10 berdasarkan perbedaan massa jenis dengan efisiensi 98% terhadap air. Sehingga masih terdapat kandungan air sebesar 2% yang terikut pada produk alur 14. Dan sepertiga keluaran dari heavy phase dekanter diumpankan ke reaktor kembali, kemudian sisanya dialirkan ke pengolahan limbah. Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat
13
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat
10
D-01
14
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
11
- persamaan neraca TTSL (5 komponen)
4
- alur yang terspesifikasi
3
- hubungan pembantu
4 -11
Derajat kebebasan
0
Maka neraca massa pada dekanter (D-01) Tabel LA.7 Kelarutan dalam Air Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat (Tabel 2-122 Perry dan Green, 1997)
Kelarutan/100 gram H2O 0,5000 Infinity 1,6600
Alur-14 - Asam Sulfat (H2SO4) F14H2SO4
= F10H2SO4
F14H2SO4
= 427,8595 kg
N14H2SO4
= 427,8595 kg : 98,08 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
N14H2SO4
= 4,3624 kmol
- Air (H2O) F14H2O
= 98% x F10H2O
F14H2O
= 98% x 1.228,9558 kg
F14H2O
= 1.204,3767 kg
N14H2O
= 1.204,3767 kg : 18,02 kg/kmol
14
N
H2O
= 66,8356 kmol
- Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F14C6H5CH2CN
= 0,5000 x 1.204,3767/100
F14C6H5CH2CN
= 6,0219 kg
N14C6H5CH2CN
= 6,0219 kg : 117,15 kg/kmol
N14C6H5CH2CN
= 0,0514 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F14C6H5CH2COOH
= 1,6600 x 1.204,3767/100
F14C6H5CH2COOH
= 19,9927 kg
N14C6H5CH2COOH
= 19,9927 kg : 136,15 kg/mol
N14C6H5CH2COOH
= 0,1468 kmol
Alur-13 - Air (H2O) F13H2O
= F10H2O – F14H2O
F13H2O
= 1.228,9558 kg – 1.204,3767 kg
13
F
H2O
= 24,5791 kg
N13H2O
= 24,5791 kg : 18,02 kg/kmol
N13H2O
= 1,3640 kmol
- Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F13C6H5CH2CN
= F10C6H5CH2CN – F14C6H5CH2CN
F13C6H5CH2CN
= 56,4487 kg – 6,0219 kg
Universitas Sumatera Utara
F13C6H5CH2CN
= 50,4268 kg
N13C6H5CH2CN
= 50,4268 kg : 117,15 kg/kmol
N13C6H5CH2CN
= 0,4304 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F13C6H5CH2COOH
= F10C6H5CH2COOH – F14C6H5CH2COOH
F13C6H5CH2COOH
= 262,4154 kg – 19,9927 kg
13
F
C6H5CH2COOH
= 242,4228 kg
N13C6H5CH2COOH
= 242,4228 kg : 136,15 kg/mol
N13C6H5CH2COOH
= 1,7806 kmol
Tabel LA.8 Neraca Massa Dekanter (D-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Sub Total Total A.6
Masuk (kg/jam) Alur 10 56,4487 427,8595 1.228,9558 262,4154 1.975,6795 1.975,6795
Keluar (kg/jam) Alur 13 Alur 14 50,4268 6,0219 0 427,8595 24,5791 1.204,3767 242,4228 19,9927 317,4287
1.658,2508 1.975,6795
Menara Destilasi (MD-01) Tempat untuk memurnikan asam fenil asetat dengan cara memisahkannya
dari air dan Benzil sianida. Prinsip peristiwa perpindahan : Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988). Perpindahan yang terjadi saat campuran mencapai kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada di bagian atas (menguap) (Geankoplis, 1997). Dimana : Titik didih senyawa pada keadaan tekanan 1 atm (101,325 kPa ; 760 mmHg) Benzil Sianida (C6H5CH2CN)
: 234oC
Universitas Sumatera Utara
Air (H2O)
: 100oC
Asam Fenil Asetat
: 265,5oC
18
15
Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
MD-01
Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
22
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
8
- persamaan neraca TTSL (3 komponen)
3
- alur yang terspesifikasi
2
- hubungan pembantu
3 -8
Derajat kebebasan
0
Maka neraca massa pada destilasi (MD-01)
Penentuan Titik Didih Umpan Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 196,85oC = 470 K Asumsi : Tekanan (P) = 1 atm = 101,325 kPa Tekanan uap masing – masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine B (Perry dan Green, 1997) ln P o (kPa) = A + + DlnT + ET F T+C Keterangan : Po
= tekanan uap murni komponen
A,B,C,D,E
= konstanta Antoine
T
= temperatur (K)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.9 Konstanta Antoine Komponen Konstanta Antoine A B C D E Benzil Sianida 65,93 -7,23E+03 0 -7,18E+00 4,03E-06 Air 67,74 -9,61E+03 0 -7,11E+00 2,06E-18 Asam Fenil Asetat 57,98 -9,13E+03 0 -5,79E+00 1,15E-18 (Perry dan Green, 1997; Software Chemcad) Komponen
F 2,00E+00 6,00E+00 6,00E+00
Diasumsikan cairan ideal, sehingga mengikuti hukum Raoult Dalton
y i .Pt = x i.P o yi =
(Smith, dkk., 2005)
Po x i = k.x i Pt
Ditrial T sehingga ∑yi = 1 Tabel LA.10 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi Komponen Fi, kmol/jam xi ln Po H2O 1,3640 0,3815 6,37E+00 C6H5CH2CN (LK) 0,4304 0,1204 3,55E+00 C6H5CH2COOH (HK) 1,7806 0,4981 2,96E+00 Σ 3.5750 1 Dipilih Light Key Component = C6H5CH2CN
Po, kPa 584,2962 34,9810 19,3128
yi 4,7432E-01 8,9614E-05 2,0466-03 1
Dipilih Heavy Key Component = C6H5CH2COOH Karena ∑yi = 1 maka titik didih umpan adalah 196,85oC Tumpan
= 196,85oC + 273 = 470 K
Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom Trial I : Asumsi : Tidak ada air dalam bottom Diinginkan 99% Benzil sianida dipulihkan di destilat Diinginkan 99% asam fenil asetat dipulihkan di bottom
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.11 Laju Alir Setiap Alur Komponen Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
Umpan (15) kg/jam kmol/jam 24,5791 1,3640 50,4268 0,4304 242,4228 1,7806 317,4287 3,5750
Destilat (18) kg/jam kmol/jam 24,5791 1,3640 49,9225 0,4261 2,4242 0,0178 76,9259 1,8079
Bottom (22) kg/jam kmol/jam 0 0 0,5043 0,0043 239,9986 1,7628 240,5028 1,7671
Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom
Penentuan titik embun destilat (dew point)
T = 183,83oC = 456,98 K Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 91,1925 kPa
Tabel LA.12 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi Komponen
Di
yi
ln Po
Po
K=Po/Pt
α
yi/α
xi
Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
1,3640 0,4261 0,0178 1,8079
0,7544 0,2357 0,0098 1,000
6,98 3,17 2,57
1070,2906 23,7677 13,0365
11,737 0,261 0,143
82,0997 1,8232 1,000
0,0092 0,1293 0,0098 0,1483
0,062 0,8716 0,0664 1,0000
Total
Harga Kc perhitungan = harga Kc pada 183,83oC (dew point)
Penentuan titik gelembung bottom (bubble point)
T = 267,85oC = 541 K Asumsi : Tekanan (P) = 1,1 atm = 111,4575 kPa
Tabel LA.13 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi Komponen
Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
Kc =
Bi 0,0043 1,7628 1,7671
xi 0,0024 0,9976 1.0000
ln Po 5,2683 4,7134
Po 194,0951 111,4313
K=Pi/Pt 1,7414 0,9998
αxi 0,0042 0,9976 1,0018
α 1,7418 1,0000
1/∑ αxi = 1/1 = 1
Harga Kc perhitungan = harga Kc pada 267,85oC (bubble point)
Cek Pemilihan LK dan HK Dicek apakah komponen terdistribusi atau tidak dengan persamaan Shiras
Universitas Sumatera Utara
yi 0,0042 0,9958 1,0000
DK
α i - 1 X lkD D α lk - i X hkD D . . F1 F2 α lk - 1 Z lkF F α lk - 1 Z hkF F
Dengan : DK
= nilai yang menunjukkan komponen terdistribusi atau tidak
αi
= relative volatility komponen i terhadap komponen heavy key
αlk
= relative volatility komponen light key terhadap komponen heavy key
XlkD
= fraksi mol komponen light key di distilat
XlkF
= fraksi mol komponen light key di umpan
D
= jumlah distilat, kmol/jam
F
= jumlah umpan, kmol/jam
XhkD
= fraksi mol komponen heavy key di distilat
XhkF
= fraksi mol komponen heavy key di umpan
Ki
= koefisien aktivitas komponen i
Khk
= koefisien aktivitas komponen heavy key
Dengan batasan DK untuk komponen terdistribusi adalah 0,01 < DK < 0,99 dan tidak terdistribusi apabila DK < -0,01 atau DK > 1,01 XlkD. D
= 0,4261
ZlkF. F = 0,4304
XhkD. D
= 0,0178
ZhkF. F = 1,7806
Tabel LA.14 Cek Pemilihan LK dan HK Zi αD αB αavg F1 F2 DK Air 0,3815 82,0997 0,0000 41,0499 50,6698 -0,5018 50,1680 Benzil Sianida 0,1204 1,8232 1,7418 1,7825 0,9900 0,0000 0,9900 Asam Fenil Asetat 0,4981 1,0000 1,0000 1,0000 0,0000 0,0100 0,0100 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar Komponen
A.7
Kondensor (CD-01) Untuk menurunkan temperatur destilat yang berasal dari kolom destilasi serta
mengubah fasanya menjadi cair. 16
17
CD-01
18
Universitas Sumatera Utara
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
9
- persamaan neraca TTSL (3 komponen)
3
- alur yang terspesifikasi
3
- hubungan pembantu
3 -9
Derajat kebebasan
0
Maka neraca massa pada kondensor (CD-01)
Menghitung laju refluks destilat (R) : Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode Underwood :
i X iF 1 q i X i iD Rm 1 i
(Geankoplis, 1997)
Karena umpan dimasukkanndi kondensor adalah zat cair jenuh, maka q = 1 sehingga
i X iF 0 i
Dengan cara trial dan error didapat θ Trial θ = 1,4649
Tabel LA.15 Omega Point Destilasi Komponen
XiF
αi
Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
0,3815 0,1204 0,4981 1
41,0499 1,7825 1,0000
i X iF i
XiD
0,3957 0,6758 -1,0713 0,0001 ≈ 0
0,7544 0,2357 0,0098 1,0000
i X iD i
0,7824 1,3229 -0,0212 2,1052
Maka: Rm + 1 = 2,1052 Rm
= 1,1052
RD + 1 = 1,5 x Rm
(Geankoplis, 1997)
RD + 1 = 1,5 x 1,1052 = 1,6578
Universitas Sumatera Utara
Refluks Destilat : LD = RD x D
(McCabe, dkk., 1999)
LD = 1,6578 x 1,8079 kmol/jam LD = 2,9972 kmol/jam VD = LD + D LD = 2,9972 kmol/jam + 1,8079 kmol/jam LD = 4,8051 kmol/jam Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat :
Alur 18 (D) Tabel LA.16 Komposisi Komponen Destilat Komponen Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
BM 18,02 117,15 136,15
kmol/jam 1,3640 0,4261 0,0178 1,8079
Fraksi Mol 0,7544 0,2357 0,0098 1,0000
Komposisi : H2O C6H5CH2CN
: X18H2O : X18C6H5CH2CN
C6H5CH2COOH : X18C6H5CH2COOH
= XVdH2O = XVdC6H5CH2CN
= XLdH2O = XLdC6H5CH2CN
= XVdC6H5CH2COOH
= XLdC6H5CH2COOH = 0,0098
= 0,7544 = 0,2357
Alur 16 (VD) Total : N16 = N17 + N18
= 4,8051 kmol/jam
N16H2O
= 0,7544 x 4,8051 kmol/jam
N16H2O
= 3,6252 kmol/jam
N16C6H5CH2CN
= 0,2357 x 4,8051 kmol/jam
N16C6H5CH2CN
= 1,1326 kmol/jam
N16C6H5CH2COOH
= 0,0098 x 4,8051 kmol/jam
N16C6H5CH2COOH
= 0,0473 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Alur 17 (LD) Total : N17 = N16 – N18 17
N
= 2,9972 kmol/jam = 0,7544 x 2,9972 kmol/jam
H2O
N17H2O
= 2,2612 kmol/jam
N17C6H5CH2CN
= 0,2357 x 2,9972 kmol/jam
N17C6H5CH2CN
= 0,7065 kmol/jam
N17C6H5CH2COOH
= 0,0098 x 2,9972 kmol/jam
N17C6H5CH2COOH
= 0,0295 kmol/jam
Tabel LA.17 Neraca Massa Kondensor (CD-01) Komponen Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total A.8
VD (16) kg/jam kmol/jam 65,3264 3,6252 132,6842 1,1326 6,4431 0,0473 204,4537 4,8051
LD (17) D (18) kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam 40,7473 2,2612 49,9226 1,3640 82,7616 0,7065 24,5791 0,4261 4,0189 0,0295 2,4242 0,0178 127,5278 2,9972 76,9259 1,8079
Reboiler (RB-01) Untuk menaikkan temperatur campuran sampai ke titik didihnya sebelum
dimasukkan ke kolom destilasi. 21
20
RB-01
22
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
6
- persamaan neraca TTSL (2 komponen)
2
- alur yang terspesifikasi
2
- hubungan pembantu
2 -6
Derajat kebebasan
0
Universitas Sumatera Utara
Maka neraca massa pada reboiler (RB-01) Berdasarkan Geankoplis (1997), untuk kondisi umpan masuk dalam keadaan bubble point (cair jenuh) sehingga q = 1 VD
= VB + (1 – q) F
VD
= V B = 4,8051 kmol/jam
LB
= VB + B
LB
= 4,8051 kmol/jam + 1,7671 kmol/jam
LB
= 6,5722 kmol/jam
Alur 22 (B) Tabel LA.18 Komposisi Komponen Bottom Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
BM 117,15 136,15
kmol/jam 0,0043 1,7628 1,7671
Fraksi Mol 0,0024 0,9976 1,0000
Komposisi : C6H5CH2CN
: X22C6H5CH2CN
C6H5CH2COOH : X22C6H5CH2COOH
= XVbC6H5CH2CN
= XLbC6H5CH2CN
= 0,0024
= XVbC6H5CH2COOH
= XLbC6H5CH2COOH
= 0,9976
Alur 20 (LB) Total : N20 = N21 + N22
= 6,5722 kmol/jam
N20C6H5CH2CN
= 0,0024 x 6,5722 kmol/jam
N20C6H5CH2CN
= 0,0160 kmol/jam
N20C6H5CH2COOH
= 0,9976 x 6,5722 kmol/jam
N20C6H5CH2COOH
= 6,5562 kmol/jam
Alur 21 (VB) Total : N21 = N20 – N22
= 4,8051 kmol/jam
N21C6H5CH2CN
= 0,0024 x 4,8051 kmol/jam
N21C6H5CH2CN
= 0,0117 kmol/jam
N21C6H5CH2COOH
= 0,9976 x 4,8051 kmol/jam
N21C6H5CH2COOH
= 4,7934 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.19 Neraca Massa Reboiler (RB-01) Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total A.9
LB (20) kg/jam kmol/jam 1,8755 0,0160 892,6246 6,5562 894,5001 6,5722
VB (21) kg/jam kmol/jam 1,3717 0,0117 652,6261 4,7934 653,9973 4,8051
B (22) kg/jam kmol/jam 0,5043 0,0043 239,9985 1,7628 240,5028 1,7671
Prilling Tower (PT-01) Untuk mengkristalkan asam fenil asetat sebanyak 240,5028 kg/jam yang
keluar dari menara destilasi pada bottom produk. Menara dengan aliran udara dingin dari bawah. Udara Basah 23
PT-01
25
Udara Kering Pendingin
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
4
- persamaan neraca TTSL (3 komponen)
2
- alur yang terspesifikasi
2
- hubungan pembantu
0 -4
Derajat kebebasan
0
Maka neraca massa pada prilling tower (PT-01) Asumsi efisiensi pembentukan butiran terbentuk, artinya semua alur 25 akan membentuk butiran asam fenil asetat. Neraca Massa : F23 = F25
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.20 Neraca Massa Prilling Tower (PT-01) Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total A.10
Masuk (23) F (kg/jam) N (kmol/jam) 0,5043 0,0043 239,9985 1,7628 240,5028 1,7671
Keluar (25) F (kg/jam) N (kmol/jam) 0,5043 0,0043 239,9985 1,7628 240,5028 1,7671
Ball Mill (BM-01) Untuk memperkecil ukuran kristal yang terbentuk sebelum dilakukan
pengayakan. 25
BM-01
27
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
4
- persamaan neraca TTSL (2 komponen)
2
- alur yang terspesifikasi
2
- hubungan pembantu
0 -4
Derajat kebebasan
0
Maka neraca massa pada ball mill (BM-01) Neraca Massa : F25 = F27
Tabel LA.21 Neraca Massa Ball Mill (BM-01) Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
Masuk (25) F (kg/jam) N (kmol/jam) 0,5043 0,0043 239,9985 1,7628 240,5028 1,7671
Keluar (27) F (kg/jam) N (kmol/jam) 0,5043 0,0043 239,9985 1,7628 240,5028 1,7671
Universitas Sumatera Utara
A.11
Screening (SC-01) Untuk menghasilkan ukuran produk yang seragam. Ukuran asam fenil asetat
yang dijual di pasaran berkisar 0,5 mm. 27
29
28
Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur
6
- persamaan neraca TTSL (1 komponen)
2
- alur yang terspesifikasi
2
- hubungan pembantu
2 -6
Derajat kebebasan
0
Maka neraca massa pada screening (SC-01) Neraca Massa : F27 = F28 + F29 Asumsi : sisa asam fenil asetat dalam ayakan 1 % dari umpan masuk
Alur 28 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F28C6H5CH2CN 28
F
C6H5CH2CN
= 0,99 x 0,5043 kg = 0,4992 kg
N28C6H5CH2CN
= 0,4992 kg : 117,15 kg/kmol
N28C6H5CH2CN
= 0,0043 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F28C6H5CH2COOH
= 0,99 x 239,9985
F28C6H5CH2COOH
= 237, 5986 kg
N28C6H5CH2COOH
= 237, 5986 kg : 136,15 kg/mol
N28C6H5CH2COOH
= 1,7451 kmol
Universitas Sumatera Utara
Alur 29 - Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F29C6H5CH2CN
= F27C6H5CH2CN – F28C6H5CH2CN
F29C6H5CH2CN
= 0,5043 kg – 0,4992 kg
F29C6H5CH2CN
= 0,0050 kg
N29C6H5CH2CN
= 0,0050 kg : 117,15 kg/kmol
N29C6H5CH2CN
= 0,00004 kmol
- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F29C6H5CH2COOH
= F27C6H5CH2COOH – F28C6H5CH2COOH
F29C6H5CH2COOH
= 239, 9985 kg – 237, 5986 kg
F29C6H5CH2COOH
= 2,4000 kg
N29C6H5CH2COOH
= 2,4000 kg : 136,15 kg/mol
N29C6H5CH2COOH
= 0,0176 kmol
Tabel LA.22 Neraca Massa Screening (SC-01) Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Sub Total Total
Masuk (kg/jam) Alur 27 0,5043 239,9985 240,5028 240,5028
Keluar (kg/jam) Alur 28 Alur 29 0,0050 0,4992 2,4000 237,5986 2,4050 238,0978 240,5028
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan
= 1 jam
Satuan panas
= kiloJoule/jam (kJ/jam)
Temperatur referensi = 25oC (298,15 K)
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: - Perhitungan panas yang masuk dan keluar (Smith, dkk., 2005) - Perhitungan panas penguapan (Smith, dkk., 2005) Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp = a + bT + cT2 + dT3 Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T2
T1
b c d CpdT a(T2 T1 ) (T22 T12 ) (T23 T13 ) (T24 T14 ) 2 3 4
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa yang digunakan adalah : T2
T1
Tb
T2
T1
Tb
CpdT CpldT Hvl CpvdT
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : T2 T2 dQ rHr(T ) N CpdTout N CpdT T 1 T 1 in dt
B.1
Data Perhitungan Cp Perhitungan estimasi Cps (J/mol.K) menggunakan metode Hurst dan Harrison,
dimana kontribusi elemen atom dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.1 Nilai ΔE untuk Estimasi Cps Elemen Atom C H O N S (Perry dan Green, 1997)
E 10,89 7,56 13,42 18,74 12,36
n
Cp =
Ni Ei i 1
Hasil estimasi harga Cps,
Cps (NH4)HSO4
= (N) + (5 x H) + (S) + (4 x O) = (18,74) + (5 x 7,56) + (12,36) + (4 x 13,42) = 122,58 kJ/kmol K
Cps C6H5CH2COOH
= (8 x C) + (8 x H) + (2 x O) = (8 x 10,89) + (8 x 7,56) + (2 x 13,42) = 174,44 kJ/kmol K
Cps C6H5CH2CN
= (8 x C) + (7 x H) + N = (8 x 10,89) + (7 x 7,56) + (18,74) = 158,78 kJ/kmol K
Perhitungan estimasi Cpl (kal/moloC) menggunakan metode Chueh dan Swanson, dimana kontribusi gugus dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut, Tabel LB.2 Nilai ΔE untuk Estimasi Cpl Elemen Atom -CH= >C= -CH2 -COOH-CN (Reid, dkk., 1987)
E 5,30 2,90 6,20 19,10 13,60
n
Cp =
Ni Ei i 1
Universitas Sumatera Utara
Hasil estimasi harga Cpl,
Cpl C6H5CH2COOH
= (5 x -CH=) +(1 x >C=) +(1 x -CH2) + (1 x -COOH-) = (5 x 5,30) + (2,90) + (6,20) + (19,10) = 54,7 kal/moloC = 228,8648 kJ/kmol K
= (5 x -CH=) +(1 x >C=) +(1 x -CH2) + (1 x –CN)
Cpl C6H5CH2CN
= (5 x 5,30) + (2,90) + (6,20) + (13,60) = 49,2 kal/moloC = 205,8528 kJ/kmol K Tabel LB.3 Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp gas (kJ/kmol K) Komponen a Air 1,82964E+01 (Reklaitis, 1983)
Cpl H2SO4
b 4,72118E-01
c -1,33878D-03
d 1,31424E-06
= 138,900 kJ/kmol K (CRC PRESS LLC, 2000)
Tabel LB.4 Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp gas (kJ/kmol K) Komponen a Air 3,40471E+01 (Reklaitis, 1983)
b -9,65064E-03
c 3,29983E-05
d -2,04467E-08
Tabel LB.5 Kapasitas Panas Udara Temperatur (oC) 10,0 Udara 37,8 65,6 (Geankoplis, 1997) Komponen
B.2
Temperatur (K) 283,2 311,0 338,8
Cp (kJ/kg K) 1,0048 1,0048 1,0090
Data Panas Pembentukan Standar (ΔHof 298,15)
Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar Komponen Air Ammonium Bisulfat Asam Sulfat Benzil Sianida Asam Fenil Asetat (CRC PRESS LLC, 2000)
ΔHof -285.800 -1.027.000 -814.000 86.600 -343.500
Satuan kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
B.3
Data Panas Perubahan Fasa Komponen (ΔHvl)
Tabel LB.7 Laten Heat of vaporization pada 298, 15 K (25 oC) Komponen
Hv (kJ/kmol)
Tc (K)
Tb (K)
Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
40.656,2000 38.290,4775 57.026,0000
647,0960 738,5547 693,0000
373,15 507,15 538,65
(Geankoplis, 1997; Reklaitis, 1983; Perry dan Green, 1997)
Estimasi heat of vaporization pada temperatur tertentu menggunakan korelasi Watson’s
Dimana : Tc
= temperatur kritis (K)
Tb
= normal boiling point
Tabel LB.8 Data Steam dan Air Pendingin yang Digunakan T (oC) 27 Air 40 200 Saturated steam 300 (Geankoplis, 2003) Komponen
H (kJ/kmol K) 149,8115 1.125,7906 -
λ (kJ/kg) 1.940,75 1.405
P (kPa) 101,325 101,325 1.553,8 8.581
Tabel LB.9 Kapasitas Panas H2SO4 Berdasarkan % Mol pada 20 oC % Mol H2SO4 5,16 9,82 15,36 21,40 22,27
Cp 0,9549 0,9177 0,8767 0,8339 0,8275
Satuan kal/goC kal/goC kal/goC kal/goC kal/goC
Universitas Sumatera Utara
B.4
Heater Umpan Benzil Sianida Pada heater (HE-01), sebelum masuk ke umpan reaktor terlebih dahulu
Benzil sianida dipanaskan hingga mencapai temperatur 90 oC. Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan. Steam 200oC,
4 Benzyl Sianida 99% o 90 C
Benzyl Sianida 99% 27oC
1
HE-01
Kondensat 200oC
Tabel LB.10 Neraca Energi Masuk Heater (HE-01) N1in
Komponen Benzil Sianida Air
300,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
457,7296 149,8115
1.112,1854 23,9099 1.136,0953
2,4298 0,1596 Total Panas Masuk
Tabel LB.11 Neraca Energi Keluar Heater (HE-01) N4out
Komponen Benzil Sianida Air
2,4298 0,1596 Total Panas Keluar
363,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
13.380,4320 4.909,5336
Q (kJ/jam) 32.511,5986 783,5616 33.295,1602
Maka steam yang dibutuhkan : dQ dt
= Qout Qin = 33.295,1602 kJ/jam – 1.136,0953 kJ/jam = 32.159,0649 kJ/jam
m
= =
dQ / dt
32.159,0649kJ / jam 1940,7500 kJ / kg
= 16,5704 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Mixer (M-01)
B.5
Untuk mencampurkan asam sulfat dengan air sehingga diketahui jumlah air pendingin yang diperlukan pada jaket pendingin. Air 2 27oC
3 Asam Sulfat 98% Air 2% 27oC
M-01
5
Asam Sulfat Air
Tabel LB.12 Neraca Energi Mixer (M-01) Alur
Nin (kmol/jam) 2 Air 26,2155 Asam Sulfat 98% 6,3434 3 Air 2% 0,7046 Total Panas Masuk Neraca Panas Keluar Mixer (M-01) Komponen
N5H2O
= 26,9201 kmol/jam
N5H2SO4
= 6,3434 kmol/jam
% Mol H2SO4 =
T (K)
300,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
300,15 300,15 300,15
12.216,8 277,8 12.216,8
Q (kJ/jam) 320.269,4610 1.762,1879 8.608,0946 330.639,7435
6,3434 6,3434 100% 100% 19,0701% 26,9201 6,3434 33,2635
Diinterpolasi dari tabel LB.9, diperoleh : Cp H2SO4 19,0701% mol = 0,8504 kal/groC = 3,5581 kJ/kgoC Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin
=
Qout
330.639,7435 =
1.107,2579 x 3,5581 (Tout - 20)
(Tout - 20)
=
83,9239
Tout
=
103,9239oC
Tabel LB.13 Neraca Energi Masuk Mixer Komponen Asam Sulfat Air
N5in
6,3434 26,9201 Total Panas Masuk
300,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
10.962,5241 29.897,2586
Q (kJ/jam) 69.539,3355 804.837,3819 874.376,7174
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.14 Neraca Energi Keluar Mixer
Asam Sulfat Air
N6out
Komponen
363,15
298,15
6,3434 26,9201 Total Panas Keluar
Cp dT (kJ/kmol)
9.028,5000 26.281,4178
Q (kJ/jam) 57.271,1070 707.498,5629 764.769,6699
Maka steam yang dibutuhkan : dQ dt
= Qout Qin = 764.769,6699 kJ/jam – 874.376,7174 kJ/jam = -109.607,0475 kJ/jam
m
=
dQ / dt x 18,02 kg/kmol H (40 C ) H (27 o C )
=
109.607,0475kJ / jam x 18,02 kg/kmol 1.125,7906 149,8115kJ / kmol
o
= 2.023,7308 kg/jam
B.6
Reaktor (R-01) Reaktor yang digunakan adalah reaktor tangki berpengaduk pada temperatur
90oC dan 1 atm (Kamm dan Matthews, 1922), dimana reaktan berupa zat cair pada temperatur 90oC. Pendingin yang digunakan pada 27oC dengan menggunakan koil pendingin. Tujuan perhitungan neraca panas reaktor untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan untuk mengkondisikan reaktor pada temperatur 90oC. Asam Sulfat Air 90oC
5
Benzil Sianida 90oC
4
Air pendingin 27oC
Air pendingin 40oC
R-01
6
90oC Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.15 Neraca Energi Masuk Reaktor
Benzil Sianida Air
363,15
298,15
2,4298 0,1596
Cp dT (kJ/kmol)
13.380,4320 4.909,5336
N5in
Komponen Asam Sulfat Air
N4in
Komponen
Q (kJ/jam) 32.511,5986 783,3588
363,15
298,15
6,3434 26,9201 Total Panas Masuk
Cp dT (kJ/kmol)
9.028,5000 4.909,5336
Q (kJ/jam) 57.271,1070 132.165,1662 222.731,2306
Tabel LB.16 Neraca Energi Keluar Reaktor Komponen
N6out
Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
0,4860 23,1920 4,3995 1,9438 1,9438 Total Panas Keluar
363,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
13.380,4320 4.909,5336 9.028,5000 14.876,2120 7.967,7000
Q (kJ/jam) 6.502,8900 113.861,9027 39.720,8858 28.916,3809 15.487,6153 204.489,6746
Panas Reaksi : Reaksi yang terjadi adalah : C6 H 5CH 2CN 2H 2O H 2 SO4 C6 H 5CH 2COOH NH 4 HSO4
Tabel LB.17 Panas Reaksi Standar 298,15 K σ (Koefisien Reaksi) Benzil Sianida 1 Air 2 Asam Sulfat 1 Asam Fenil Asetat 1 Ammonium Bisulfat 1 Panas reaksi pada keadaan standar : Komponen
ΔHf
ΔH produk
ΔH reaktan
86.600 -285.800 -814.000 -343.500 -1.027.000
-343.500 -1.027.000
86.600 -571.600 -814.000 -
ΔHro = Σ σ.ΔHf = (-343.500 - 1.027.000) – (86.600 - 571.600 - 814.000) = -71.500 kJ/kg mol
Universitas Sumatera Utara
Maka, selisih panas adalah : dQ dt
= H ro r Qout Qin = -71.500 + 204.489,6746 – 222.731,2306 = -89.741,5561 kJ/jam
Tanda negatif, berarti sistem mengeluarkan panas sebesar 89.741,5561 kJ/jam. Maka dibutuhkan air pendingin. Air pendingin yang dibutuhkan adalah : m
=
dQ / dt x 18,02 kg/kmol H (40 C ) H (27 o C )
=
89.741,5561 kJ / jam x 18,02 kg/kmol 1.125,7906 149,8115kJ / kmol.K
o
= 1.656,9442 kg/jam
Tabel LB.18 Neraca Energi Reaktor (R-01) Komponen
Panas Masuk (kJ/jam)
Panas Keluar (kJ/jam)
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Panas Reaksi Air pendingin Total
32.511,5986 57.271,1070 132.948,5250 -89.741,5560 132.989,6746
6.502,8900 39.720,8858 113.861,9027 28.916,3809 15.487,6153 -71.500 132.989,6746
B.7
Heater (HE-02) Pada heater (HE-02), untuk memanaskn keluaran reaktor dengan temperatur
137,5oC yang selanjutnya diumpankan ke washing (W-01). Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan untuk memanaskan keluaran reaktor karena pada washing diperlukan temperatur hingga 80oC. Steam 200oC,
7 137,5oC Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
HE-02
6
90oC Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
Kondensat 200oC
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.19 Neraca Energi Masuk Heater (HE-02) Komponen
N6in
Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
0,4860 23,1920 4,3995 1,9438 1,9438 Total Panas Masuk
363,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
13.380,4320 4.909,5336 9.028,5000 14.876,2120 7.967,7000
Q (kJ/jam) 6.502,8900 113.861,9027 39.720,8858 28.916,3809 15.487,6153 204.489,6746
Tabel LB.20 Neraca Energi Keluar Heater (HE-02) N7out
Komponen
410, 65
298,15
Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
0,4860 23,1920 4,3995 1,9438 1,9438 Total Panas Masuk Maka steam yang dibutuhkan : dQ dt
Cp dT (kJ/kmol)
23.158,4400 8.553,0175 15.626,2500 25.747,2900 13.790,2500
Q (kJ/jam) 11.254,0149 198.361,6333 68.748,3036 50.048,3427 26.805,8952 355.218,1898
= Qout Qin = 355.218,1898 kJ/jam – 204.489,6746 kmol/jam = 150.728,0249 kJ/jam
m
= =
dQ / dt
150.728,0249 kJ / jam 1940,7500 kJ / kg
= 77,6648 kg/jam Tabel LB.21 Neraca Energi Heater (HE-02) Komponen Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Steam Total
Panas masuk (kJ/jam) 6.502,8900 113.861,9027 39.720,8858 28.916,3809 15.487,6153 150.728,0249 355.218,1898
Panas keluar (kJ/jam) 11.254,0149 198.361,6333 68.748,3036 50.048,3427 26.805,8952 355.218,1898
Universitas Sumatera Utara
B.8
Washing (W-01) Tujuan perhitungan neraca panas pada washing (W-01) untuk mengetahui
temperatur air pencuci yang masuk, karena proses pencucian berlangsung pada temperatur 80oC Benzil Sianida 7 Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 137,5oC
Air 27oC
8
W-01 80oC Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
9
Tabel LB.22 Neraca Energi Masuk Washing (W-01) Komponen
N7in
Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
0,4860 23,1920 4,3995 1,9438 1,9438
Komponen
N8in
Air
410, 65
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
23.158,4400 8.553,0175 15.626,2500 25.747,2900 13.790,2500
Q (kJ/jam) 11.255,0018 198.361,5819 68.747,6869 50.047,5823 26.805,4880
300,15
298,15
45,5889 Total Panas Masuk
Cp dT (kJ/kmol) 149,8115
Q (kJ/jam) 6.829,7428 362.047,0836
Tabel LB.23 Neraca Energi Keluar Washing (W-01) Komponen Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
N9out 0,4860 68,7809 4,3995 1,9438 1,9438 Total Panas Keluar
353,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
11.321,9040 4.149,1778 7.639,5000 12.587,5640 6.741,9000
Q (kJ/jam) 5.502,4453 285.384,2156 33.609,9803 24.467,7069 13.104,9052 362.069,2533
Universitas Sumatera Utara
B.9
Cooler (HE-03) Pada cooler (HE-03), hasil keluaran filter yang berupa kristal ammonium
bisulfate (F-01) dan cairannya berasal dari bagian bawah alur 11 didinginkan terlebih dahulu sebelum disimpan ke tangki penyimpanan. Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan. Air Pendingin 27oC, 1 atm
12 30oC, 1 atm Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
80oC, 1 atm Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
11
HE-03
Air Pendingin Bekas 40oC, 1 atm
Tabel LB.24 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-03) Komponen
N11in
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
0,0041 0,0372 0,5814 0,0164 1,9438 Total Panas Masuk
353,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
11.321,9040 7.639,5000 4.149,1778 12.587,5640 6.741,9000
Q (kJ/jam) 46,4198 284,1894 2.412,3319 206,4360 13.104,9052 16.054,2824
Tabel LB.25 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-03) Komponen
N12out
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat
0,0041 0,0372 0,5814 0,0164 1,9438 Total Panas Masuk
303,15
Cp dT (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
1.029,2640 694,5000 374,7055 1.144,3240 612,9000
4,2200 25,8354 217,8538 18,7669 1.191,3550 1.458,0311
298,15
Maka steam yang dibutuhkan : dQ dt
= Qout Qin = 1.458,0311 kJ/jam – 16.054,2824 kmol/jam = -14.596,2513 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
m
=
dQ / dt x 18,02 kg/kmol H (40 C ) H (27 o C )
=
14.596,2513 kJ / jam x 18,02 kg/kmol 1.125,7906 149,8115 kJ / kmol.K
o
= 269,4980 kg/jam
Tabel LB.26 Neraca Energi Cooler (HE-03) Panas masuk (kJ/jam) Alur 11 46,4198 284,1894 2.412,3319 206,4360 13.104,9052 -14.596,2513 1.458,0311
Komponen Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Air Pendingin Total B.10
Panas keluar (kJ/jam) Alur 12 4,2200 25,8354 217,8538 18,7669 1.191,3550 1.458,0311
Heater (HE-04) Tujuan perhitungan neraca panas untuk mengetahui jumlah steam yang
diperlukan, dimana heater ini berfungsi untuk menaikkan temperatur sebagai umpan destilasi. Steam 200oC
Benzil Sianida Air Asam Fenil Aseatt 196,85oC,
15
13
HE-04
Benzil Sianida Air Asam Fenil Aseat 80oC
Kondensats 200oC
Tabel LB.27 Neraca Energi Masuk Heater (HE-04) Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat
N13in 0,4304 1,3640 1,7806 Total Panas Masuk
353,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
11.321,9040 4.149,1778 12.587,5640
Q (kJ/jam) 4.872,9475 5.659,4785 22.413,4165 32.945,8424
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.28 Neraca Energi keluar Heater (HE-04) N15out
Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Komponen Air
470
298,15
0,4304 1,7806
N19out 1,3640
BP
298,15
Cp(l ) dT
Cp dT (kJ/kmol)
35.375,8037 39.330,4159 ΔHVL
(kJ/kmol) 5.671,8679 40.656,2 Total Panas Keluar
470
BP
Cp(v) dT
(kJ/kmol) 3.323,5890
Q (kJ/jam) 15.225,7459 70.031,7385 Q (kJ/jam) 67.724,8601 152.982,3445
Maka steam yang dibutuhkan : dQ dt
= Qout Qin = 152.982,3445 kJ/jam – 32.945,8424 kJ/jam = 120.036,5021 kJ/jam
m
= =
dQ / dt
120.036,5021 kJ / jam 1940,7500 kJ / kg
= 61,8506 kg/jam
Tabel LB.29 Neraca Energi Heater (HE-04) Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Steam Total B.11
Panas masuk (kJ/jam) Alur 13 4.872,9475 5.659,4785 22.413,4165 120.036,5021 152.982,3445
Panas keluar (kJ/jam) Alur 15 15.225,7459 67.724,8601 70.031,7385 152.982,3445
Kolom Destilasi (MD-01) Untuk memisahkan asam fenil asetat dari larutan benzil sianida dan air
berdasarkan perbedaan titik didihnya.
Universitas Sumatera Utara
a.
Kondensor Umpan masuk kondensor Kondisi
: Uap jenuh
Temperatur
: 183,83 oC = 362,8940 oF
Tabel LB.30 Heat of Vaporization pada Titik Didihnya Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Total
BM (kg/kmol) 117,15 18,02 136,15
N (kmol/jam) 1,1326 3,6252 0,0473 4,8051
Fraksi mol 0,2357 0,7544 0,0099 1,0000
Hv (kJ/kmol) 38.290,4775 40.656,2000 57.026,0000
Tabel LB.31 Heat of Vaporization pada 183,83 oC Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Total
Fraksi mol 0,2357 0,7544 0,0099 1,0000
Hv (kJ/kmol) 41.254,8427 35.386,7919 67.013,2893
Hv komponen (kJ/kmol) 9.724,0184 26.697,4005 659,9834 37.081,2598
Komposisi komponen keluar sebagai destilat Kondisi
: Cair jenuh
Temperatur
: 183,83 oC = 362,8940 oF
Tabel LB.32 Kapasitas Panas Cairan sebagai Destilat (D) Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Total HL
BM (kg/kmol) 117,15 18,02 136,15
N (kmol/jam) 0,4261 1,3640 0,0178 1,8079
Fraksi mol 0,2357 0,7544 0,0099 1,0000
cpL (kJ/kmoloC) 205,8528 74,8817 228,8646
= N x cpL x ΔT
Pada Benzil sianida HL = 0,2357 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 205,8528 = 7.706,5527 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
Pada Air HL = 0,7545 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 74,8817 = 8.972,9662 kJ/kmol Pada Asam Fenil Asetat HL = 0,0098 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 228,8646 = 358,0002 kJ/kmol HL total = 17.037,5190 kJ/kmol = 4.072,0693 kkal/kmol Komposisi komponen keluar sebagai Reflux (Lo) Kondisi
: Cair jenuh
Temperatur
: 183,83 oC = 362,8940 oF
Tabel LB.33 Entalpi Cairan sebagai Reflux Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Total
BM N (kg/kmol) (kmol/jam) 117,15 0,7065 18,02 2,2612 136,15 0,0295 2,9972
Fraksi mol 0,2357 0,7544 0,0099 1,0000
cpL (kJ/kmoloC) 205,8528 74,8817 228,8646
HL (kJ/kmol) 7.706,5527 8.972,9662 358,0002 17.037,5190
Beban kondensor Qc = Vd.Hv – D.HL-L.HL = (4,8051 x 37.081,4023) – (1,8079 x 17.037,5190) – (2,9972 x 17.037,5190) = 96.313,6537 kJ/jam = 23.019,5157 kkal/jam = 91.287,3711 Btu/jam
LMTD =
=
t 2 t1 t ln( 2 ) t1 (183,83 40) (183,83 27) ln(183,83 40 183,83 27 )
= 150,2363 oC = 302,4253 oF
Kebutuhan air pendingin W
= Qc/(LMTD.cp) = 96.313,6537 kJ/jam/(150,2363oC x 2,5211 kJ/kgoC) = 254,2893 kg/jam = 560,6150 lb/jam
Universitas Sumatera Utara
b.
Reboiler Preheating dimana temperatur umpan dari 196,85 oC menjadi 267,85 oC Kondisi umpan masuk Kondisi
: Cair jenuh
Temperatur
: 196,85 oC
Tabel LB.34 Entalpi Cairan sebagai Umpan Preheating Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
N (kmol/jam) 0,0160 6,5562 6,5722
Fraksi mol 0,0024 0,9976 1,0000
cpL (kJ/kmoloC) 205,8528 228,8646
HL (kJ/kmol) 121,7767 55.444,3783 55.566,1550
Kondisi umpan keluar sebagai Bottom Kondisi
: Uap jenuh
Temperatur
: 267,85 oC = 514,13 oF
Tabel LB.35 Heat of Vaporization pada 267,85 oC Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
N (kmol/jam) 0,0043 1,7628 1,7671
Fraksi mol 0,0024 0,9976 1,0000
Hv (kJ/kmol) 38.290,4775 57.026,0000
Hv komponen (kJ/kmol) 87,8334 56.556,3977 56.644,2312
Komposisi komponen masuk Reboiler Kondisi
: Cair jenuh
Temperatur
: 267,85 oC = 514,13 oF
Tabel LB.36 Entalpi Cairan sebagai Lb N Fraksi (kmol/jam) mol Benzil Sianida 0,0160 0,0024 Asam Fenil Asetat 6,5562 0,9976 Total 6,5722 1,0000 qp = 6,5722 x (55.566,1550 – 39.320,7483) Komponen
cpL (kJ/kmoloC) 205,8528 228,8646
HL (kJ/kmol) 121,7767 55.444,3783 55.566,1550
= 106.767,9782 kJ/jam = 101.196,1198 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
Kondisi umpan keluar sebagai Vb Kondisi
: Uap jenuh
Temperatur
: 267,85 oC = 514,13 oF
Tabel LB.37 Heat of Vaporization pada 267,85 oC N (kmol/jam) 0,0117 4,7934 4,8051
Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total qv
Fraksi mol 0,0024 0,9976 1,0000
Hv (kJ/kmol) 36.057,0801 56.694,5030
Hv komponen (kJ/kmol) 87,8334 56.556,3977 56.644,2312
= 6,5722 x (56.644,2312 – 55.566,1550) = 7.085,3267 kJ/jam = 6.715,5675 Btu/jam
Q
= qp + qv = 113.853,3048 kJ/jam = 107.911,6873 Btu/jam
Maka steam yang dibutuhkan : m
= =
dQ / dt
113.853,3048 kJ / jam 1.405 kJ / kg
= 81,0344 kg/jam
B.12
Cooler (HE-05) Pada cooler (HE-05), hasil keluaran destilat menara destilasi (MD-01)
didinginkan terlebih dahulu sebelum kembali ke reaktor (R-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan. Air Pendingin 27oC, 1 atm
Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat 90oC, 1 atm
19
HE-05
18
Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat 183,83oC, 1 atm
Air Pendingin Bekas 40oC, 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.38 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-05)
Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Komponen Air
N18in
Komponen
456, 98
298,15
0,4261 0,0178
N18in
BP
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
32.695,6002 36.350,5962
Cp(l ) dT
ΔHVL
(kJ/kmol) 5.448,6992 40.656,2 Total Panas Masuk
1,3640
470
BP
Cp(v) dT
(kJ/kmol) 2.972,0894
Q (kJ/jam) 13.931,5953 647,0406 Q (kJ/jam) 66.941,0124 81.519,6483
Tabel LB.39 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-05) N19out
Komponen
363,15
298,15
Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat
0,4261 1,3640 0,0178 Total Panas Keluar Maka air pendingin yang dibutuhkan : dQ dt
Cp dT (kJ/kmol)
13.380,4320 4.909,5336 14.876,2120
Q (kJ/jam) 5.701,4021 6.696,6038 264,7966 12.662,8024
= Qout Qin = 12.662,8024 kJ/jam – 81.519,6483 kJ/jam = -68.856,8458 kJ/jam
m
=
dQ / dt x 18,02 kg/kmol H (27 C ) H (40 o C )
=
68.856,8458 kJ / jam x 18,02 kg/kmol 149,8115 1.125,7906 kJ / kmol.K
o
= 1.271,3391 kg/jam
Tabel LB.40 Neraca Energi Cooler (HE-05) Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Air Pendingin Total
Panas masuk (kJ/jam) Alur 18 13.931,5953 66.941,0124 647,0406 -68.856,8458 12.662,8024
Panas keluar (kJ/jam) Alur 19 5.701,4021 6.696,6038 264,7966 12.662,8024
Universitas Sumatera Utara
B.13
Cooler (HE-06) Pada cooler (HE-06), hasil keluaran bottom menara destilasi (MD-01)
didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam prilling tower (PT-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan. Air Pendingin 27oC, 1 atm
Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 100oC, 1 atm
HE-06
23
Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 267,85oC, 1 atm
22
Air Pendingin Bekas 40oC, 1 atm
Tabel LB.41 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-06)
Asam Fenil Asetat
BP
298,15
541
298,15
1,7628 N22in
Komponen
N22in
Komponen
Cp dT (kJ/kmol)
40.703,6047
Cp(l ) dT
ΔHVL
BP
(kJ/kmol) Benzil Sianida
0,0043
470
38.290,4775 29.642,8032 Total Panas Masuk
Cp(v) dT
(kJ/kmol) 6.968,1173
Q (kJ/jam) 71.752,3143 Q (kJ/jam) 322,0760 72.074,3903
Tabel LB.42 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-06) N23out
Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
0,0043 1,7628 Total Panas Keluar Maka air pendingin yang dibutuhkan :
dQ dt
373,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
15.438,9600 17.164,8600
Q (kJ/jam) 66,3875 30.258,2152 30.324,6027
= Qout Qin = 30.324,6027 kJ/jam – 72.074,3903 kJ/jam = -41.749,7876 kJ/jam
m
=
dQ / dt x 18,02 kg/kmol H (27 C ) H (40 o C )
=
41.749,7876 kJ / jam x 18,02 kg/kmol 149,8115 1.125,7906 kJ / kmol.K
o
= 770,8477 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.43 Neraca Energi Cooler (HE-06) Panas masuk (kJ/jam) Alur 22 322,0760 71.752,3143 -41.749,7876 30.324,6027
Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Air Pendingin Total
Panas keluar (kJ/jam) Alur 23 66,3875 30.258,2152 30.324,6027
Prilling Tower (PT-01)
B.14
Pada prilling tower (PT-01), setelah hasil bottom didinginkan pada HE-09 maka produk diumpankan ke PT-01 untuk membentuk kristal dengan bantuan udara dingin. Tujuan perhitungan neraca panas pada prilling tower ini untuk mengetahui temperatur keluaran udara bekas. - Panas masuk (Qi), Qi
= N23asam fenil
373,15
298,15
Cp as. fenil + N23Benzil
373,15
298,15
Cpbenzyl
= 30.324,6027 kJ/jam
Panas masuk udara Asumsi temperatur udara masuk 30oC (303,15 K) dan massa udara (F = 200 kg/jam) BMrata-rata
= (79% x BM N2) + (21% x BM O2) = (0,79 x 28) + (0,21 x 32) = 28,84 kg/kmol
Nudara
= F/BMrata-rata = 200/28,84 = 6,9348 kmol/jam
Tabel LB.44 Neraca Energi Udara Masuk Prilling Tower (PT-01) N24udara masuk (kmol/jam) 6,9348
Komponen Udara Total panas masuk
303,15
298,15
Cp( g ) dT (kJ/kmol) 5.021,6394
Qin (kj/jam) 34.824,1293
= panas masuk alur 27 + panas masuk udara alur 28 = 30.324,6027 kJ/jam + 34.824,1293 kJ/jam = 65.148,7320 kJ/jam
- Panas keluar (Qo), Qo
= N25asam fenil
303,15
298,15
Cp as. fenil + N25Benzil
303,15
298,15
Cpbenzyl
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.45 Neraca Energi Keluar Prilling Tower (PT-01) N25out
Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat
303,15
298,15
Cp dT (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
793,9000 872,2000
3,4138 1.537,5142 1.540,9279
0,0043 1,7628 Total
Perhitungan temperatur keluar udara pendingin Panas keluar alur 26 Jika diasumsikan Prilling Tower bersifat adiabatik, panas masuk = panas keluar dQ dt
= Qout Qin = 0
Qout
= Qin
Qout25 + Qout26 = Qin23 + Qin24 T
1.540,9279 + Nudara[
298,15
T
Nudara[
298,15
Cp( g ) dT ]
Cp( g ) dT ] = 30.324,6027 + 34.824,1293 = 63.607,8041 kJ/jam
Dengan cara trial and error diperoleh temperatur udara keluar sebesar 34,1322oC
Hasil perhitungan udara keluar :
Tabel LB.46 Neraca Energi Udara Keluar Prilling Tower (PT-01) Komponen Udara
N26udara masuk (kmol/jam) 6,9348
315, 4240
298,15
Cp( g ) dT (kJ/kmol)
Qin (kj/jam)
9.171,7231
63.604,1826
Tabel LB.47 Neraca Energi Prilling Tower (PT-01) Komponen Umpan Udara Masuk Produk Udara Keluar Total
Panas masuk (kJ/jam) 30.324,6027 34.824,1293 65.148,7320
Panas keluar (kJ/jam) 1.540,9279 63.604,1826 65.145,1106 ≈ 65.148,7320
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN Beberapa persamaan yang digunakan dalam perhitungan perancangan tangki: Tangki penyimpanan cairan disediakan dengan ruang uap tertentu :
15 % jika volum < 500 galon
10 % jika volum > 500 galon
-
Volume shell tangki (Vs)
(Walas, dkk., 1988)
Vo 14 πD 2 L
Vs
Vo
2 - sin
1
Tabel LC.1 Perbandingan Panjang dan Diameter Tangki P (psig) L/D (Walas, 1988)
-
0-250 3
251-500 4
501 + 5
Volume tutup tangki (Ve) Untuk torispherical (L = D) Vo = 0,0778 D3
Vh
Vo
D 1,5 H D
2H
2
(Walas, dkk., 1988)
dimana: L
= panjang silinder (m)
H
= tinggi cairan (m)
D
= diameter silinder (m)
Vo = volum ”full head” θ
-
= sudut kerucut
Tebal shell tangki
t
PR + n. C SE 0,6P
(Perry dan Green, 1997)
Universitas Sumatera Utara
dimana:
-
t
= tebal shell (in)
P
= tekanan desain (psia)
R
= jari-jari dalam tangki (in)
S
= allowable Stress (psia)
E
= joint efficiency
C
= corrosion allowance (in/tahun)
n
= umur alat (tahun)
Tebal tutup tangki untuk flat flanged
t D 0,3 P + n. C S
-
(Walas, dkk., 1988)
Tebal tutup tangki untuk torispherical t
P rc M 2SE 0,2P
3 rc
M=
+ n. C
(Brownell dan Young, 1959)
1/ 2
icr
4
dimana: t
= tebal tutup (in)
P
= tekanan desain (psig)
L
= crown radius
D
= diameter tutup (in)
S
= allowable Stress (psia)
E
= joint efficiency
C
= corrosion allowance (in/tahun)
n
= umur alat (tahun)
rc = crown radius (in) icr = inside corner radius (in) sf
= straight flange length
Rumus densitas campuran, ρ campuran : Ρcampuran = Σ% berati.ρi
(Reid, dkk., 1987)
Universitas Sumatera Utara
Tangki Penyimpanan Benzil Sianida (TK-01)
C.1 Fungsi
: Menyimpan benzil sianida untuk kebutuhan selama 15 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup flat flanged
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-285 grade A
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 30 °C
Tekanan
: 1 atm = 14,696 psia
Tabel LC.2 Komposisi Bahan pada Tangki Penyimpanan Benzil Sianida (TK-01) F (kg/jam) 284,6495 2,8752 287,5248
Komponen Benzil Sianida Air Total
Fraksi Massa 0,99 0,01 1,00
Densitas (kg/m3) 1.012,50 995,68
ρ campuran (kg/m3) 1.002,3750 9,9568 1.012,3318
Perhitungan: a.
Volume larutan, Vl
=
287,5248 kg/jam x 15 hari x 24 jam/hari 1012,3318 kg/m 3
= 102,2480 m3 Faktor kelonggaran
= 10 %
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,1) . 51,1215 m3 = 112,4728 m3
Fraksi volum
=
Vl 102,2480 0,9091 Vt 112,4728
Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook edisi 8 diperoleh untuk fraksi volum 0,9091 maka H/D = 0,8535
b.
Diameter dan tinggi shell Volume tangki (V) V
= Vs
Kapasitas shell dengan H/D = 0,8535 θ
= 2 arc cos (1-2H/D)
θ
= 2 arc cos (1-2.0,8535) = 269,9827o = 4,7122 rad
Universitas Sumatera Utara
Vs
= Vo (V/Vo)
Vs
=
Vs
= 0,7140 D2L
L/D
=3
Vs
= 2,1420 D3
4
2 sin
D2 L 1
112,4728 m3 = 2,1420 D3
c.
D
= 3,7446 m = 147,4262 in
R
= 1,8723 m = 73,7131 in
H
= 0,8535 x D = 3,1960 m = 125,8283 in
L
= 3 x D = 11,2339 m = 442,2787 in
Tebal shell tangki
Tinggi larutan dalam tangki = 3,1960 m Tekanan hidrostatik = x g x ZL
P
= 1.012,3318 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,1960 m = 31.707,4864 Pa = 31,7075 kPa Faktor kelonggaran P operasi
= 10 %
= 1 atm = 101,325 kPa
Maka, Pdesain = (1,1) (P operasi + P hidrostatik) = 1,1 ( 101,325 + 25,1658) = 146,3357 kPa = 21,2243 psia = 6,5283 psig -
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade A
-
Allowable working Stress (S)
: 11.200 psia
-
Joint efficiency (E)
: 0,90
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
-
Umur alat
(Walas, dkk., 1988) (Walas, dkk., 1988) (Perry dan Green, 1997)
: 10 tahun
PR n. C SE 0,6P (6,5283 psig) ( 73,7131) 10.(0,125in ) (11.200 psia)(0,90) 0,6(6,5283 psig) 1,2978 in
t
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell standar yang digunakan = 1,375 in d.
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal tutup tangki
t D 0,3P
S
n. C 147,4262in 0,3 6,5283 10.(0,125) 11.200
t 3,1995 in
Tebal tutup standar yang digunakan adalah 3 in
C.2
(Brownell dan Young, 1959)
Pompa (P-01)
Fungsi
: Untuk memompa benzil sianida menuju heater (HE-01)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 27 oC
-
Laju alir massa
: 287,5248 kg/jam
=
0,1761 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.012,3318 kg/m3
=
63,1999 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,0409 cP
=
0,00003 lbm/ft.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
Laju alir volumetrik, Q
F
: 14,696 psi
0,1761lbm / s 0,0028 ft 3 / s 0,00008 m 3 / s 3 63,1999 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00008)0,45 x (1.012,3318)0,13 = 0,0127 m = 0,5005 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,5 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,6220 in
-
Diameter luar (OD)
= 0,8400 in
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00211 ft
-
Bahan konstruksi
= 0,0518 ft
= 0,0158 m
= 0,0700 ft
= 0,0213 m
2
= Commercial steel
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linear, v
Q 0,0028 ft 3 / s 1,3204 ft / s at 0,00211 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 63,1999 x 1,3204 x 0,0518 157.549,2712 0,00003
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5 ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0158 = 0,0029 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 157.549,2712 dan ɛ/D = 0,0029, diperoleh f = 0,0065 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 1,6404 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0518 ft = 0,6738 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0518 ft = 3,1100 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0518 ft = 0,5702 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0518 ft = 2,8508 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 1,6404 + 0,6738 + 3,1100 + 0,5702 + 2,8508 = 8,8452 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 x (0,0065) x (1,3204 2 ) x (8,8452) 0,1202 2 x (32,174) x (0,0518)
Tinggi pemompaan, Δz = 1,6404 ft
Universitas Sumatera Utara
Static head, z
g 1,6404 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc = 1,6404 + 0 + 0 + 0,1202 = 1,7606 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0007hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.3
Heater Benzil Sianida (HE-01)
Fungsi
: Menaikkan temperatur benzil sianida sebelum masuk ke reaktor (R-01)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 15 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Steam saturated Laju alir fluida masuk (W)
: 16,5704 kg/jam o
= 36,5312 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 200 C
= 392 oF
Temperatur keluar (T2)
: 200 oC
= 392 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 287,5248 kg/jam
= 633,8730 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 27 oC
= 80,6 oF
Temperatur keluar (t2)
: 90 oC
= 194 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Fluida dingin : Benzil sianida
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 32.159,0607 kJ/jam = 30.480,7885 Btu/jam (2) t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.3 Data Temperatur Heater (HE-01) Fluida panas (oF) T1 = 392 T2 = 392 T1 – T2 = 0 LMTD
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 194
t2 = 198,0
t1 = 80,60
t1 = 311,4
t2 – t1 = 113,4
t1 - t2 = 113,4
t1 t 2 t ln( 1 ) t 2
311,4 198,0 ln(311,4 ) 198,0 = 250,4355 oF = 121,3530 oC
=
(3) Temperatur kalorik (Tav dan tav) Tav
=
T1 T2 2
392 392 2
= 392 F
tav
=
t1 t 2 2
80,60 194 2
= 137,3 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin : pipa (4) ID =
Dari tabel 11 Kern, 1965 D2
2,067 0,1723 ft 12
1,66 D 0,1383 ft 1 12
ap
1,38 0,1150 ft 12
D 2 4
0,0104 ft 2
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4 0,0083 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,0761 ft
De
(5’) Kecepatan massa
Gp
w ap
Gp
lbm 633,8730 61.057,2029 0,0104 jam. ft 2
(6) Pada tc = 137,3 F, diperoleh viskositas = 0,1905 lbm/ft.jam (Estimasi dari Reid, dkk., 1987)
Ga
W aa
Re p
Ga
lbm 36,5309 4.417,7649 0,0083 jam. ft 2
Re p
(6’) Pada Tc = 392 F steam
= 0,0387 lbm/ft, jam
D G a (fig.15) Re a e μ 0,0761 x 4.417,7649 Re a 8.688,2382 0,0387 (10’) ho untuk condensing steam = 1.500 Btu/(jam)(ft2)(oF) (Kern, 1965, hal. 204)
DG p μ
(Kern, 1965)
0,1150 x 61.057,2029 36.859,9553 0,1905
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 114 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 137,3 F cp = 0,4197 Btu/(lbm)(oF) (Estimasi dari Reid, dkk., 1987) k = 0,0002 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) (Estimasi Yokohama National University, 2011)
1 c 3 (9) k 1 c 3 1,7572 0,1905 0,0002 k c k
1
3
1 3 7,4999
0,4197 0,1905 0,0002
1
3
7,4999
(10) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 hi = J H D k w
Universitas Sumatera Utara
Asumsi w
hi 114 x
0 ,14
=1
0,0002 x 7,4999 x 1 0,1150
= 1,4090 Btu/(jam)(ft2)(oF) (11) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965
hio hi
ID 0,1150 1,1713 x OD 0,1383
= 1,1713 Btu/(jam)(ft2)(oF) (12) Koefisien keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient,UC) UC
h io h o 1,1713 1.500 2o 1,1704 Btu/jam.ft F h io h o 1,1713 1.500
(13) Koefisien keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 0,8574 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 1,1704
UD = 1,1663 Btu/(jam)(ft2)(oF) (14) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A
Q 30.480,7885 104,3550 ft2 U D t 1,1663 250,4355
Panjang yang diperlukan
104,3550 239,8966 ft 0,4350
Berarti diperlukan 8 pipa hairpin 15 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 2 x 8 x 15 x 0,435 = 104,4 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 2 x 8 x 15 = 240 ft UD
Q 30.480,7885 1,1658 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 104,4 250,4355
RD
UC - UD 1,1704 -1,1658 0,0034 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C x U D 1,1704 x 1,1658
Universitas Sumatera Utara
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 36.859,9553 aliran
dengan heat transfer De’ = (D2 – D1)
3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
= (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Re a
turbulen, jadi menggunakan persamaan
D G e a μ
f 0,0035
0,264 Re 0,42 p
f = 0,0067
Rea = 3.869,7278 aliran turbulen
Pada tc = 137,30 F diperoleh
Dengan menggunakan persamaan 3.47b
ρ = 63,3259 lb/ft3 (Merck, 2012)
Kern, 1965, diperoleh :
f 0,0035
0,264 Re 0,42 p
f = 0,0117 ρsteam= 0,4903 lb/ft3 (tabel 7)
2
4fG P L 0,0621 ft (2) FP 2g 2 D (3) PP
FP x 0,0621 x 63,3259 144 144
PP = 0,0273 psi
2
(2’) Fa (3’) V =
4fG a L 32,2095 ft 2g 2 D e
Ga 4.417,7649 ft/s 3600 3600 0,4903
= 2,5028 ft/s
V 2 2,5028 2 Fi 8 8 2 32,2 2 g Fi 0,7782 ft Pa =
32,2095 0,7782 0,4903 psi 144
= 0,1123 psi
Universitas Sumatera Utara
Kesimpulan : 1.500
0,9936
h outside
Uc
1,1704
UD
1,1663
RD hitungan
0,0034
RD ditetapkan
0,0030 ∆P hitungan
0,1123
0,0273
∆P ditetapkan
2
10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima
C.4
Tangki Penyimpanan Asam Sulfat (TK-02)
Fungsi
: Menyimpan asam sulfat untuk kebutuhan selama 10 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup flat flanged
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade A
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 30 °C
Tekanan
: 1 atm = 14,696 psia
Tabel LC.4 Komposisi Bahan pada Tangki Penyimpanan Asam Sulfat (TK-02) Komponen Asam Sulfat Air Total
F (kg/jam) 622,1576 12,6971 634,8547
Fraksi Massa 0,98 0,02 1,00
Densitas (kg/m3) 1.826,10 995,68
ρ campuran (kg/m3) 1.789,5780 19,9136 1.809,4916
Perhitungan: a.
Volume larutan, Vl
=
634,8547 kg/jam x 10 hari x 24 jam/hari 1.809,4916 kg/m 3
= 84,2033 m3 Faktor kelonggaran
= 10 %
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,1) . 84,2033 m3 = 92,6236 m3
Universitas Sumatera Utara
Fraksi volum
=
Vl 84,2033 0,9091 Vt 92,6236
Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook edisi 8 diperoleh untuk fraksi volum 0,9091 maka H/D = 0,8535
b.
Diameter dan tinggi shell Volume tangki (V) V
= Vs
Kapasitas shell dengan H/D = 0,8535
c.
θ
= 2 arc cos (1-2H/D)
θ
= 2 arc cos (1-2.0,8535) = 269,9827o = 4,7122 rad
Vs
= Vo (V/Vo)
Vs
=
Vs
= 0,7140 D2L
L/D
=3
Vs
= 2,1420 D3
92,6236 m3
= 2,1420 D3
D
= 3,5099 m
= 138,1867 in
R
= 1,7550 m
= 69,0933 in
H
= 0 ,8535 x D = 2,9957 m = 117,9423 in
L
=3xD
4
2 sin
D2 L 1
= 10,5298 m = 414,5600 in
Tebal shell tangki
Tinggi larutan dalam tangki = 2,9957 m Tekanan hidrostatik P
= x g x ZL = 1.012,3318 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,9957 m = 53.123,5294 Pa = 53,1235 kPa
Faktor kelonggaran
= 10 %
P operasi
= 101,325 kPa
= 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Maka, Pdesain = (1,1) (P operasi + P hidrostatik) = 1,1 (101,325 + 53,1235) = 169,8934 kPa = 24,6410 psia = 9,9450 psig -
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade A
-
Allowable working Stress (S)
: 11.200 psia
-
Joint efficiency (E)
: 0,90
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
-
Umur alat
: 10 tahun
(Walas, dkk., 1988) (Walas, dkk., 1988) (Perry dan Green, 1997)
PR n. C SE 0,6P (9,9450 psig) ( 69,0933 in) 10.(0,125in ) (11.200 psia)(0,90) (0,6 9,9450 psig) 1,3182 in
t
Tebal shell standar yang digunakan adalah 1,375 in
d.
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal tutup tangki
t D 0,3P
S t 3,5054 in
n.C 138,1867 in 0,3 9,9450
11.200
Tebal tutup standar yang digunakan adalah 3,5 in
C.5
10.(0,125 in )
(Brownell dan Young, 1959)
Pompa (P-02)
Fungsi
: Untuk memompa asam sulfat ke mixer (M-01)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 27 oC
-
Laju alir massa
: 634,8547 kg/jam
=
0,3888 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.809,4916 kg/m3
=
112,9666 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 18,6201 cP
=
0,0125 lbm/ft.s
=
0,0186 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
: 14,696 psi
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
03888 lbm / s 0,0034 ft 3 / s 0,00010 m 3 / s 3 112,9666 lbm / ft
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar. Diameter optimum, Diopt
= 0,133 (Q)0,40 (µf)0,20
(Peters, dkk., 2004)
= 0,113 x (0,00010)0,40 x (0,0186)0,20 = 0,0015 m = 0,0587 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,5 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,6220 in
= 0,05183 ft
= 0,0158 m
-
Diameter luar (OD)
= 0,8400 in
= 0,0700 ft
= 0,0213 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0021 ft2
-
Bahan konstruksi
= Commercial steel
Q 0,0034 ft 3 / s 1,6311 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0021 ft 2 Bilangan reynold, N Re
.v.D 112,9666 x 81,6311 x 0,05183 763,2933 0,0125
Asumsi NRe < 2100 sudah benar Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5 ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0158 = 0,0029 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 763,2933 dan ɛ/D = 0,0029, diperoleh f = 0,0092 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 1,6404 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,05183 ft = 0,6738 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,05183 ft = 3,1100 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,05183 ft = 0,5702 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,05183 ft = 2,8508 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 1,6404 + 0,6738 + 3,1100 + 0,5702 + 2,8508 = 8,8452 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0092) (1,63112 ) (8,8452) 0,2596 2 (32,174) (0,05183)
Tinggi pemompaan, Δz = 1,6404 ft Static head, z
g 1,6404 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
= z
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 1,6404 + 0 + 0 + 0,2596 = 1,9000 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0017 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.6
Mixer (M-01)
Fungsi
: Mengencerkan H2SO4 98% menjadi 19,0701%
Jenis
: Tangki berpengaduk dengan tutup dan alas torispherical dengan jaket pendingin
Universitas Sumatera Utara
Bahan
: High alloy steel SA 240 grade 304
Jumlah
: 1 unit
Tabel LC.5 Komposisi Bahan pada Mixer (M-01) F (kg/jam) 622,1576 485,1003 1.107,2579
Komponen Asam Sulfat Air Total
Fraksi Massa 0,5619 0,4381 1,00
Densitas (kg/m3) 1.826,10 995,68
ρ campuran (kg/m3) 1.026,0681 436,2169 1.462,2850
Perhitungan Dimensi Pencampur : a.
Volume larutan, Vl
1.107,2579 kg/jam x 1 jam 1.462,2850 kg/m 3
=
= 0,7572 m3 Faktor kelonggaran
= 15 %
Volume mixer, Vm
= (1 + 0,15) . 0,7572 m3 = 0,8708 m3
Fraksi terisi
b.
=
Vl 0,7572 0,8696 Vm 0,8708
Diameter dan Tinggi Mixer Direncanakan : Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook
edisi 8 diperoleh untuk fraksi volum 0,8696 maka Hs/D = 0,8119 Volume silinder (Vs) Kapasitas shell dengan Hs/D = 0,8119 θ
= 2 arc cos (1-2H/D)
θ
= 2 arc cos (1-2.0,8119) = 257,1883o = 4,4888 rad
Vs
= Vo (V/Vo)
Vs
=
Vs
= 0,6830 D2L
L/D
=3
Vs
= 2,0490 D3
4
2 sin
D2 L 1
Universitas Sumatera Utara
Volume tutup mixer, Vh Dari tabel 10.60 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook edisi 8 diperoleh untuk fraksi volum 0,8696 maka Hh/D = 0,7739 2 head torispherical, maka :
= 2Vo Vh
Vh
Volume mixer (V)
20,0778D 2H D 1,5 H D = 0,1353 D Vo 3
2
= volume tutup dan alas + volume silinder
0,8708 m3
= 2,0490 D3 + 0,1353 D3
0,8708 m3
= 2,1843 D3
D
= 0,7360 m
= 28,9756 in
R
= 0,3680 m
= 14,4878 in
Maka : Tinggi cairan dalam shell
= 0,8119 x D = 0,5975 m
Tinggi cairan dalam tutup
= 0,7739 x D = 0,5696 m
Tinggi cairan dalam mixer
= 0,5975 + (2 x 0,5696) = 1,7367 m
Tinggi mixer (L)
= 3 x D = 2,2079 m = 86,9269 in
c.
3
Tebal silinder dan tebal head
Tekanan rencana (Po)
= 1 atm x 14,6960 psi/atm = 14,6960 psi
Tekanan hidrostatik (Ph)
= x g x ZL =1.462,2850 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,7367 m = 24.887,5615 N/m2 = 3,6096 psi
Tekanan desain (Pdesain)
= Po + Ph = 14,6960 psi + 3,6096 psi = 18,3056 psi
Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Tekanan desain
= (1 + 0,2) x 18,3056 psi = 21,9668 psi = 7,2708 psig
Dimana bahan konstruksi reaktor adalah High Alloy SA-240 grade 304 dengan data sebagai berikut : -
Allowable working Stress (S)
: 12.650 psia
(Brownell dan Young, 1959)
-
Joint efficiency (E)
: 0,80
(Brownell dan Young, 1959)
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
(Perry dan Green, 1997)
Universitas Sumatera Utara
-
Umur alat
: 20 tahun
PR n. C SE 0,6P (7,2708 psig) ( 14,4878 in) 20.(0,125 in ) (12.650 psia)(0,80) (0,6 7,2708 psig) 2,5104 in
t
Tebal shell standar yang digunakan adalah 2,75 in
(Brownell dan Young, 1959)
Menghitung jaket pendingin Pendingin yang digunakan berupa air. Air pendingin yang dibutuhkan sebanyak 2.023,7308 kg/jam Diameter luar mixer (D)
= diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 28,9756 in + (2 x 2,75 in) = 34,4756 in
Tinggi jaket = tinggi mixer
= 86,9269 in
Asumsi jarak jaket
= 5 in
Diameter dalam jaket
= 34,4756 in + (2 x 5 in) = 44,4756 in
Luas perpindahan panas pada jaket : A = π . D . h = π . 44,4756 . 86,9269 = 12.150,6872 in2 = 84,3781 ft2 Luas perpindahan panas yang diperlukan : Q = 109.607,0475 kJ/jam = 103.887,0278 Btu/jam T2
= 40oC =80,6oF
T1
= 27oC =104oF
Dari tabel 8 Kern, 1965 diperoleh UD = 250-500 Diambil UD = 250 Btu/jam.ft2.oF 103.887,0278 A 17,7585 ft 2 250104 80,60 Luas perpindahan panas jaket > luas yang dibutuhkan, maka rancangan jaket mixer sudah layak. Tebal dinding jaket (tij)
Universitas Sumatera Utara
Dimana bahan konstruksi mixer adalah High Alloy SA-240 grade 304 dengan data sebagai berikut : -
Allowable working Stress (S)
: 12.650 psia
(Brownell dan Young, 1959)
-
Joint efficiency (E)
: 0,80
(Brownell dan Young, 1959)
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
-
Umur alat
(Perry dan Green,1997)
: 20 tahun
PR n. C SE 0,6P (7,2708 psig) ( 22,2378 in) 20.(0,125 in ) (12.650 psia)(0,80) (0,6 7,2708 psig) 2,5160 in
t
Tebal jaket standar yang digunakan adalah 2,75 in
(Brownell dan Young, 1959) J
d.
Perencanaan sistem pengaduk
Jenis pengaduk
: turbin daun 6 datar
Jumlah baffle
:4
Da H Dd W C
L
Dt
Untuk turbin standar (Tabel 3.4-1 Geankoplis, 1997) diperoleh : Da/Dt
= 0,3
Da
= 0,3 Dt
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 x Da
Dd/Da
= 2/3
Dd
= 2/3 x Da
H/Dt
=1
H
= 0,7360 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 x Da
= 0,3 x 0,7360 m
= 0,2208 m
= 1/5 x 0,2208 m
= 0,0442 m
= 2/3 x 0,2208 m
= 0,1472 m
= 1/4 x 0,2208 m
= 0,0552 m
Universitas Sumatera Utara
C/Dt
= 1/3
C
= 1/3 Dt
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 x Dt
= 1/3 x 0,7360 m
= 0,2453 m
= 1/12 x 0,7360 m
= 0,0613 m
Dimana : Da
= diameter impeller
Dt
= diameter tangki
W
= lebar blade pada turbin
Dd
= lebar disk
H
= tinggi tangki
L
= panjang blade pada turbin
C
= tinggi pengaduk terhadap dasar tangki
J
= lebar baffle
Viskositas campuran (μ)
= 9,1243 cp = 0,0091 Pa.s
Kecepatan pengadukan (N)
= 1 putaran/detik
Bilangan Reynold (NRe)
=
( Da 2 )( )( N )
0,2208 1.462,28501 17,7585 ft 2
=
2
0,0091
= 7.833,7199
Daya pengaduk (P)
= Np . ρ . N3 . Da5
Np diperoleh dari gambar 3.4-5 Geankoplis, 1997 untuk kurva 1 = 5 Daya pengaduk (P)
= (5) . (1.462,2850) . (13) . (0,22085) = 3,8366 J/s = 0,0038 kW = 0,0051 hp
Efisiensi motor pengaduk = 80 % Maka, daya motor pengaduk =
C.7
0,0051 = 0,0064 hp 0,80
Pompa (P-03)
Fungsi
: Untuk memompa benzil sianida dari HE-01 ke reaktor (R-01)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 90 oC
-
Laju alir massa
: 287,5248 kg/jam
=
0,1761 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.014,1498 kg/m3
=
63,3134 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,0827 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0001 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
Laju alir volumetrik, Q
F
: 14,696 psi
0,1761lbm / s 0,0028 ft 3 / s 0,00008 m 3 / s 63,3134 lbm / ft 3
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13 0,45
= 0,363 x (0,00008)
(Peters, dkk., 2004) 0,13
x (1.014,1498)
= 0,0127 m = 0,5002 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,6220 in
= 0,0518 ft
= 0,0158 m
-
Diameter luar (OD)
= 0,8400 in
= 0,0700 ft
= 0,0213 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00211 ft2
-
Bahan konstruksi
= Commercial steel
Q 0,0028 ft 3 / s 1,3180 ft / s Kecepatan linear, v at 0,00211 ft 2 Bilangan reynold, N Re
.v.D 63,3134 x 1,3180 x 0,0518 77.808,9291 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0158 = 0,0029.
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 77.808,9291 dan ɛ/D = 0,0029, diperoleh f = 0,0065. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0518 ft = 0,6738 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0518 ft = 3,1100 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0518 ft = 0,5702 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0518 ft = 2,8508 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 0,6738 + 3,1100 + 0,5702 + 2,8508 = 17,2048 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 x (0,0065) x (1,3180 2 ) x (17,2048) 0,2330 2 x (32,174) x (0,0518)
Tinggi pemompaan, Δz = 15 ft Static head, z
g 15 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
Universitas Sumatera Utara
-Ws
= z
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 15 + 0 + 0 + 0,2330 = 15,2330 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0061hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.8
Pompa (P-04)
Fungsi
: Untuk memompa larutan asam sulfat dari mixer (M-01) ke reaktor (R-01)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 90 oC
-
Laju alir massa
: 634,8547 kg/jam
-
Densitas (ρ)
: 1.349,5588 kg/m
-
Viskositas (µ)
: 3,7303 cP
3
=
0,3888 lbm/s
=
84,2530 lbm/ft3
=
0,0025 lbm/ft.s
=
0,0037 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
Laju alir volumetrik, Q
F
: 14,696 psi
0,3888 lbm / s 0,0046 ft 3 / s 0,0001 m 3 / s 3 84,2530 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,0001)0,45 x (1.349,5588)0,13 = 0,0166 m = 0,6520 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,75 in
Universitas Sumatera Utara
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,8240 in
= 0,0687 ft
= 0,0209 m
-
Diameter luar (OD)
= 1,050 in
= 0,0875 ft
= 0,0267 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0037 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0046 ft 3 / s 1,2438 ft / s at 0,00371 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 84,2530 1,2438 0,0411 2.870,5871 0,0025
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0209 = 0,0022. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 2.870,5871 dan ɛ/D = 0,0022, diperoleh f = 0,01. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0687 ft = 0,8927 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0687 ft = 4,1200 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0687 ft = 0,7553 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0687 ft = 3,7766 ft
Universitas Sumatera Utara
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 0,8927 + 4,1200 + 0,7553 + 3,7766 = 19,5446 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,01) (1,2438 2 ) (19,5446 ) 0,2737 2 (32,174) (0,0687)
Tinggi pemompaan, Δz = 15 ft Static head, z
g 15 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc = 15 + 0 + 0 + 0,2737 = 15,2737 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0135 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.9
Reaktor Hidrolisis (R-01)
Fungsi
: Tempat terjadinya reaksi pembentukkan asam fenil asetat
Tipe
: Reaktor alir berpengaduk dengan tutup dan alas torispherical
Bahan Konstruksi
: High alloy steel SA 240 grade 304
Jumlah
: 3 unit
Temperatur
: 90 oC
Tekanan
: 1 atm
Untuk reaksi ini diambil asumsi sebagai berikut : 1. Reaksi berlangsung dalam keadaan isotermal 2. Semua komponen teraduk sempurna
Universitas Sumatera Utara
3. Komposisi keluar reaktor sama dengan komposisi dalam reaktor 4. Reaktor dilengkapi dengan pengaduk agar temperatur, tekanan dan komposisi dalam reaktor selalu sama 5. Bahan reaktor dipilih High Alloy SA-240 grade 304 karena larutan bersifat korosif 6. Untuk mengurangi gaya berat dan mempertinggi tingkat turbulensi dipasang baffle agar vortex tidak terjadi selama pengadukan 7. Agar temperatur reaktor tetap maka dilengkapi dengan koil pendingin
Reaksi pembentukan asam fenil asetat memerlukan waktu 3 jam (180 menit), agar terjadi proses kontinu direncanakan proses ini dilakukan dalam 3 reaktor. Data perhitungan : a. Volume reaktor (VR) Tabel LC.6 Komposisi Umpan Masuk Reaktor Hidrolisis Komponen Benzil Sianida Air Asam Sulfat Total
Laju alir (kg/jam) 284,6495 487,9756 622,1576 1.394,7827
Fraksi Massa 0,2041 0,3499 0,4461 1,000
Densitas 1.012,3318 995,6800 1.809,4916 -
Tabel LC.7 Komposisi Umpan Keluar Reaktor Hidrolisis Laju alir Fraksi Komponen Densitas (kg/jam) Massa Benzil Sianida 56,9299 0,0408 991,1111 Air 417,9199 0,2996 965,3400 Asam Sulfat 431,5068 0,3094 1.795,3000 Asam Fenil Asetat 264,6524 0,1897 1.055,7598 Ammonium Bisulfat 223,7542 0,1604 1.780,0000 Total 1.394,7633 1,0000 -
Vo =
ρ campuran (kg/m3) 206,5983 348,3464 807,1429 1.362,0876
ρ campuran (kg/m3) 40,4541 289,2497 555,4234 200,3274 285,5556 1.371,0103
1.394,7827 1,0240 m3/jam 1.362,0876
Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ) karena perubahan jumlah mol selama reaksi, yaitu : ρ campuran masuk
= 1.362,0876 kg/ m3
Universitas Sumatera Utara
ρ campuran keluar
= 1.371,0103 kg/ m3
Perubahan densitas sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Harga faktor volume (ε) = 0 Reaktor dirancang dengan space time (τ) yaitu 3 jam V V0
τ
=
V
= τ x Vo = 3 jam x 1,0240 m3/jam = 3,0720 m3
Faktor keamanan 15% = 0,15 Volume reaktor
= (1+0,15) x 3,0720 m3 = 3,5328 m3
Fraksi volum
=
Vl 3,0720 0,8696 Vt 3,5328
b. Diameter (D) dan Tinggi Reaktor (HR) Direncanakan : Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8696 maka H/Ds = 0,8119 Tinggi cairan (H) : Diameter (Ds)
= 0,8119
Volume silinder, Vs :
Kapasitas shell dengan Hs/D = 0,8119 θ
= 2 arc cos (1-2H/D)
θ
= 2 arc cos (1-2.0,8119) = 257,1883o = 4,4888 rad
Vs
= Vo (V/Vo)
Vs
=
Vs
= 0,6830 D2L
L/D
=3
Vs
= 2,0490 D3
Volume tutup reaktor, Vh
4
2 sin
D2 L 1
Dari tabel 10.60 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8696 maka H/Dt = 0,7739 2 head torispherical, maka :
Universitas Sumatera Utara
Vh
= 2Vo Vh
20,0778D 2H D 1,5 H D = 0,1353 D Vo 3
2
3
Volume reaktor (VR) = volume tutup dan alas + volume silinder 3,5328 m3
= 2,0490 D3 + 0,1353 D3
3,5328 m3
= 2,1843 D3
D
= 1,1738 m
= 46,2134 in
R
= 0,5869 m
= 23,1067 in
Maka : Tinggi cairan dalam shell
= 0,8119 x D = 0,9530 m
Tinggi cairan dalam tutup
= 0,7739 x D = 0,9084 m
Tinggi cairan dalam reaktor
= 0,9530 + (2 x 0,9084) = 2,7699 m
Tinggi reaktor (L)
= 3 x D = 3,5215 m = 138,6403 in
Kecepatan reaksi untuk masing-masing komponen yaitu : -ri
=
cio ci
= kecepatan reaksi (kmol/m3.jam)
Dimana : -ri cio
= konsentrasi awal (kmol/m3)
ci
= konsentrasi akhir (kmol/m3)
τ
= space time (jam)
Komponen : Benzil Sianida = A -rA
= =
c Ao c A
2.3728 0,4777 = 0,6317 kmol/ m3.jam 3
Komponen : Air = B -rB
= =
c Bo c B
26,4449 22,7970 = 1,2159 kmol/ m3.jam 3
Komponen : Asam Sulfat = C -rC
= =
cCo cC
6,1947 4,3246 = 0,6234 kmol/ m3.jam 3
Universitas Sumatera Utara
Komponen : Asam Fenil Asetat = D -rD
= =
c Do c D
0 1,9107 = - 0,6369 kmol/ m3.jam 3
Komponen : Ammonium Bisulfat = E -rE
= =
c Eo c E
0 1,9107 = - 0,6369 kmol/ m3.jam 3
c. Tebal silinder (ts) dan tebal head (th) Tekanan rencana (Po)
= 1 atm x 14,6960 psi/atm
= 14,6960 psi
Tekanan hidrostatik (Ph)
= ρ . g . ZL = 1.362,0876 kg/ m3 x 9,8 m/s2 x 2,7699 m = 36.973,5107 N/m2 = 5,3626 psi
Tekanan desain (Pdesain)
= Po + Ph = 14,6960 psi +5,3626 psi = 20,0586 psi
Faktor keamanan 20 %, maka tekanan desain = (1+0,2) x 20,0586 psi = 24,0703 psi = 9,3743 psig
Dimana bahan konstruksi reaktor adalah High Alloy SA-240 grade 304 dengan data sebagai berikut : Stress yang diijinkan (S)
= 12.650 psi
(Brownelll and Young, 1959)
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
(Brownelll and Young, 1959)
Faktor Korosi (C)
= 0,125 in/tahun
(Perry and Green, 1997)
Umur alat (A)
= 20 tahun
Tebal silinder (ts)
=
=
PxR (CxA) SE 0,6 P 9,3743 23,1067 (0,125 20) (12.650)(0,8) 0,6(9,3743)
= 2,5214 inci
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell standar yang digunakan adalah 2,75 in
(Brownell dan Young, 1959)
Dari tabel 5.7 Brownell dan Young, 1959 diperoleh : Perancangan head ID
= 36,6791 in = 3,8510 ft
OD
= ID + (2 x ts) = 36,6791 + (2 x 2 ¾) = 42,1791 in
t
= 2 ¾ in
icr
= 8 ¼ in
rc
= 42 in
M t
1 rc 1 42 3 3 1/ 4 4 icr 4 8
1,3184in
P rc M 9,3743 42 1,3184 nC 2,5256in 2 12.650 0,8 0,2 9,3743 2SE 0,2P
Diambil tebal plat standar = 2 ¾ in dan dari tabel 5.8 Brownelll dan Young untuk th = 2 ¾ didapatkan sf = 1 ½ - 4 ½ in, dipilih 3 in a
= ID/2
= 36,6791/2
= 18,3395 in
AB
= a-icr
= 18,3395 – 8 ¼
= 29,8569 in
BC
= rc – icr
= 42 – 8 ¼
= 33,8750 in
b
= rc -
AC
=
OA
= th + b + sf
BC 2 AB 2
BC 2 AB 2
= 9,7017 in = 51,7017 in = 15,2219 in
d. Perhitungan tebal isolasi reaktor Direncanakan lapisan bata Sil-o-cel dengan konduktivitas termal 0,08 Btu/ft-jam-oF
Universitas Sumatera Utara
Ts
= 60 oC = 140 oF
T udara
= 30 oC = 86 oF
Tf
= 0,5 (Ts + T udara) = 113 oF
ΔT
= Ts – Tudara = 54 oF
β
= 1/Tf = 0,0017 oR
dengan : Tf
= temperatur lapisan film (oF) = koefisien muai volume (oR)
β
Sifat-sifat udara pada Tf = 113 oF dari tabel A.3-3 Geankoplis, 1997 ρf
= 0,0695 lb/cuft
Cpf
= 0,2403 Btu/lb.oF
μf
= 0,0467 lb/ft.jam
kf
= 0,0159 Btu/jam.ft. oF
NPr
= 0,7042
NGr
= L3.ρf2.g. β. ΔT/ μf2
Dimana : L
= tinggi reaktor + tinggi bottom + tinggi head = l + 2 (b+sf) = 3,5215 m + 2 (9,7017 in x 2,54/100 + 3 in x 2,54/100) = 4,2640 m = 13,9894 ft
NGr =
13,9894 ft 3 0,0659lb / cuft 32,2 ft / s 2 3600 jam 0,0017 o R 54 o F 0,0467lb / ft. jam
NGr = 2,3841E+10 NGr.NPr = (2,3841E+10) x (0,7042) = 1,6789E+11 Dari tabel 4.72 Geankoplis, 1997 untuk NGr.NPr > 109, maka : h
= 0,18T
dimana : h
= koefisien perpindahan panas
1/ 3
0,1854
1/ 3
0,6804Btu / jam. ft .o F
Perpindahan panas radiasi dapat diabaikan dengan anggapan temperatur dinding isolasi cukup rendah = 60oC ID
= 3,8510 ft
OD
= 3,8510 ft+ (2,75 in/12) = 4,0802 ft
T1
= 90oC = 194oF
Ts
o
ri ro
o
= 60 C = 140 F T1 T2
Ts Tu
Universitas Sumatera Utara
= 113oF
Tf
Misal tebal isolasi Xis (ft) Perpindahan panas karena konveksi Qs = h.π.(OD+2xis).L.ΔT = 0,6804 x 3,14 x 13,9894 x (140-113) x (4,0802 + 2Xis) = 3.292,4110 + 1.613,8419 Xis Perpindahan panas karena konduksi melaluhi dinding reaktor dan isolasi Qk
=
T1 Ts OD 2 Xis 1 OD 1 ln ln 2kL ID 2kisL ID
Dinding reaktor berupa stainless-steel, dari tabel 3 Kern diperoleh k = 26 Btu/jam.ft.oF Qk =
1 26
194 140 2 3,14 13,9894 4,0802 2 Xis 4,0802 1 ln ln 3,8510
0,08
3,8510
Perpindahan panas karena konveksi = konduksi, dengan cara trial and error nilai Xis dapat dicari : Tabel LC.8 Penentuan Nilai Xis Xis 0,10522 Jadi:
Qs 2.031,9450
Qk 1031,9352
Qs-Qk 0,0098≈0
Xis = 0,1052 ft
Qs ≈ Qk = 3.462,2195 Btu/jam Menghitung panas hilang sebelum dan sesudah isolasi : Reaktor sebelum diisolasi : T dinding (Tw)
= 90oC = 194oF
T udara
= 30oC = 86oF
Tf
= 0,5 (Tw + T udara) = 140oF
ΔT
= Tw – T udara = 108oF
Perpindahan panas konveksi dari dinding ke udara : Qc
= h.π.(OD).L.ΔT
Universitas Sumatera Utara
Sifat – sifat udara pada Tf 140oF dari tabel A.3-3 Geankoplis, 1997 ρf
= 0,0663 lb/cuft
Cpf
= 0,2408 Btu/lb.oF
μf
= 0,0484 lb/ft.jam
kf
= 0,0166 Btu/jam.ft. oF
NPr
= 0,7042
NGr
= L3.ρf2.g. β. ΔT/ μf2 = 1,4419E+ 11
NGr.NPr
= (1,4419E+ 11) x (0,7042) = 1,0131E + 11
Dari tabel 4.72 Geankoplis, 1997 untuk NGr.NPr > 109, maka : h
= 0,18T
Qc
= h.π.(OD).L.ΔT = 0,8572 x 3,14 x 4,0802 x 13,9894 x 108
1/ 3
0,18108
1/ 3
0,8572Btu / jam. ft .o F
= 16.607,8100 Btu/jam Panas yang hilang sebelum diisolasi (Qc)
= 16.607,8100 Btu/jam
Panas yang hilang setelah diisolasi (Qc’)
= 3.462,2195 Btu/jam
Persentase panas yang hilang setelah isolasi terhadap panas yang hilang sebelum diisolasi : η
Qc ' = 100% 21,0942% Qc
e. Perancangan Koil Pendingin Kebutuhan air pendingin (W) = 1.656,9442 kg/jam Densitas air pendingin pada temperatur 27oC (ρ) = 996,5200 kg/m3 Kecepatan volumetris (Q) = W/ρ = 1,6627 m3/jam
Untuk aliran pendingin dalam tabung koil batasan kecepatan = 15-30 m/s (Coulson, 1983), maka dipilih v = 15 m/s Luas permukaan aliran (A) = Q/v = 1,6627/15 = 0,00003 m2 ID
=
4A
=
4 2,7278 = 0,0063 m = 0,2466 in 3,14
Dari tabel 11 Kern, 1983 diambil ukuran pipa standar :
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.9 Ukuran Pipa Koil Pendingin NPS 1/8 schedule 40
OD (in) 0,4050
ID (in) 0,2690
A’ (in2) 0,0580
r1
=
ID 0,2690 = 0,1345 in = 0,0034 m 2 2
r2
=
OD 0,4050 = 0,2025 in = 0,0051 m 2 2
A1
= 2.π.L.r1
A2
= 2.π.L.r2
a”(ft2/ft) 0,1060
Tebak L = 14,30 m A1
= 2.π.L.r1
= 2 x 3,14 x 14,30 x 0,0034 = 0,3068 m2
A2
= 2.π.L.r2
= 2 x 3,14 x 14,30 x 0,0051 = 0,4619 m2
Alm =
q
A2 A1 0,4619 0,3068 0,3791 m2 A 0,4619 ln ln 2 0,3068 A1 = k Alm
T1 T2 r2 r1
(Geankoplis, 1997)
Dari Appendix A.3 k air pada 27oC = 0,6109 W/m.K q = 0,6109 0,3791
300,15 313,15 1.743,0078 W 0,0034 0,0051
q = -5.947,4113 Btu/jam= -6.274,8758 kJ/jam Tanda negatif menunjukkan aliran panas dari r2 pada OD ke r1 pada ID Panjang koil =
dQ 89.741,5561kJ / jam 14,3017m q 6.274,8758kJ / jam.m
Panjang koil 14,30 m ≈ 14,3017 m (trial dapat diterima)
J
f. Perencanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk
: Turbin daun 6 datar
Jumlah baffle
:4
Da H Dd W L
C
Universitas Sumatera Utara Dt
Untuk turbin standar (Tabel 3.4-1 Geankoplis, 1997) diperoleh : Da/Dt
= 0,3
Da
= 0,3 Dt
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 x Da
Dd/Da
= 2/3
Dd
= 2/3 x Da
H/Dt
=1
H
= 1,1738 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 x Da
C/Dt
= 1/3
C
= 1/3 Dt
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 x Dt
= 0,3 x 1,1738 m
= 0,3521 m
= 1/5 x 0,3521 m
= 0,0704 m
= 2/3 x 0,3521 m
= 0,2348 m
= 1/4 x 0,3521 m
= 0,0880 m
= 1/3 x 1,1738 m
= 0,3913 m
= 1/12 x 1,1738 m
= 0,0978 m
Dimana : Da
= diameter impeller
Dt
= diameter tangki
W
= lebar blade pada turbin
Dd
= lebar disk
H
= tinggi tangki
L
= panjang blade pada turbin
C
= tinggi pengaduk terhadap dasar tangki
J
= lebar baffle
Viskositas campuran (μ)
= 8,5941 cp =0,0086 Pa.s
Kecepatan pengadukan (N)
= 1 putaran/detik
Bilangan Reynold (NRe)
=
=
( Da 2 )( )( N )
(0,3521 2 )(1.362,0876)(1) 0,0086
= 95.133,9655
Universitas Sumatera Utara
= Np.ρ.N3.Da5
Daya pengaduk (P)
Np diperoleh dari gambar 3.4-5 Geankoplis, 1977 untuk kurva 1 = 4,8 = (4,8) . (1.362,0976) . (13).(0,35215)
Daya pengaduk (P)
= 35,4015 J/s = 0,0354 kW = 0,0475 hp Efisiensi motor pengaduk = 80 % Maka, daya motor pengaduk =
C.10
0,0475 hp = 0,0593 hp 0,8
Pompa (P-05)
Fungsi
: Untuk memompa produk dari reaktor ke heater (HE-02)
Jenis
: Screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 90 oC
-
Laju alir massa
: 1.394,7633 kg/jam =
0,8541 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 959,2199 kg/m3
=
59,8841 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 1,4150 cP
=
0,0010 lbm/ft.s
=
0,0014 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
F
Laju alir volumetrik, Q
: 14,696 psi
0,8541lbm / s 0,0143 ft 3 / s 0,0004 m 3 / s 59,8841lbm / ft 3
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13 0,45
= 0,363 x (0,0004)
(Peters, dkk., 2004) 0,13
x (959,2199)
= 0,0263 m = 1,0364 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in
= 0,1150 ft
= 0,0351 m
Universitas Sumatera Utara
-
Diameter luar (OD)
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0104 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= 1,6600 in
= 0,1383 ft
= 0,0422 m
= Commercial steel
Q 0,0143 ft 3 / s 1,3715 ft / s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 59,88411,3715 0,1150 9.932,9981 0,0010
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0351 = 0,0013 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 9.932,9981 dan ɛ/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0075 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0, 1150 ft = 6,8999 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0, 1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0, 1150 ft = 6,3249 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 1,4950 + 6,8999 + 1,2650 + 6,3249 = 35,9848 ft
Universitas Sumatera Utara
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0075) (1,3715 2 ) (35,9848 ) 0,2744 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
= z
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 + 0 + 0,2744 = 10,2744 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0199hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.11
Heater (HE-02)
Fungsi
: Menaikkan temperatur keluaran reaktor sebelum masuk ke washing (W-01)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Steam saturated Laju alir fluida masuk (W)
: 77,6648 kg/jam
= 171,2188 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 200 C
= 392 oF
Temperatur keluar (T2)
: 200 oC
= 392 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 821,5121 kg/jam
= 1.811,0938 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 27 oC
= 80,6 oF
o
Fluida dingin : Air pencuci
Universitas Sumatera Utara
Temperatur keluar (t2)
: 70,8694 oC
RD yang diizinkan
: 0,003
= 159,5649 oF
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 150.749,6618 kJ/jam
(2)
= 142.882,5487 Btu/jam
t = beda temperatur sebenarnya
Tabel LC.10 Data Temperatur Heater (HE-04) Fluida panas (oF) T1 = 392 T2 = 392 T1 – T2 = 0 LMTD
=
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 159,5649
t2 = 232,4351
t1 = 80,60
t1 = 311,4000
t2 – t1 = 78,9649
t1 - t2 = 78,9649
t1 t 2 t ln( 1 ) t 2
311,4000 232,4351 ln(311,40 ) 232,4351
= 269,9957 oF = 132,2198 oC (3) Temperatur kalorik (Tav dan tav) Tav
=
T1 T2 2
392 392 2
= 392 F
tav
=
t1 t 2 2
80,60 159,5649 2
= 120,0825 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin: pipa (4) ID =
Dari tabel 11 Kern, 1965 D2
2,067 0,1723 ft 12
1,66 D 0,1383 ft 1 12
ap
1,38 0,1150 ft 12 D 2 4
0,0104 ft 2
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4 0,0083 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 De D 1 0,0761 ft
(5’) Kecepatan massa Ga Ga
W aa
w ap
Gp
lbm 1811,0938 174.451,8573 0,0104 jam. ft 2
(6) Pada tc = 120,0825 F, diperoleh viskositas = 1,4520 lbm/ft, jam (fig.14)
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,1150 x174.451,8573 1,4520 Re p 13.816,7793 Re p
lbm 171,2188 20.705,7231 0,0083 jam. ft 2
(6’) Pada Tc = 392 F steam
Gp
= 0,0387 lbm/ft, jam (fig.15)
D G a Re a e μ 0,0761 x 20.705,7231 0,0387 Re a 40.721,1018 Re a
(10’) ho untuk condensing steam = 1.500 Btu/(jam)(ft2)(oF) (Kern, 1965, hal. 204)
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 35 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 120,0825 F, c = 0,1 Btu/(lbm)(oF) (fig.2 Kern) k = 0,3718 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) (tabel 4 Kern)
1 c 3 (9) k 1 c 3 1 1,4520 k 0,3718
1 3 1,5748
(10 ) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 35 x
0 ,14
=1
0,3798 x 1,5748 x 1 0,1150
= 178,1896 Btu/(jam)(ft2)(oF)
Universitas Sumatera Utara
(11) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hio = hi
ID 0,1150 178,1896 x OD 0,1383
= 148,1335 Btu/(jam)(ft2)(oF)
(12) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC) UC
h io h o 148,1335 1500 2o 134,8193 Btu/jam.ft F h io h o 148,1335 1500
(13) Koefisien keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 0,0104 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 134,8193
UD = 95,9938 Btu/(jam)(ft2)(oF) (14) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 142.882,5487 5,5121 ft2 U D t 95,9938 269,9957
Panjang yang diperlukan =
5,5121 12,6715 ft 0,4350
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 1 x 2 x 12 x 0,435 = 5,2200 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 1 x 2 x 12 = 12 ft UD =
Q 142.862,0409 101,3653 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 5,2200 269,9957
RD =
U C U D 134,8193 101,3653 0,0024 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C U D 134,8193 101,3653
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 13.816,7793 aliran
dengan heat transfer De’ = (D2 – D1)
turbulen, jadi menggunakan persamaan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
= (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Universitas Sumatera Utara
Re a
D G e a μ
f = 0,0035
0,264 Re 0p, 42
Rea = 18.139,7189, aliran turbulen
f = 0,0083
Dengan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
Pada tc = 120,0825 F diperoleh
f = 0,0035
ρ = 61,7130 lb/ft3 (Geankoplis,1997)
0,264 Re 0a, 42
(2) Fp =
f = 0,0078 ρsteam= 0,4903 lb/ft3 (tabel 7)
= 0,0332 ft
2
(2’) Fa
4fG a L 2g 2 D e
4fGp 2 L 2g 2 D
(3) Pp =
23,5346 ft
0,0332 61,7130 144
= 0,0142 psi
Ga 20.705,7231 (3’) V = ft/s 3600 3600 0,4903
= 11,7306 ft/s
V 2 11,7323 2 1 Fi 1 2g 2 32,2 Fi 2,1374 ft Pa =
23,5406 2,1374 0,4903 psi 144
= 0,0874 psi Kesimpulan : 1.500
h outside
Uc
134,8193
UD
95,9938
RD hitungan
0,0024
RD ditetapkan
0,0030
0,0874 2
∆P hitungan ∆P ditetapkan
148,1335
0,0142 10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima
C.12
Pompa (P-06)
Fungsi
: Untuk memompa produk dari HE-02 ke washing (W-01)
Jenis
: Screw pump
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 80 °C
-
Laju alir massa
: 1.394,7633 kg/jam =
0,8541 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 977,2901 kg/m3
=
61,0122 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,4018 cP
=
0,0003 lbm/ft.s
=
0,0004 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
F
Laju alir volumetrik, Q
: 14,696 psi
0,8541lbm / s 0,0140 ft 3 / s 0,0004 m 3 / s 61,0122 lbm / ft 3
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13 0,45
= 0,363 x (0,0004)
(Peters, dkk., 2004) 0,13
x (977,2901)
= 0,0262 m = 1,0303 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in
= 0,1150 ft
= 0,0351 m
-
Diameter luar (OD)
= 1,6600 in
= 0,1383 ft
= 0,0422 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0104 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0140 ft 3 / s 1,3461 ft / s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 61,0122 1,3461 0,1150 34.981,6154 0,0003
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0351 = 0,0013
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 34.981,6154 dan ɛ/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0069 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0, 1150 ft = 6,8999 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0, 1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0, 1150 ft = 6,3249 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 1,4950 + 6,8999 + 1,2650 + 6,3249 = 35,9848 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0069) (1,34612 ) (35,9848 ) 0,2432 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
Universitas Sumatera Utara
= z
-Ws
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 + 0 + 0,2432 = 10,2432 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0199 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.13
Washing (W-01)
Fungsi
: Melarutkan pengotor-pengotor dan reaktan yang tidak bereaksi
Bentuk
: Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup flat flanged
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade A Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 80 °C
Tekanan
: 1 atm = 14,696 psia
Tabel LC.11 Komposisi Bahan pada Washing (W-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Total
F (kg/jam) 56,9299 431,5068 1.239,4321 264,6524 223,7542 2.216,2754
Fraksi Massa 0,0257 0,1947 0,5592 0,1194 0,1010 1,0000
Densitas (kg/m3) 991,2500 1.794,5333 971,8300 1.055,9004 22.9569
ρ campuran (kg/m3) 25,4624 349,3940 543,4872 126,0884 2,3177 1.046,7497
Perhitungan: a.
Volume larutan, Vl
=
2.216,2754 kg/jam x 1 jam 1.046,7497 kg/m 3
= 2,1173 m3 Faktor kelonggaran
= 15 %
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,15) . 2,1173 m3 = 2,4349 m
Universitas Sumatera Utara
Fraksi volum
=
Vl 2,1173 0,8696 Vt 2,4349
Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8696 maka H/D = 0,8119
b. Diameter dan tinggi shell Volume tangki (V) V
= Vs
Kapasitas shell dengan H/D = 0,8119
c.
θ
= 2 arc cos (1-2H/D)
θ
= 2 arc cos (1-2.0,8119) = 257,1883o = 4,4888 rad
Vs
= Vo (V/Vo)
Vs
=
Vs
= 0,6830 D2L
L/D
=3
Vs
= 2,0490 D3
2,4349 m3
= 2,0490 D3
D
= 1,0592 m
= 41,7008 in
R
= 0,5296 m
= 20,8504 in
H
= 0 ,8119 x D
= 0,8600 m
= 33,8569 in
L
=3xD
= 3,1776 m
= 125,1024 in
4
2 sin
D2 L 1
Tebal shell tangki
Tinggi larutan dalam tangki = 0,8600 m Tekanan hidrostatik P
= x g x ZL = 1.046,7497 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,8600 m = 8.821,6616 Pa = 8,8217 kPa
Faktor kelonggaran P operasi
= 10 %
= 1 atm = 101,325 kPa
Universitas Sumatera Utara
Maka, Pdesain = (1,15) (P operasi + P hidrostatik) = 1,15 (101,325 + 8,8217) = 126,6687 kPa = 18,3717 psia = 3,6758 psig -
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade A
-
Allowable working stress (S)
: 11.200 psia
-
Joint efficiency (E)
: 0,90
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
-
Umur alat
(Walas, dkk., 1988) (Walas, dkk., 1988) (Perry dan Green, 1997)
: 10 tahun
PR n. C SE 0,6P (3,6758psig) ( 20,8504) 10.(0,125in ) (11.200 psia)(0,90) 0,6(3,6758psig) 2,0273 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
d.
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal tutup tangki
t D 0,3P
S
n.C 41,7008in 0,3 3,6758
11.200
10.(0,125)
1,4553in
Tebal tutup standar yang digunakan adalah 1,5 in
C.14
(Brownell dan Young, 1959)
Pompa (P-07)
Fungsi
: Untuk memompa produk dari washing ke filter (F-01)
Jenis
: Screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 80 oC
-
Laju alir massa
: 2.216,2754 kg/jam =
1,3572 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.046,7497 kg/m3
=
65,3468 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 1,2347 cP
=
0,0008 lbm/ft.s
=
0,0012 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
: 14,696 psi
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
1,3572 lbm / s 0,0208 ft 3 / s 0,0006 m 3 / s 3 65,3486 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,0006)0,45 x (1.046,7497)0,13 = 0,0315 m = 1,2414 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam ( ID )
= 1,3800 in
= 0,1150 ft
= 0,0351 m
-
Diameter luar ( OD )
= 1,6600 in
= 0,1383 ft
= 0,0422 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0104 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0208 ft 3 / s 1,9970 ft / s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 65,3486 1,9970 0,0874 18.087,7862 0,0008
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 18.087,7862 dan ɛ/D = 0,0013, diperoleh f = 0,007. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,8999 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3249 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,8999 + 1,2650 + 6,3249 = 25,9848 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,007) (1,9970 2 ) (25,9848 ) 0,3921 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 5 ft Static head, z
g 5 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc = 5 + 0 + 0 + 0,3921 = 5,3921 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0166 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.15
Filter Press dan Plate Frame (F-01)
Fungsi
: Memisahkan ampas ammonium bisulfat dari campurannya
Jenis
: Plate and frame filter press
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade A
Temperatur
: 90 oC
Tekanan
: 1 atm
Tabel LC.12 Komponen Dalam Filtrat Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Total Laju alir filtrat
Laju Alir (kg/jam) 56,4487 427,8595 1.228,9558 262,4154 1.975,6795
Fraksi Massa 0,0286 0,2166 0,6220 0,1328 1,0000
Densitas (kg/m3) 991,2500 1794,5333 971,8300 1055,9004 -
= 1.975,6795 kg/jam
Densitas filtrat : ρ campuran = (0,0286 x 991,2500) + (0,2166 x 1.794,5333) + (0,6220 x 971,8300) + (0,1328 x 1.055,9004) = 1.161,7186 kg/m3
Volume filtrat hasil penyaringan : v=
1.975,6795 kg/jam = 1,7007 m3/jam 1.161,7186 kg/m 3
Jumlah umpan yang harus ditangani = 2.216,2754 kg/jam Densitas umpan 1.211,5604 kg/m3 Laju cake pada filter press dengan waktu tinggal 1 jam = 240,5959 kg/jam Densitas cake = 1.736,7203 kg/m3 Volume cake pada filter press =
240,5959 = 0,1385 m3/jam 1.736,7203
Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan : L x A x (1-E) x ρs = ρ x { V + (E x L x A) x ( W/ (1-W)} Dimana :
(Foust, 1980)
L = tebal cake pada frame (m) A = luas penyaringan efektif (m2) E = poros partikel Ρs = densitas solid Ρ = densitas filtrat
Universitas Sumatera Utara
W = fraksi massa cake dalam umpan V = volume filtrat hasil penyaringan (m3) Direncanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses 1 jam : W
= laju alir massa cake/laju alir massa umpan =
240,5959 = 0,1086 2.216,2754
Porositas partikel pada cake (E) = 1
filtrat campuran
1
1.161,7186 = 0,0411 1.211,5604
Tebal cake, L = < 200 mm (20 cm)
(Ulrich, 1984)
Tebal cake pada frame diasumsikan = 10 cm = 0,01 m Bila direncanakan setiap plate mempunyai luas 1 m2 maka luas efektif penyaringan = 0,01 m x A x (1-0,0411) x 1.736,7203 kg/m3 = 1.161,7186 kg/m3 x {0,1385 m3/jam + (0,0411 x 0,01 x A) x (0,1086/(1-0,1086)} = 9,6958 m2
A
Jumlah plate yang dibutuhkan (n) = 9,6958/1 = 9,6958 buah Faktor keamanan = 10% Luas penyaringan efektif = 1,1 x 9,6958 = 10,6654 buah ≈ 11 buah C.16
Pompa (P-08)
Fungsi
: Untuk memompa produk dari filter tanpa garam ammonium bisulfat ke dekanter (D-01)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperature cairan
: 80 oC
-
Laju alir massa
: 1.975,6795 kg/jam =
-
Densitas (ρ)
: 1.161,7186 kg/m
-
Viskositas (µ)
: 1,3594 cP
3
1,2099 lbm/s
=
72,5261 lbm/ft3
=
0,0009 lbm/ft.s
=
0,0014 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
: 14,696 psi
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
1,2099lbm / s 0,0167 ft 3 / s 0,0005 m 3 / s 3 72,5261lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,0005)0,45 x (1.161,7186)0,13 = 0,0290 m = 1,1402 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in
= 0,1150 ft
= 0,0351 m
-
Diameter luar (OD)
= 1,6600 in
= 0,1383 ft
= 0,0442 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0104 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0167 ft 3 / s 1,6040 ft / s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 72,52611,6040 0,1150 14.645,5291 0,0009
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0351 = 0,0013 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 14.645,5291 dan ɛ/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0075. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 3,2808 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,8999 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3249 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 3,2808 + 1,4950 + 6,8999 + 1,2650 + 6,3249 = 19,2656 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0075) (1,6040 2 ) (19,2656 ) 0,2010 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 9,8424 ft = 3 m Static head, z
g 9,8424 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc = 9,8424 + 0 + 0 + 0,2010 = 10,0434 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0276 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp. C.17 Fungsi
Pompa (P-09) : Untuk memompa produk garam ammonium bisulfat dari filter ke cooler (HE-03)
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Pompa pneumatic diaphragm
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 80 oC
-
Laju alir massa
: 240,5959 kg/jam
=
0,1473 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 102,6083 kg/m3
=
6,4058 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,2110 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0002 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
Laju alir volumetrik, Q
F
: 14,696 psi
0,1473 lbm / s 0,0230 ft 3 / s 0,0007 m 3 / s 3 6,4058 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,0007)0,45 x (102,6083)0,13 = 0,0244 m = 0,9610 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in
= 0,1150 ft
= 0,0351 m
-
Diameter luar (OD)
= 1,6600 in
= 0,1383 ft
= 0,0442 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0104 ft2
-
Bahan konstruksi
= Commercial steel
Q 0,0230 ft 3 / s 2,2116 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0104 ft 2 Bilangan reynold, N Re
.v.D 6,4058 2,2116 0,1150 11.488,1098 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5.
Universitas Sumatera Utara
ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 11.488,1098 dan ɛ/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0078. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,8999 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3249 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,8999 + 1,2650 + 6,3249 = 25,9848 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0078) (2,2116 2 ) (25,9848 ) 0,5359 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 0 ft Static head, z
g 0 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
Universitas Sumatera Utara
= z
-Ws
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 0 + 0 + 0 + 0,5359 = 0,5359 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0002 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.18
Cooler Garam Ammonium Bisulfat dari Filter (HE-03)
Fungsi
: Menurunkan temperatur sebelum disimpan dalam G-01
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Campuran dari garam Ammonium Bisulfat Laju alir fluida masuk (W)
: 240,5959 kg/jam
= 530,4143 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 80 oC
= 392 oF
Temperatur keluar (T2)
: 30 oC
= 392 oF
: 269,4980 kg/jam
= 594,1315 lbm/jam
Fluida dingin : Air pendingin Laju alir fluida masuk (w)
o
Temperatur masuk (t1)
: 27 C
= 80,6 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 104 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 14.596,2513 kJ/jam = 13.834,5225 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
(2) t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.13 Data Temperatur Cooler (HE-05) Fluida panas (oF) T1 = 176 T2 = 86 T1 – T2 = 90 LMTD
=
t 2 t1 t ln( 2 ) t1
=
72 5,4 ln(72 ) 5,4
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 104
t2 = 72
t1 = 80,60
t1 = 5,4
t2 – t1 = 23,4
t2 - t1 = 66,6
= 25,7116 oF
(3) Temperatur kalorik (Tav dan tav) Tav
=
T1 T2 2
176 86 2
= 131 F
tav
=
t1 t 2 2
80,60 104 2
= 92,3 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin: pipa (4) ID =
Dari tabel 11 Kern, 1965 D2
2,067 0,1723 ft 12
1,66 D 0,1383 ft 1 12 a a
(D 2 D 2 ) 2
D 2 4
0,0104 ft 2
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2
1
4 0,0083 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,0761 ft
De
ap
1,38 0,1150 ft 12
(Kern, 1965)
Gp
w ap
Gp
lbm 594,1315 57.229,1420 0,0104 jam. ft 2
Universitas Sumatera Utara
(5’) Kecepatan massa (6) Pada tc = 92,3 F, diperoleh viskositas
Ga
W aa
Ga
lbm 530,4143 64.143,7387 0,0083 jam. ft 2
= 2,0086 lbm/ft, jam (fig.14)
Re p
(6’) Pada Tc = 131 F campuran
Re a
= 0,6702 lbm/ft, jam
D G e a μ
μ
(Kern, 1965)
0,1150 57.229,1420 3.276,5863 2,0086
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 7,6
0,0761 x 64.143,7387 0,6702 Re a 7.288,5082
(Fig. 24, Kern, 1965)
Re a
(8) Pada tc = 92,3 F, c = 0,45 Btu/(lbm)(oF) (fig.2 Kern)
(7’) Taksir JH dan diperoleh
k = 0,33 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) (tabel 4 Kern)
JH = 22 (Fig. 24, Kern, 1965) (8’) Pada Tc = 131 F, c = 0,3853 Btu/(lbm)( oF) (Reid, dkk. 1987, Perry. 1999) k = 0,0201 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft)
1 c 3 (9) k 1 1 c 3 0,45 2,0086 3 1,3991 0,3300 k
(10) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 hi = J H D k w
1 c 3 (9’) k
1 c 3 0,3853 0,6702 0,0201 k (10 ) Dari persamaan 6.15 1
1 3 2,3416
0 ,14 1 k c 3 ho = J H D k w
Asumsi w
Re p
DG p
0 ,14
Asumsi w
hi = 7,6 x
0 ,14
=1
0,33 x1,3991 x1 0,1150
= 30,5136 Btu/(jam)(ft2)(oF) (11) Koreksi hio terhadap permukaan
=1
Persamaan 6.5 Kern, 1965 hio = hi
ID 0,1150 30,5136 x OD 0,1383
= 25,3667 Btu/(jam)(ft2)(oF)
Universitas Sumatera Utara
ho = 22 x
0,0201 x 2,3416 x1 0,0761
= 13,6067 Btu/(jam)(ft2)(oF)
(12) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC) UC
h io h o 25,3667 13,6067 2o 8,8562 Btu/jam.ft F h io h o 25,3667 13,6067
(13) Koefisien keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 0,1159 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 8,8562
UD = 8,6270 Btu/(jam)(ft2)(oF) (14) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 13.834,5225 62,3697 ft2 U D t 8,6270 25,7116
Panjang yang diperlukan =
62,3697 143,3786 ft 0,4350
Berarti diperlukan 6 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 2 x 6 x 12 x 0,435 = 62,6400 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 2 x 6 x 12 = 144 ft UD =
Q 13.834,5225 8,5898 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 62,6400 25,7116
RD =
U C U D 8,8562 8,5898 0,0035 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C U D 8,8562 8,5898
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk ) Untuk Rep = 3.276,5863 aliran
dengan heat transfer De’ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
turbulen, jadi menggunakan persamaan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh : f = 0,0035
0,264 Re 0p, 42
Universitas Sumatera Utara
D G a Re a e μ
f = 0,0123
Rea = 3.246,2902, aliran turbulen
ρ = 62,0854 lb/ft3 (Geankoplis, 1997)
jadi menggunakan persamaan 3.47b,
(2) Fp =
Pada tc = 92,3 F diperoleh
Kern, 1965 diperoleh : f = 0,0035
4fGp 2 L 2g 2 D
= 0,0627 ft
0,264 Re 0a, 42
(3) Pp =
f = 0,0123
0,0627 62,0854 144
= 0,0270 psi
ρcampuran= 6,5730 lb/ft3 (tabel 7) 2
4fG a L 23,8868 ft (2’) Fa 2g 2 D e (3’) V =
Ga 64.143,7387 ft/s 3600 3600 6,5730
= 2,7107 ft/s
V 2 2,7107 2 6 Fi 6 2g 2 32,2 Fi 0,6846 ft Pa =
23,8868 0,6846 6,5730 psi 144
= 1,1216 psi
Kesimpulan : 13,6067
h outside
UC
8,8562
UD
8,6270
RD hitungan
0,0035
RD ditetapkan
0,0030
25,3667
1,1216
∆P hitungan
0,0270
10
∆P ditetapkan
10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima
Universitas Sumatera Utara
C.19
Gudang Penyimpanan Ammonium Bisulfat (G-01)
Fungsi
: Menyimpan ammonium bisulfat untuk kebutuhan 120 hari
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Bahan konstruksi
: Beton
Kondisi penyimpanan : T = 30 C P = 1 atm Tabel LC.14 Komposisi Bahan pada Gudang Penyimpanan (G-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Total
F (kg/jam) 0,4812 3,6473 10,4763 2,2370 223,7542 240,5959
Fraksi Massa 0,0020 0,0152 0,0435 0,0093 0,9300 1,0000
Densitas (kg/m3) 1.012,5000 1.826,1000 995,6800 1.080,9000 1.780,0000
ρ campuran (kg/m3) 2,0250 27,6826 43,3548 10,0498 1.655,4000 1.738,5123
Lama penampungan = 120 hari = 120 x 24 jam = 2.880 jam Faktor keamanan
= 50 %
Total jumlah masuk
= 24 jam x 240,5959 kg/jam = 5.774,3024 kg
Volume bak (Vb)
=
1 f k W
1 0,5 5.774,3024 4,9821 m 3 =
1.738,5123
Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 1/2 tinggi (t)
Volume gudang (V) p l t
1 1 1 t tt t3 2 2 4
Tinggi gudang (t) 3 V x 4 3 19,9284 2,7112 m Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 0,5 x 2,7112 = 1,3556 m
C.20
Dekanter (D-01)
Fungsi
: Memisahkan komponen organik dengan non-organik
Tipe
: Tangki silinder vertikal
Universitas Sumatera Utara
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA 285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 80 oC
Tekanan
: 1 atm
Tabel LC.15 Komposisi Umpan Dekanter Komponen
F (kg/jam)
Fraksi berat
Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Total
56,4487 1.228,9558 427,8595 262,4154 1.975,6795
0,0286 0,6220 0,2166 0,1328 1,0000
μ campuran
(kg/m3) komp camp 991,2500 28,3218 971,8300 604,5192 1.790,4444 387,7444 1.055,9004 140,2477 1.160,8331
(cP) komp xi.ln( ) 0,0392 -0,0926 0,3565 -0,6416 4,8000 0,3397 0,7305 -0,0417 -0,4362
= exp (xi.ln(µ)) = exp (-0,4362) = 0,6465 cp = 0,0006 kg/m.s
Komposisi hasil : akan terbentuk dua fasa yaitu heavy phase dan light fase Tabel LC.16 Komposisi Heavy Phase (Solvent) Komponen Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Total
F (kg/jam) 6,0219 1.204,3767 427,8595 19,9927 1.658,2508
Fraksi berat 0,0036 0,7263 0,2580 0,0121 1,0000
QH (m3/s) 1,6875E-06 3,4425E-04 6,6380E-05 5,2595E-06 4,1757E-04
camp (kg/m3) 3,5997 705,8338 461,9679 12,7304 1.184,1319
μ campuran
= exp (xi.ln( )) = exp (-0,3599)
= 0,6977 cp = 0,0007 kg/m.s
QH
= 4,1757E-04 x 35,3147 ft3/s
= 0,0147 ft3/s
xi.ln( ) -0,0118 -0,7491 0,4047 -0,0038 -0,3599
Tabel LC.17 Komposisi Light Phase (Product) Komponen Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Total μ campuran
F (kg/jam) 50,4268 24,5791 242,4228 317,4287
Fraksi berat 0,1589 0,0774 0,7637 1,0000
= exp (xi.ln(µ)) = exp (-0,8345)
QL (m3/s) 1,4131E-05 7,0254E-06 6,3775E-05 8,4931E-05
camp (kg/m3) 157,4703 75,2507 806,3994 1.039,1203
= 0,4341 cp = 0,0004 kg/m.s
Universitas Sumatera Utara
xi.ln( ) -0,5147 -0,0799 -0,2399 -0,8345
QL
= 8,4931E-05 x 35,3147 ft3/s
= 0,0030 ft3/s
a. Cek fase terdispersi ψ
Q = L QH
L. H H L
0,3
8,4931E - 05 1.039,1203 0,0007 = 4,1757E - 04 1.184,1319 0,0004
0,3
= 0,2255 < 0,3 (fase ringan selalu terdispersi)
(Walas, dkk., 1988)
Kecepatan pengendapan tetesan fase terdispersi dd (diameter tetesan) dalam rentang 100 – 1000 μm trial 1 : dd
= 100 μm = 0,0001 m
ud
=
(Walas, dkk., 1988)
g ( d c )d d2 18 H
9,8(1.039,1203 1.184,1319)(0,00012 ) = 18 0,0007
= -0,0011 m/s = -1,1316 mm/s (light phase naik ke atas) Karena lajunya kecil, digunakan bejana silinder tegak. Kecepatan fasa light (ringan) Lc
= laju volumetrik fasa kontinu (m3/s) =
1.658,2508 1 1.184,1319 3600
= 0,0004 m3/s uc
= kecepatan fasa kontinu, dimana uc ≤ ud
uc
= Lc/Ai
Ai
= area (luas antar muka)
Untuk dekanter yang berbentuk silinder tegak : Ai
= π r2
Ai
= Lc/uc =
0,0004 = 0,3438 m2 0,0011
Universitas Sumatera Utara
AI r
=
0,3438
=
= 0,3309 m = 13,0268 inci
D
= 2 x r = 2 x 0,3309 = 0,6618 m = 26,0536 in
Misal, H/D
=3
H
= 3 x D = 3 x 0,6618 = 1,9853 m = 6,5133 ft
Misalkan daerah dispersi 10% dari tinggi silinder = 0,1985 m Waktu tinggal tetesan dalam daerah dispersi td
=
0,1985m 0,0011m / s
= 175,4481 sekon = 2,9241 menit (yang direkomendasikan 2-5 menit)
b. Periksa ukuran tetesan heavy phase yang dapat terbawa dengan light phase Kecepatan fase ringan (light phase) : =
317,4287 1 1 1.039,1203 3600 0,3438
= 0,0002 m/s dd
u 18 c = d g d c
1/ 2
0,0002 18 0,0004 = 9,81.184,1319 1.039,1203
1/ 2
= 0,00003 m = 28,5392 μm (28,5392 μm < 100 μm cukup memuaskan) NRe
=
v D
=
1.039,1203 0,0002 0,6618 0,0004
= 391,0071 ( NRe< 5.000 sedikit masalah)
(Walas, dkk., 1988)
Universitas Sumatera Utara
c. Rancangan perpipaan Cairan ringan Cairan berat
Z1
Z2
Z3
(Z1-Z3) ρLg + Z3ρHg = Z2ρHg Z2
= (Z1-Z3) ρL/(ρH) + Z3
Dimana
: ρL = densitas cairan ringan : ρH = densitas cairan berat
Untuk meminimumkan entrainment oleh semburan cairan yang masuk ke bejana, kecepatan masuk ke dekanter harus < 1 m/s
Laju masuk
Fas.sulfat Fbenzyl Fair Fas. fenil = as. fenil as.sulfat benzyl air
1 m3/s 3600
= 0,0005 m3/s Luas penampang pipa = (0,0005 m3/s) / (1 m/s) = 0,0005 m2
0,0005 4 Diameter pipa =
1/ 2
= 0,0253 m = 0,9961 inci = 25,3009 mm
Dari Apependix A.5-1 Geankopis, 1997 dimensi dari pipa maka dipilih : Tabel LC.18 Dimensi Pipa Dekanter Noninal Pipe Size (NPS) (in) 0,75 schedule 40
OD (in)
ID (in)
A (ft2)
1,050
0,824
0,00371
Universitas Sumatera Utara
Misalkan interface terletak di tengah silinder dan cairan ringan keluar pada 90% dari tinggi silinder (bejana) : Z1
= 0,9 x 1,9853 m
= 1,7868 m
Z3
= 0,5 x 1,9853 m
= 0,9926 m
Z2
1.039,1203 0,9926 = 1,7868 0,9926 1.184,1319 = 1,6895 m
d. Tebal silinder (ts) dan tebal head (th) Tekanan rencana (Po)
= 1 atm = 101,3250 kPa
Tekanan hidrostatik (Ph)
= ρ x g x H = 1.160,8331 kg/ m3 x 9,8 m/s2 x 1,9853 m = 22.584,9404 Pa= 22,5849 kPa
Tekanan desain (Pdesain)
= Po + Ph = 101,3250 kpa + 22,5849 kPa = 123,9099 kPa
Faktor keamanan 20 %, maka tekanan desain = (1+0,2) x 123,9099 kPa = 148,6919 kPa = 21,5660 psia = 6,8700 psig Dimana bahan konstruksi reaktor adalah carbon steel SA 285 grade C dengan data sebagai berikut : Stress yang diijinkan (S)
= 13.700 psi
(Brownelll dan Young, 1959)
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
(Brownelll dan Young, 1959)
Faktor Korosi (C)
= 0,125 in/tahun
(Perry dan Green, 1997)
Umur alat (A)
= 10 tahun
Tebal silinder (ts)
=
PxR (CxA) SE 0,6 P
=
5,7186 9,2111 (0,125 10) (13.700)(0,8) 0,6(5,7186)
= 1,2548 in (dipilih tebal standar 1,375 in) Untuk head dekanter digunakan jenis flat flanged dished karena tekanan operasi yang rendah (atmosferis) Tebal head (th)
=
PDi A C 2SE - 0,2P
(Walas, dkk., 1988)
= 1,2582 inci (dipilih tebal standar 1,375 inci)
Universitas Sumatera Utara
Gambar Tutup Dekanter
Untuk th = 1,5 in, berdasarkan tabel 5.4 Brownelll dan Young, 1959 diperoleh : sf
= 1,5 – 4,5 in dipilih 3 in
icr
= 4,5 in
OD
= ID + (2 x th) = 29,0536 in = H 2 D 4
Volume dekanter total
= 72,3031 ft3 = 2,0474 m3 Faktor kelonggaran 15 %
= (1+0,15) x 2,0474 m3 = 3,0711 m3
FV
= F/ρ =
Waktu tinggal dalam dekanter =
=
C.21
1.975,6795kg / jam = 1,7019 m3/jam 3 1.160,8331kg / m
FV Vtotal
1,7019m 3 = 0,5542 jam = 33,2508 menit 3,0711m 3 / jam
Pompa (P-10)
Fungsi
: Untuk memompa produk ringan dari dekanter ke HE-04
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 80 oC
-
Laju alir massa
: 317,4287 kg/jam
=
0,1944 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.039,1203 kg/m3
=
64,8723 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,5917 cP
=
0,0004 lbm/ft.s
=
0,0006 Pa.s
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
Universitas Sumatera Utara
-
Tekanan keluar (P2)
: 14,696 psi
2.116,23628 lbf/ft2
=
Laju alir volumetrik, Q
F
0,1944lbm / s 0,0030 ft 3 / s 0,00008 m 3 / s 3 64,8723 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00008)0,45 x (1.039,1203)0,13 = 0,0132 m = 0,5190 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,5 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,6220 in
= 0,0518 ft
= 0,0158 m
-
Diameter luar (OD)
= 0,8400 in
= 0,0700 ft
= 0,0213 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00211 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0030 ft 3 / s 1,4201 ft / s at 0,00211 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 64,8723 x1,4201 x 0,0518 12.010,5034 0,0004
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0158 = 0,0029. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 12.010,5034 dan ɛ/D = 0,0029, diperoleh f = 0,0090. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0518 ft = 0,6738 ft
Universitas Sumatera Utara
-
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0518 ft = 3,1100 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0518 ft = 0,5702 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0518 ft = 2,8508 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 0,6738 + 3,1100 + 0,5702 + 2,8508 = 17,2048 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 x (0,0090) x (1,42012 ) x (17,2048) 0,3745 2 x (32,174) x (0,0518)
Tinggi pemompaan, Δz = 2 ft Static head, z
g 2 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
= z
v 2 P g + + +F g c 2. g c
= 2 + 0 + 0 + 0,3745 = 2,3745 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0010hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
Universitas Sumatera Utara
Preheater Umpan Destilasi (HE-04)
C.22 Fungsi
: Menaikkan temperatur sebelum masuk ke menara destilasi (MD-01)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Steam saturated Laju alir fluida masuk (W)
: 61,8506 kg/jam
= 136,3549 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 200 oC
= 392 oF
Temperatur keluar (T2)
: 200 oC
= 392 oF
Fluida dingin
: campuran asam fenil asetat, benzil sianida dan air
Laju alir fluida masuk (w)
: 317,4287 kg/jam
= 699,7988 lbm/jam
o
Temperatur masuk (t1)
: 80 C
= 176 oF
Temperatur keluar (t2)
: 196,85 oC
= 386,33 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q)
: 120.036,5021 kJ/jam
= 113.772,2045 Btu/jam
(2) t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.19 Data Temperatur Heater (HE-06) Fluida panas (oF) T1 = 392 T2 = 392 T1 – T2 = 0 LMTD
=
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 386,33
t2 = 5,67
t1 = 176
t1 = 216
t2 – t1 = 210,33
t1 - t2 = 210,33
t1 t 2 t ln( 1 ) t 2
216 5,67 ln( 216 ) 5,67
= 57,7815 oF
Universitas Sumatera Utara
(3) Temperatur kalorik (Tav dan tav) Tav
=
T1 T2 2
392 392 2
= 392 F
tav
=
t1 t 2 2
176 386,33 2
= 281,1650 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin: pipa (4) ID =
Dari tabel 11 Kern, 1965 D2
2,067 0,1723 ft 12
ap
1,66 D 0,1383 ft 1 12 a
a
4
0,0104 ft 2
dengan menggunakan persamaan 7.2
1
(Kern, 1965)
4 0,0083 ft 2
Gp
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,0761 ft
w ap
Gp
De
(5’) Kecepatan massa W Ga aa
lb m 699,7988 67.407,4391 0,0104 jam ft 2
(6) Pada tc = 281,1650 F, diperoleh viskositas = 0,7469 lbm/ft, jam (Reid, dkk. 1987 dan Kern.1965)
Re p
136,3549 Ga 0,0083 16.489,5849
lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 392 F steam
D 2
(5) Kecepatan massa
(D 2 D 2 ) 2
1,38 0,1150 ft 12
= 0,0387 lbm/ft, jam (fig.15)
D G a Re a e μ 0,0761 16.489,5849 Re a 0,0387 32.429,3948
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,1150 .67.407,4391 10.378,9267 0,7469
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 36 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 281,1650 F, c = 0,4709 Btu/(lbm)(oF) k = 0,0875 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft)
Universitas Sumatera Utara
(10’) ho untuk condensing steam
1 c 3 (9) k
= 1.500 Btu/(jam)(ft2)(oF) (Kern, 1965, hal. 204)
1 c 3 0,4709 0,7469 0,0875 k
1 3 1,5897
(10) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 36
0 ,14
=1
0,0875 1,5897 1 0,1150
= 43,5676 Btu/(jam)(ft2)(oF) (11) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hio = hi
ID 0,1150 43,5676 OD 0,1383
= 36,2188 Btu/(jam)(ft2)(oF) (12) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC) UC
h io h o 36,2188 1500 35,3649 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 36,2188 1500
(13) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 35,3649
UD = 31,9728 Btu/(jam)(ft2)(oF) (14) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 113.772,2045 61,5839 ft2 U D t 31,9728 57,7815
Panjang yang diperlukan =
61,5839 141,5721 ft 0,435
Universitas Sumatera Utara
Berarti diperlukan 6 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 2 x 6 x 12 x 0,435 = 62,64 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 2 x 6 x 12 = 144 ft UD =
Q 113.772,2045 31,4337 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 62,64 57,7815
RD =
U C U D 35,3649 31,4337 0,0035 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C U D 35,3649 31,4337
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 10.378,9267 aliran
dengan heat transfer
turbulen, jadi menggunakan persamaan
De’ = (D2 – D1)
3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
= (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Re a
D G e a μ
Rea = 14.444,0020, aliran turbulen, jadi menggunakan persamaan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
f = 0,0035 +
10.378,9267 0,42
f = 0,0089
Perry dan Green, 1997; Kern. 1965;
0,264 0,42
f = 0,0082 ρsteam= 0,4903 lb/ft3 (tabel 7)
Geankoplis, 1997) (2)
Fp =
4fG a L 189,0164 2g 2 D e
Ga 16.489,5849 ft/s 3600 3600 0,4903
4fGp 2 L 2g 2 D
= 0,0554 ft
2
(3’) V =
0,264
ρcampuran = 66,2151 lb/ft3 (Merck, 2012;
14.444,0020
(2’) Fa =
0,264 Re 0,42 p
Pada tc = 281,1650 F diperoleh
0,264 f = 0,0035 0, 42 Re a
f = 0,0035 +
f 0,0035
(3) Pp =
0,0255 66,2151 144
= 0,0255 psi
= 9,3420 ft/s
Universitas Sumatera Utara
V2 Fi 6 ' 2g 9,3420 2 6 2 32,2 Pa =
8,1310 ft
(189,0164 8,1310 ) 0,4903 144
= 0,6713 psi
Kesimpulan : 1.500 Uc
36,2188
h outside 35,3649
UD
31,4337
RD hitungan
0,0035
RD ditetapkan
0,0030 ∆P hitungan
0,6713
0,0255
∆P ditetapkan
2
10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima
C.23
Pompa (P-11)
Fungsi
: Untuk memompa produk berat dari dekanter ke pengolahan limbah
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 80 oC
-
Laju alir massa
: 1.658,2508 kg/jam =
-
Densitas (ρ)
: 1.184,1319 kg/m
-
Viskositas (µ)
: 1,5064 cP
3
1,0155 lbm/s
=
73,9254 lbm/ft3
=
0,0010 lbm/ft.s
=
0,0015 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,23628 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,23628 lbf/ft2
: 14,696 psi
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
1,0155 lbm / s 0,0137 ft 3 / s 0,0004 m 3 / s 3 73,9254 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,0004)0,45 x (1.184,1319)0,13 = 0,0266 m = 1,0473 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in
= 0,1150 ft
= 0,0351 m
-
Diameter luar (OD)
= 1,6600 in
= 0,1383 ft
= 0,0442 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0104 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0137 ft 3 / s 1,3208 ft / s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 73,9254 1,3208 0,1150 11.093,2043 0,0010
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 11.093,2043 dan ɛ/D = 0,0013, diperoleh f = 0,008. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 40 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,8999 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3249 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 1,4950 + 6,8999 + 1,2650 + 6,3249 = 55,9848 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,008) (1,3208 2 ) (55,9848 ) 0,4224 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F g c 2. g c = 10 + 0 + 0 + 0,4224 = 1 0,4224 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0241 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.24
Pompa (P-12)
Fungsi
: Untuk memompa produk dari HE-04 ke menara destilasi
Jenis
: Pompa sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 196,85 oC
-
Laju alir massa
: 317,4287 kg/jam
=
0,1944 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.060,7579 kg/m3
=
66,2231 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,1963 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0002 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,2362 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,2362 lbf/ft2
: 14,696 psi
Laju alir volumetrik, Q
F
0,1944 lbm / s 0,0029 ft 3 / s 0,00008 m 3 / s 3 66,2231lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00008)0,45 x (1.060,7579)0,13 = 0,0131 m = 0,5156 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,5 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,6220 in
= 0,0518 ft
= 0,0158 m
-
Diameter luar (OD)
= 0,8400 in
= 0,0700 ft
= 0,0213 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00211 ft2
-
Bahan konstruksi
= Commercial steel
Q 0,0029 ft 3 / s 1,3912 ft / s Kecepatan linear, v at 0,00211 ft 2 Bilangan reynold, N Re
.v.D 66,2231 x 1,3912 x 0,0518 36.198,2313 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5.
Universitas Sumatera Utara
ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0158 = 0,0029. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 36.198,2313 dan ɛ/D = 0,0029, diperoleh f = 0,0075. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0518 ft = 0,6738 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0518 ft = 3,1100 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0518 ft = 0,5702 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0518 ft = 2,8508 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 30 + 0,6738 + 3,1100 + 0,5702 + 2,8508 = 37,2048 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 x (0,0075) x (1,3912 2 ) x (37,2048) 0,6477 2 x (32,174) x (0,0518)
Tinggi pemompaan, Δz = 35 ft Static head, z
g 35 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
Universitas Sumatera Utara
-Ws
= z
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 35 + 0 + 0 + 0,6477 = 35,6477 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0157hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.25 Menara Destilasi (MD-01) Fungsi
: Memisahkan asam fenil asetat dari campurannya
Jenis
: Menara Destilasi Packing
Bentuk
: Silinder vertikal dengan tutup alas dan tutup torispherical
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade A
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
: Umpan
: P = 1 atm,
T = 196,85 oC
Puncak
: P = 0,9 atm, T = 183,83 oC
Dasar
: P = 1,1 atm, T = 267,85 oC Qc
Distilat (D) Recycle
Umpan (F)
QR
Bottom (B) Prilling Tower
Universitas Sumatera Utara
Asumsi-asumsi yang digunakan pada perancangan menara distilasi ini adalah sebagai berikut : 1. Pada setiap plate terjadi keseimbangan fase uap-cair. 2. Tidak ada panas yang masuk dari atau ke lingkungan. 3. Penurunan tekanan tiap plate tetap. Dari perhitungan neraca massa dan neraca panas diperoleh data : RD
= 1,6578
XHF
= 0,4981
RM
= 1,1052
XLF
= 0,1204
XLW = 0,0024
D
= 0,9039 kmol/jam
XHW = 0,9976
W
= 0,8835 kmol/jam
XHD = 0,0664
αLD
= 1,8232
XLD = 0,8716
αLW
= 1,7418
Menentukan Jumlah Plate Minimum Untuk menentukan jumlah plate minimum dengan persamaan Fenske (Geankoplis, 1997) αL,av
=
Nm
=
LD LW 1,8232 1,7418 1,7825 log X LD D / X HD D X HW W / X LW W 14,8605 log L ,av
Dari Fig. 11.7-3 Geankoplis pada R/(R + 1) = 0,6238 dan Rm/(Rm + 1) = 0,5250 diperoleh : Nm/N = 0,62 N
= 23,9686 = 24
Maka, jumlah tahap = 24 dan jumlah tray = 24 -1 = 23 piring
Penentuan Lokasi Umpan Masuk Lokasi umpan ditentukan dengan persamaan Kirkbride N x B xf log ( e )=0,206 log ( )( HK )( bLK )2 Ns D x f LK xdHK
Universitas Sumatera Utara
Dengan : Ne
= jumlah plat teoritis di atas feed plate
Ns
= jumlah plat teoritis di bawah feed plate
B
= jumlah produk bottom
D
= jumlah produk destilat
XfHK
= konsentrasi heavy key di feed
XfLK
= konsentrasi light key di feed
XdHK = konsentrasi heavy key di destilat XbLK
= konsentrasi light key di bottom
Log (Ne/Ns) = -0,4664 Ne/Ns
= 0,3416
Ne + Ns
= 24
Ns
= 17,8887 = 18
Ne
= 6,1113 = 6
Jadi, umpan masuk pada tray ke 6 dari atas. Enriching section Mass Flow Rate L/D = R
= 1,6578
L
= 1,4986 kmol/jam
V = (R+1) D
= 2,4025 kmol/jam
P
= 0,9 atm
T
= 456,98 K = 1183,83oC
Tabel LC.20 Komposisi Enriching – Section Komponen
BM 18,02 117,15 136,15
Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total ρV = ρL =
1,0212 982,0671
Vw = V(BMavg)v/3.600
xi 0,0620 0,8716 0,0664 1,0000
yi 0,7544 0,2357 0,0098 1,0000
xi,BM 1,1164 102,1132 9,0403 112,2699
yi.BM 13,5951 27,6131 1,3409 42,5491
kg/m3 kg/m3
= 0,0284 kg/s
Universitas Sumatera Utara
Lw = L(BMavg)L/3.600
= 0,0467 kg/s
Stripping section Mass Flow Rate V’ = V
= 2,4025 kmol/jam
L’ = L + umpan
= 3,2860 kmol/jam
P
= 1,1 atm
T
= 541 K = 267,85oC
Tabel LC.21 Komposisi Enriching – Section Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
BM 117,15 136,15
xi 0,0024 0,9976 1,0000
yi 0,0042 0,9958 1,0000
xi.BM 0,2854 135,8183 136,1037
yi.BM 0,4962 135,5734 136,0695
3,3717 kg/m3 1.054,8943 kg/m3 0,0001 Ns/m2
ρV = ρL = μL = Vw = V(BMavg)v/3.600
= 0,0908 kg/s
Lw = L(BMavg)L/3.600
= 0,1242 kg/s
Menentukan K4 Flv diperoleh dari persamaan 11.42 Sinnot, 2005 Flv
=
LW VW
V L
Flv untuk top
= 0,0531
Flv untuk bottom
= 0,0773
Pressure drop yang diijinkan untuk destilasi atmosferis adalah 40-80 mmH2O (halaman 602 Sinnot, 2005) maka diambil pressure drop 42 mmH2O. Kemudian K4 ditentukan dari Fig.11.44 Sinnot, 2005 dan diperoleh: K4Top
= 1,5
K4Bottom
= 1,4
Pada saat flooding : K4Top
= 4,20
K4Bottom
= 3,95
Universitas Sumatera Utara
Persentase flooding
= (K4 dari rancangan pressure drop/K4 pada saat flooding)1/2
dari persamaan 11.112 Sinnot, 2005 1/ 2
Untuk top
1,5 = 4,2
Untuk bottom
1,4 = 3,95
0,5976 1/ 2
0,5953
Persentase flooding memenuhui syarat karena < 0,8
Penentuan jenis packing Jenis packing yang dipilih adalah intalox saddle dengan pertimbangan: 1. Bernilai ekonomis 2. Efisiensi tinggi 3. Menyediakan bidang kontak yang cukup besar antara gas-cair Estimasi awal diameter menara adalah 0,3 - 0,9 meter (1 samapi 3 ft), maka diameter packing yang diijinkan 25 - 38 mm ( 1 sampai 1,5 in) dari Sinnot, 2005. Diambil Dp 1 in (25 mm). Berdasarkan tabel 11.2 Sinnot, 2005 spesifikasi intallox saddles :
Tabel LC.22 Spesifikasi Intallox Saddles Material Ceramic
Ukuran (mm) 25
Bulk density (kg/m3) 673
Surface Area (m2/m3) 253
Packing faktor Fp m-1 300
Mengecek diameter menara Perhitungan memakai kondisi bottom, Vw dikoreksi menggunakan persamaan 11.118 (Coulson, 1983). Vw*
K 4 v l v
=
13,1Fp L / L
0,1
2,4918kg / m 2 .s
Luas penampang menara : A
=
Diameter kolom
=
Vw 0,0908kg / s 0,0364m 2 * 2 Vw 2,4918kg / m .s 4
A 0,6769m
Universitas Sumatera Utara
Nilai yang diperoleh masih dalam rentang estimasi awal, maka diambil diameter kolom = 0,7 m Menentukan tinggi bahan isian Tinggi bahan isian dihitung dengan persamaan : z
= n. HETP
Dengan : z
= tinggi bahan isian (m)
n
= jumlah stage jika digunakan media plate sebagai media kontak
HETP = high equivalent of theoretical plate Dari halaman 593 Sinnot, 2005 untuk diameter packing bed 25 mm (1 in) maka HETP 0,4 – 0,5 m, maka diambil HETP 0,4 m z
= 24 x 0,4 m = 9,6 m
Menghitung Hold-up (Hw)
Lw 0,3228kg / s.m 2 A
L’
=
d
= 25 mm
Hw
= 0,143 L
d ;
0, 6
0,0105m 3liquid / m 3 kolom
Semakin kecil Hw, maka waktu untuk drainase saat shut down akan semakin singkat.
Tebal menara dan head Tekanan rencana (Po)
= 1 atm x 14,6960 psi/atm
= 14,6960 psi
Faktor keamanan 20 %, maka tekanan desain = (1+0,2) x 14,6960 psi = 17,6352 psig
Dimana bahan konstruksi reaktor adalah Carbon Stell 285 grade A dengan data sebagai berikut : Stress yang diijinkan (S)
= 11.200 psi
(Brownelll and Young, 1959)
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
(Brownelll and Young, 1959)
Faktor Korosi (C)
= 0,125 in/tahun
(Perry and Green, 1997)
Umur alat (A)
= 10 tahun
Tebal silinder (ts)
=
PxR (CxA) SE 0,6 P
Universitas Sumatera Utara
= 1,2772 inci Tebal shell standar yang digunakan adalah 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Jenis head digunakan adalah torispherical dished head
Dari tabel 5.7 Brownelll dan Young, 1959 diperoleh : Perancangan head
t
0,885P D nC 1,2740in 2SE 0,2P
Diambil tebal plat standar = 13/8 in dan dari tabel 5.8 Brownelll dan Young untuk th = 13/8 in didapatkan sf = 1 ½ - 4 ½ in, dipilih 2 in dan icr 4,1250 in a
= ID/2
= 22,5591 in
r
= OD
= 30,3090 in
AB
= a-icr
= 9,6545 in
BC
= rc – icr
= 9,6545 in
b
= rc -
AC
=
OA
= th + b + sf
BC 2 AB 2
BC 2 AB 2
= 5,9699 in = 24,3391 in = 9,2439 in
Tinggi Menara Total Tinggi bahan isian
= 9,6 m
Tinggi ruang kosong antar tumpukan
= 0,2 m
Tinggi ruang kosong di atas enriching
= 0,5 m
Tinggi ruang kosong di bawah stripping
= 0,5 m
Tinggi head (atas dan bawah) = 2 x OA
= 0,4696 m
Maka tinggi menara total
= 11,2696 m ≈ 11,3 m
Universitas Sumatera Utara
C.26
Kondensor (CD-01)
Fungsi
: Mengkondensasikan campuran uap asam fenil asetat, benzil sianida dan air
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 x 3 in IPS, 12 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas
:
Asam fenil asetat, benzil sianida dan air
Laju alir fluida masuk (W)
:
204,4537 kg/jam
= 450,7356 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
:
183,83 oC
= 362,8940 oF
Temperatur keluar (T2)
:
183,83 oC
= 362,8940 oF
Viskositas campuran (μ)
:
0,1251 cp
Fluida dingin
:
Air pendingin
Laju alir fluida masuk (w)
:
254,2893 kg/jam
= 560,6150 lbm/jam
o
Temperatur masuk (t1)
:
27 C
= 80,6 oF
Temperatur keluar (t2)
:
40 oC
= 104 oF
Perhitungan (1) Panas yang diserap (Q) = 96.313,6537 kJ/jam = 91.287,3711 Btu/jam (2) t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.23 Data Temperatur Condensor Fluida panas (oC)
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
T1 = 183,83 T2 = 183,83 T1 – T2 = 0 LMTD
LMTD
Fluida dingin (oC)
Selisih (oC)
t2 = 40
t1 = 143,83
t1 = 27
t2 = 156,83
t2 – t1 = 13
t2 - t1 = 13
t 2 t1 t ln( 2 ) t1
Δt 2 Δt 1 Δt ln 2 Δt 1
13 = 150,2363 oC = 302,4253 oF 156,83 ln 143,83
Universitas Sumatera Utara
(3) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tav
=
T1 T2 2
362,894 362,894 2
= 362,894 F
tav
=
t1 t 2 2
80,60 104 2
= 92,30 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
(4) ID =
2,067 0,1723 ft 12
D2
2,66 D 0,1383 ft 1 12 a a
Fluida dingin: pipa
(D 2 D 2 ) 2
1
4 0,0083 ft 2
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 2 1 De D 1 0,0761 ft
(5’) Kecepatan massa W aa lb m 450,7356 Ga 54.508,0796 0,0083 jam. ft 2 W G'' LN 2/3 t lb m 450,7356 G '' 37,4985 2/3 jam. ft 12 1 Asumsi ĥ = ho = 200 Ga
Dari tube side hio = 33,7928 h o t ta (T t ) w v a h h io o 200 92,3 (362,894 92,3) 33,7928 200 o
ap
1,38 0,1150 ft 12 D 2 4
0,0104 ft 2
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
Gp
w ap
Gp
lbm 560,6150 54.000,6936 0,0104 jam. ft 2
(6) Pada tc = 92,30 F, diperoleh viskositas = 0,8 cP = 1,9360 lbm/ft, jam (Fig. 14 Kern, 1965)
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,1150 x 54.000,6936 1,2100 Re p 3.207,6858 Re p
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 8 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 92,30F, c = 0,8 Btu/(lbm)(oF) (Fig. 2, Kern, 1965)
= 323,7819 F
Universitas Sumatera Utara
1 1 t T t (362,894 341,8145) f 2 v w 2
k = 0,3589 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) (Tabel 4, Kern, 1965) 1 1 c 3 0,8 1,9360 3 k 0,3589
o
= 343,3380 F kf = 0,3583 Btu/(jam)(ft)(oF)
= 1,6280
ρf = 62,3051 lb/ft3
0 ,14 1 3 k c (9) hi = J H D k w
μf = 0,3744 lb/ft. jam Dari persamaan 12.42
4G ' h 1,5 f
1/ 3 2 1/ 3 f kf 3 2 g f
h ho 1.649,1808
Btu/(jam)(ft2)(oF)
Asumsi w
hi = 8 x
0 ,14
=1
0,3589 x 1,6280 x 1 0,1150
= 40,6493 Btu/(jam)(ft2)(oF) (10) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hio = hi
ID 0,1150 40,6493 x OD 0,1383
= 33,7928 Btu/(jam)(ft2)(oF)
(11) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC) UC
h io h o 33,7928 1.500 2o 33,1143 Btu/jam.ft F h io h o 33,7928 1.500
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 0,0332 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 33,1143
UD = 30,1219 (jam)(ft2)(oF) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 91.288,0256 10,0211 ft2 U D t 30,1219 302,4253
Panjang yang diperlukan =
10,0211 23,0368 ft 0,4350
Universitas Sumatera Utara
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 1 x 2 x 12 x 0,4350 = 10,4400 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 1 x 2 x 12 = 24 ft
Q 91.288,0256 28,9131Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 10,4400 302,4253 U U D 33,1143 28,9131 RD = C 0,0044 (jam)(ft2)(oF)/Btu UC U D 33,1143 28,9131 UD =
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1) De’ untuk pressure drop berbeda (1) Untuk Rep = 3.207,7639 aliran dengan heat transfer
turbulen. Jadi menggunakan persamaan
De’ = (D2 – D1)
3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
= (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Re a
D G e a μ
f = 0,0035
0,264 Re 0p, 42
f = 0,0124
Rea = 4.938,1102, aliran turbulen jadi Pada tc = 93,74 F diperoleh menggunakan persamaan 3.47b, Kern, s = 0,9945 (Fig 6, Kern, 1965)
1965 diperoleh : 0,264 f = 0,0035 0, 42 Re a
f = 0,0109 ρ = 0,998 62,5 = 62,3051 lb/ft3 2
4fG a L 0,0283 ft (2) Fa 2g 2De (3) V =
ρ = 0,9945 62,5 = 62,0862 lb/ft3 (2) Fp =
4fGp 2 L = 0,0094 ft 2g 2 D
(3) Pp =
0,0094 62,0862 144
= 0,0040 psi
Ga 17.140,9950 ft/s 3600 3600 0,4903
= 0,2430 fps
V2 0,24302 Fi 1 1 2g 2 32,2 Fi 0,0009 ft
Universitas Sumatera Utara
Pa =
0,0283 0,0009 62,3051 psi 144
= 0,0126 psi Kesimpulan 1.649,1904
h outside
Uc
33,1143
UD
28,9129
RD hitungan
0,0044
RD ditetapkan
0,003
33,7928
0,0126
∆P hitungan
0,0040
10
∆P ditetapkan
10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima
C.27 Accumulator (TK-03) Fungsi
: Menampung sementara kondensat dari kondensor 1 jam
Bentuk
: Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup flat flanged
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade A
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 183,830 °C
Tekanan
: 0,9 atm = 13,2264 psia
Tabel LC.24 Komposisi Bahan pada Tangki Accumulator (TK-03) Komponen Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
F (kg/jam) 65,3264 132,6842 6,4431 204,4537
Fraksi Massa 0,3195 0,6490 0,0315 1,0000
Densitas (kg/m3) 961,3652 990,5440 1.055,1857
ρ campuran (kg/m3) 307,1725 642,8325 33,2529 983,2580
Perhitungan: a.
Volume larutan, Vl
=
204,4537 kg/jam x1jam 983,2580 kg/m 3
= 0,2079 m3 Faktor kelonggaran
= 15 %
Universitas Sumatera Utara
= (1 + 0,15) . 0,2079 m3
Volume tangki, Vt
= 0,2391 m3 = Vl 0,2079 0,8696
Fraksi volum
Vt
0,2391
Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8696 maka H/D = 0,8119
b.
Diameter dan tinggi shell Volume tangki (V) V
= Vs
Kapasitas shell dengan H/D = 0,8119 θ
= 2 arc cos (1-2H/D)
θ
= 2 arc cos (1-2.0,8119) = 257,1883o = 4,4888 rad
Vs
= Vo (V/Vo)
Vs
=
Vs
= 0,6830 D2L
L/D
=3
Vs
= 2,0490 D3
0,2391 m3
= 2,0490 D3
D
= 0,4887 m
= 19,2395 in
R
= 0,2443 m
= 9,6197 in
H
= 0,8119 x D = 0,3968 m = 15,6205 in
L
=3xD
4
2 sin
D2 L 1
= 1,4661 m = 57,7184 in
c. Tebal shell tangki Tinggi larutan dalam tangki = 0,3968 m Tekanan hidrostatik P
= x g x ZL = 983,2580 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,3968 m = 3.823,1722 Pa = 3,8232 kPa
Faktor kelonggaran
= 10 %
P operasi
= 91,1925 kPa
= 0,9 atm
Universitas Sumatera Utara
Maka, Pdesain = (1,15) (P operasi + P hidrostatik) = 1,15 ( 91,1925 + 3,8232) = 109,2680 kPa = 15,8480 psia = 1,1520 psig -
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade A
-
Allowable working stress (S)
: 11.200 psia
-
Joint efficiency (E)
: 0,90
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
-
Umur alat
: 10 tahun
(Walas, 1988) (Walas, 1988) (Perry dan Green, 1999)
PR n. C SE 0,6P (1,1520 psig) ( 8,9740 in) 10.(0,125 in ) (11.200 psia)(0,90) (0,6 1,1520 psig) 1,2511 in
t
Tebal shell standar yang digunakan adalah 1,25 in
d.
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal tutup tangki t D 0,3P
S
n.C 19,2395 in 0,3 1,1520
11.200
10.(0,125in )
1,3569 in
Tebal tutup standar yang digunakan adalah 1,375 in
C.28
(Brownell dan Young, 1959)
Pompa (P-13)
Fungsi
: Untuk memompa keluaran accumulator menuju menara destilasi
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 183,83 oC
-
Laju alir massa
: 127,5278 kg/jam
=
0,0781 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 982,0671 kg/m3
=
61,3105 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,1251 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0001 Pa.s
=
1.904,6127 lbf/ft2
-
Tekanan masuk (P1) : 13,2264 psi
Universitas Sumatera Utara
-
Tekanan keluar (P2)
: 14,696 psi
2.116,2362 lbf/ft2
=
Laju alir volumetrik, Q
F
0,0781lbm / s 0,0013 ft 3 / s 0,00004 m 3 / s 3 61,3105 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00004)0,45 x (982,0671)0,13 = 0,0089 m = 0,3506 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,375 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,4930 in
= 0,0411 ft
= 0,0125 m
-
Diameter luar (OD)
= 0,6750 in
= 0,0562 ft
= 0,0171 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00133 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0013 ft 3 / s 0,9577 ft / s at 0,00133 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 61,3105 0,9577 0,0411 28.705,7613 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0125 = 0,0037. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 28.705,7613 dan ɛ/D = 0,0037, diperoleh f = 0,0075. Instalasi pipa : - Panjang pipa lurus, L1 = 5 ft -
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0411 ft = 0,5341 ft
Universitas Sumatera Utara
-
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0411 ft = 2,4650 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0411 ft = 0,4519 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0411 ft = 2,2596 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 5 + 0,5341 + 2,4650 + 0,4519 + 2,2596 = 10,7105 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0075) (0,9577 2 ) (10,7105) 0,1115 2 (32,174) (0,0411)
Tinggi pemompaan, Δz = 0 ft Static head, z
g 0 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
= z
v 2 P g + + +F 2. g c gc
=0+0+
2116,2362 1904,6127 + 0,1115 = 3,5632 ft.lbf/lbm 61,3105
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0006 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
Universitas Sumatera Utara
C.29
Pompa (P-14)
Fungsi
: Untuk memompa keluaran destilat menuju cooler (HE-05)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 183,83 oC
-
Laju alir massa
: 76,9259 kg/jam
=
0,0471 lbm/s
3
=
61,3105 lbm/ft3
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0001 Pa.s
-
Densitas (ρ)
: 982,0671 kg/m
-
Viskositas (µ)
: 0,1251 cP
-
Tekanan masuk (P1) : 13,2264 psi
=
1.904,6127 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,2362 lbf/ft2
: 14,696 psi
Laju alir volumetrik, Q
F
0,0471lbm / s 0,0008 ft 3 / s 0,00002 m 3 / s 3 61,3105 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00002)0,45 x (982,0671)0,13 = 0,0071 m = 0,2792 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,375 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,4930 in
-
Diameter luar (OD)
= 0,6750 in
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00133 ft
-
Bahan konstruksi
= 0,0411 ft
= 0,0125 m
= 0,0562 ft
= 0,0171 m
2
= Commercial steel
Q 0,0008 ft 3 / s 0,5777 ft / s Kecepatan linear, v at 0,00133 ft 2 Bilangan reynold, N Re
.v.D 61,3105 0,5777 0,0411 17.315,5756 0,0001
Universitas Sumatera Utara
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0125 = 0,0037. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 17.315,5756 dan ɛ/D = 0,0037, diperoleh f = 0,009. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 40 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0411 ft = 0,5341 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0411 ft = 2,4650 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0411 ft = 0,4519 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0411 ft = 2,2596 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 0,5341 + 2,4650 + 0,4519 + 2,2596 = 45,7105 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,009) (0,5777 2 ) (45,7105 ) 0,2078 2 (32,174) (0,0303)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Universitas Sumatera Utara
Perssure head, = z
-Ws
P 0
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 +
2116,2362 1904,6127 + 0,2078 61,3105
= 13,6594 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0015 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.30
Cooler (HE-05)
Fungsi
: Menurunkan temperatur destilat sebelum kembali ke reaktor (R-01)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 15 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Campuran dari asam fenil asetat, benzil sianida, dan air Laju alir fluida masuk (W)
: 76,9259 kg/jam
= 169,5897 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 183,83 oC
= 362,8940 oF
Temperatur keluar (T2)
: 90 oC
= 194 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 1.271,3391 kg/jam
= 2.802,7758 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 27 oC
= 80,6 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 104 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
Fluida dingin : Air pendingin
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 68.856,8458 kJ/jam = 65.263,4408 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
(2) t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.25 Data Temperatur Cooler (HE-07) Fluida panas (oF) T1 = 362,8940 T2 = 194 T1 – T2 = 168,894 LMTD
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
=
t 2 t1 t ln( 2 ) t1
=
258,8940 113,4000 ln( 258,8940 ) 113,4000
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 104
t2 = 258,894
t1 = 80,60
t1 = 113,400
t2 – t1 = 23,4
t2 - t1 = 145,494
= 176,2501 oF
(3) Temperatur kalorik (Tav dan tav) Tav
=
T1 T2 2
362,8940 194 2
= 278,447 F
tav
=
t1 t 2 2
80,60 104 2
= 92,3 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin: pipa (4) ID =
Dari tabel 11 Kern, 1965 D2
2,067 0,1723 ft 12
1,66 D 0,1383 ft 1 12 a a
(D 2 D 2 ) 2
1
4 0,0083 ft 2
ap
(D 2 D 2 ) 2 1 D 1 0,0761 ft
D 2 4
0,0104 ft 2
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2 (Kern, 1965)
Gp
w ap
Gp
lb m 2.802,7758 269.974,6748 0,0104 jam ft 2
Diameter ekivalen = De De
1,38 0,1150 ft 12
(6) Pada tc = 92,3 F, diperoleh viskositas
Universitas Sumatera Utara
= 2,0086 lbm/ft, jam (fig.14)
(5’) Kecepatan massa Ga
W aa
Re p
169,5897 Ga 0,0083 20.508,7213
Re p lb m
μ
(Kern, 1965)
0,1150 269.974,6748 15.457,0784 2,0086
(7) Taksir JH dan diperoleh
jam ft 2
JH = 28
(6’) Pada Tc = 278,4470 F campuran
DG p
(Fig. 24, Kern, 1965)
= 0,4456 lbm/ft, jam
D G a Re a e μ
(8) Pada tc = 92,3 F, c = 0,45 Btu/(lbm)(oF) (fig.2 Kern) k = 0,33 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) (tabel 4 Kern)
0,0761 20.508,7213 0,4456 3.504,9938
Re a
1 c 3 (9) k
(7’) Taksir JH dan diperoleh
1 1 c 3 0,45 2,0086 3 1,3991 0,3300 k
JH = 8 (Fig. 24, Kern, 1965) (8’) Pada Tc = 278,4470 F,
(10) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 hi = J H D k w
c = 0,5579 Btu/(lbm)(oF) (Reid, dkk. 1987, Perry. 1999) k = 0,1310 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) 1 c 3 (9’) k
1 c 3 0,5579 0,4456 0,1310 k (10) Dari persamaan 6.15 1
1 3 1,2379
0 ,14 1 k c 3 ho = J H D k w
Asumsi w
=1
Asumsi
0 ,14
=1
hi = 28
0,33 1,3991 1 0,1150
= 112,4186 Btu/(jam)(ft2)(oF) (11) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965 hio = hi
ID 0,1150 112,4186 OD 0,1383
= 93,4564 Btu/(jam)(ft2)(oF)
Universitas Sumatera Utara
ho = 8
0,1310 1,2379 1 0,0761
= 17,0406 Btu/(jam)(ft2)(oF)
(12) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC) UC
h io h o 93,4564 17,0406 h io h o 93,4564 17,0406
14,4127 Btu/jam.ft 2 .F
(13) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 14,4127
UD = 13,8153 Btu/(jam)(ft2)(oF) (14) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 65.263,4408 26,8028 ft2 U D t 13,8153 176,2501
Panjang yang diperlukan =
26,8028 61,6156 ft 0,4350
Berarti diperlukan 2 pipa hairpin 15 ft yang disusun seri Luas sebenarnya
= 2 x 2 x 15 x 0,435 = 26,1000 ft2
Panjang pipa sebenarnya
= 2 x 2 x 15 = 60 ft
UD =
Q 65.263,4408 14,1873 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 26,1000 176,2501
RD =
U C U D 14,4127 14,1873 0,0011 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C U D 14,4127 14,1873
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk ) Untuk Rep = 15.457,0784
dengan heat transfer
aliran turbulen, jadi menggunakan persamaan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
De’ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
f 0,0035
0,264 Re 0,42 p
Universitas Sumatera Utara
Re a
D G e a μ
f = 0,0035 +
0,264 15.457,0784 0,42
Rea = 1.561,1188, aliran laminar
f = 0,0081
jadi menggunakan persamaan 3.46,
Pada tc = 92,3 F diperoleh
Kern, 1965 diperoleh :
ρ = 62,0854 lb/ft3 (Geankoplis, 1997)
f
16 DG
(2) Fp =
f = 0,0102
= 0,3821 ft 3
ρcampuran= 62,3280 lb/ft (tabel 7)
(3) Pp =
2
(2’) Fa = (3’) V =
4fGp 2 L 2g 2 D
4fG a L 2g 2 D e
0,0094
0,3821 62,0854 144
= 0,1647 psi
Ga 20.508,7213 ft/s 3600 3600 62,3280
= 0,0914 ft/s
V2 Fi 2 ' 2g 0,0914 2 0,0003 ft 2 2 32,2 Pa =
(0,0094 0,0003) 62,3280 psi 144
= 0,0042 psi Kesimpulan : 17,0406
h outside
Uc
14,4127
UD
14,1873
RD hitungan
0,0011
RD ditetapkan
0,0030
0,0042 10
∆P hitungan ∆P ditetapkan
93,4564
0,1647 10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima C.31 Fungsi
Pompa (P-15) : Untuk memompa keluaran destilat dari HE-05 ke reaktor
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 90 oC
-
Laju alir massa
: 76,9259 kg/jam
=
0,0471 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.000,9660 kg/m3
=
62,4903 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,1733 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0002 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,2362 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,2362 lbf/ft2
: 14,696 psi
Laju alir volumetrik, Q
F
0,0471lbm / s 0,0008 ft 3 / s 0,00002 m 3 / s 3 62,4903 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00002)0,45 x (1.000,9660)0,13 = 0,0070 m = 0,2775 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,25 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,3640 in
= 0,0303 ft
= 0,0092 m
-
Diameter luar (OD)
= 0,5400 in
= 0,0450 ft
= 0,0137 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00072 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0008 ft 3 / s 1,0470 ft / s at 0,00072 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,49031,0470 0,0303 17.042,4977 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar.
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0092 = 0,0050. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 17.042,4977 dan ɛ/D = 0,0050, diperoleh f = 0,0088. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0303 ft = 0,3943 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0303 ft = 2,7300 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0303 ft = 0,3337 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0303 ft = 1,6683 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 0,3943 + 2,7300 + 0,3337 + 1,6683 = 15,1263 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0088) (1,0470 2 ) (15,1263) 0,2990 2 (32,174) (0,0303)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Universitas Sumatera Utara
Perssure head,
-Ws
= z
P 0
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 + 0 + 0,2990 = 10,2990 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0011hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.32
Pompa (P-16)
Fungsi
: Untuk memompa produk dari menara destilasi ke reboiler
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 196,85 oC
-
Laju alir massa
: 894,5001 kg/jam
=
0,5478 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.080,6135 kg/m3
=
67,4627 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,2098 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0002 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 14,696 psi
=
2.116,2362 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.327,8599 lbf/ft2
Laju alir volumetrik, Q
F
: 16,1656 psi
0,5478 lbm / s 0,0081 ft 3 / s 0,0002 m 3 / s 3 67,4627 lbm / ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt
= 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,0002)0,45 x (1.080,6135)0,13 = 0,0207 m = 0,8169 in
Universitas Sumatera Utara
Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,750 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam ( ID )
= 0,8240 in
-
Diameter luar ( OD )
= 1,0500 in
= 0,0687 ft
= 0,0209 m
= 0,0875 ft
= 0,0267 m
2
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00371 ft
-
Bahan konstruksi
= Commercial steel
Q 0,0081 ft 3 / s 2,1886 ft / s Kecepatan linear, v at 0,00371 ft 2 Bilangan reynold, N Re
.v.D 67,4627 x 2,1886 x 0,0687 71.926,7030 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0209 = 0,0022. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 71.926,7030 dan ɛ/D = 0,0022, diperoleh f = 0,0062. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 5 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0687 ft = 0,8927 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0687 ft = 4,1200 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0687 ft = 0,7553 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0687 ft = 3,7766 ft
Universitas Sumatera Utara
Panjang pipa total ( ∑L )
= 5 + 0,8927 + 4,1200 + 0,7553 + 3,7766 = 14,5446 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 x (0,0062) x (2,1886 2 ) x (14,5446) 0,3910 2 x (32,174) x (0,0687)
Tinggi pemompaan, Δz = 0 ft Static head, z
g 0 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
= z
v 2 P g + + +F g c 2. g c
=0+0+
2327,8599 2116,2363 + 0,3910 67,4627
= 3,5279 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0044hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
C.33
Reboiler (RB-01)
Fungsi
: Menguapkan sebagian hasil bawah menara destilasi (MD-01)
Jenis
: Kettle Reboiler, Double Pipe Heat Exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas
:
Steam saturated
Laju alir fluida masuk (W)
:
81,0344 kg/jam
= 178,6472 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
:
300 oC
= 572 oF
Temperatur keluar (T2)
:
300 oC
= 572 oF
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin
:
Asam fenil asetat dan benzil sianida
Laju alir fluida masuk (w)
:
894,5001 kg/jam
Temperatur masuk (t1)
:
o
196,85 C
= 386,33 oF
Temperatur keluar (t2)
:
267,85 oC
= 514,13 oF
= 1.972,0021 lbm/jam
Perhitungan (1) Neraca panas : qp = 101.196,1198 Btu/jam qv = 6.715,5675 Btu/jam Panas yang diserap (Q) = qp + qv = 107.911,6873 Btu/jam (2) t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.26 Data Temperatur Reboiler Fluida panas (oF) T1 = 572 T2 = 572 T1 – T2 = 0 (Δt)p
=
=
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 514,13
t2 = 57,87
t1 = 386,33
t1 = 185,67
t2 – t1 = 127,8
t1 - t2 = 127,8
t1 t 2 t ln( 1 ) t 2 185,67 57,87 ln(185,67 ) 57,87
= 109,6269 oF = T1 – t2
(Δt)v qp
= 572 – 514,13 = 57,87oF
t p
101.196,1198 923,0953 109,6269
qv t v
6.715,5675 116,0457 57,8700
qp
t p
qv 923,0953 116,0457 1.039,1411 t v
Universitas Sumatera Utara
Δt
=
Q 107.911,6873 103,8470 o F q / t 1.039,1411
(3) Temperatur kalorik (Ts dan Ta) Ts
=
T1 T2 2
572 572 2
= 572,00 F
Ta
=
t1 t 2 2
514,13 386,33 2
= 450,23 F
Fluida dingin : annulus Preheating
Fluida panas: pipa (4) ID =
(4’) Luas aliran, Dari tabel 11 Kern, 1965 2,067 0,1723 ft 12
D2
1
Gp
Diameter ekivalen = De (D 2 D 2 ) 1 De 2 D 1 0,0761 ft
Gp
178,6472 0,0104 lb m jam ft 2
(6) Pada tc = 572 F, diperoleh viskositas = 0,0484 lbm/ft, jam (Fig.15)
W aa
(Kern, 1965)
1.972,0021 0,0083
238.476,9480
Re p lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 450,23 F (temperatur ratarata dari 514,13F dan 386,33F) campuran
w ap
17.208,0213
(5’) Kecepatan massa
Ga
0,0104 ft 2
(Kern, 1965)
4 0,0083 ft 2
Ga
4
dengan menggunakan persamaan 7.2
(D 2 D 2 ) 2
D 2
(5) Kecepatan massa
1,66 D 0,1383 ft 1 12 a a
ap
1,38 0,1150 ft 12
= 0,3920 lbm/ft, jam
Re p
DG p μ 0,1150 17.208,0213 40.886,8274 0,0484
(10) hio untuk condensing steam = 1.500 Btu/(jam)(ft2)(oF) (Kern, 1965, hal. 204)
Universitas Sumatera Utara
Re a
D G e a μ
0,0761 238.476,9480 0,3920 46.321,2737
Re a
(7’) Taksir JH dan diperoleh JH = 80 (Fig. 24, Kern, 1965) (8’) Pada Tc = 450,23 F, c = 0,5555 Btu/(lbm)( oF) (Reid, dkk. 1987, Perry. 1999) k = 0,1061 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) 1 c 3 (9’) k 1 1 c 3 0,5555 0,3920 3 1,2708 0,1061 k
(10’ ) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 ho = J H D k w
Asumsi w
ho = 80
0 ,14
=1
0,5555 1,2708 1 0,0761
= 141,6911 Btu/(jam)(ft2)(oF) Koefisien Keseluruhan bersih untuk preheating (Clean Overall coefficient, Up)
Up
h io h o 1.500 141,6911 129,4621Btu/jam.ft 2 .F h io h o 1.500 141,6911
Luas keseluruhan bersih untuk preheating (Clean surface required, Ap) AP
qp U p (t ) p
923,0953 7,1302.ft 2 129,4621
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : annulus
Fluida panas : pipa
Vaporization
(10) hio untuk condensing steam
(6’) Pada Tc = 267,85 F campuran
Re a
= 1.500 Btu/(jam)(ft2)(oF)
= 0,3098 lbm/ft, jam
(Kern, 1965, hal. 204)
D G e a μ
0,0761 238.476,9480 0,3098 58.625,3620
Re a
7’) Taksir JH dan diperoleh JH = 90 (Fig. 24, Kern, 1965) (8’) Pada Tc = 267,85 F, c = 0,5980 Btu/(lbm)(oF) (Reid, dkk. 1987, Perry. 1999) k = 0,0981 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) 1 0,5980 0,3098 3 (9’) 1,2362 0,0981
(10’) Dari persamaan 6.15 1 ho = 90
0,5980 1,2362 1 0,0761
= 143,2769 Btu/(jam)(ft2)(oF)
Koefisien Keseluruhan bersih untuk vaporization (Clean Overall coefficient, Uv)
Uv
h io h o 1.500 143,2769 130,7846Btu/jam.ft 2 .F h io h o 1.500 143,2769
Luas keseluruhan bersih untuk vaporization (Clean surface required, Av)
Av
qv 116,0457 0,8873 ft 2 U v (t ) v 130,7846
Total luas keseluruhan bersih Ac : Ac
= Ap + Av = 7,1302 ft2 + 0,8873 ft2 = 8,0175 ft2
Universitas Sumatera Utara
(11) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)
UA U p A p U v Av 129,6084 Btu/jam.ft 2 .F Ac Ac
UC
(12) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 129,6084
UD = 93,3223 Btu/(jam)(ft2)(oF) (13) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t Luas Penampang, A =
Q 107.911,6873 11,1344 ft2 U D t 93,3223 103,8524
Panjang yang diperlukan =
11,1344 25,5963 ft 0,435
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 1 x 2 x 12 x 0,435 = 10,44 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 1 x 2 x 12 = 24 ft UD =
Q 107.911,6873 99,5295 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 10,44 103,8524
Koefisien menyeluruh rancangan
= 129,6083 Btu/jam(ft2)(oF)
Total luas permukaan yang dibutuhkan
= 8,0175 ft2
Total luas permukaan untuk penguapan
= 0,8873 ft2
Luas permukaan yang tersedia
= 10,4400 ft2
Luas permukaan untuk penguapan (A)
= 0,8873
Check maximum flux
RD =
8,0175
10,4400 1,1554 ft 2
q v 6.715,5675Btu / jam 5.812,3380 Btu /( jam)( ft 2 ) 2 A 1,1554 ft
U C U D 129,6084 99,5295 0,0023 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C U D 129,6084 99,5295
Pressure drop Fluida dingin : anulus
Fluida panas : inner pipe
Preheating
(1) Untuk Rep = 40.886,8274 aliran
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
turbulen, jadi menggunakan persamaan
Universitas Sumatera Utara
dengan heat transfer De’ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Re a
D G e a μ
3.47b, Kern, 1965 diperoleh : f = 0,0035 +
0,264 40.886,8274 0,42
f = 0,0066 Pada tc = 572F diperoleh
Rea = 20.631,4232 aliran turbulen, jadi
ρsteam = 2,8757 lb/ft3 (tabel 7)
menggunakan persamaan 3.47b, Kern,
(2)
1965 diperoleh : f 0,0035
f 0,0035
0,264 Re 0,42 a 0,264 20.631,4232 0,42
Fp =
4fGp 2 L 2g 2 D
= 0,2343 ft (3) Pp =
0,2343 2,8757 144
= 0,0047 psi
f = 0,0076 ρcampuran= 67,4653 lb/ft3 (2’) Panjang preheating Lp = L Ap/Ac = 21,3464 ft 2
Fa =
4fG a L 2g 2 D e
(3’) V =
0,2848
Ga 238.476,9480 ft/s 3600 3600 67,4653
= 0,9819 ft/s
V2 Fi 1 ' 2g 0,9819 2 0,0150 ft 1 2 32,2 Pa =
(0,2848 0,0150) 67,4653 psi 144
= 0,1404 psi
Universitas Sumatera Utara
Vaporization (1’) De’ untuk pressure drop berbeda dengan heat transfer De’ = (D2 – D1) = (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Re a
D G e a μ
Rea = 26.111,6450 aliran turbulen, jadi menggunakan persamaan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh : f 0,0035
f 0,0035
0,264 Re 0,42 a 0,264 26.111,6450 0,42
f = 0,0072 ρcampuran= 67,4642 lb/ft3 (2’) Panjang preheating Lv = L - Lp = 2,6561 ft 2
Fa =
4fG a L 2g 2 D e
(3’) V =
0,0336
Ga 238.476,9480 ft/s 3600 3600 67,4642
= 0,9819 ft/s
V2 Fi 1 ' 2g 0,9819 2 0,0150 ft 1 2 32 , 2 Pa =
(0,0336 0,0150) 67,4642 psi 144
= 0,0228 psi Pa total = 0,1404 + 0,0228 = 0,1632 psi
Universitas Sumatera Utara
Kesimpulan : 141,6911 143,2769
1.500
h outside
Fluks
5.812,3380
Fluks maksimum Uc
20.000
129,6084
UD
99.5295
RD hitungan
0,0023
RD ditetapkan
0,0030
0,1632 10
∆P hitungan
0,0047
∆P ditetapkan
2
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima
C.34
Pompa (P-17)
Fungsi
: Untuk memompa keluaran bottom menuju cooler (HE-06)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
: 267,85 oC
-
Laju alir massa
: 240,5028 kg/jam
=
0,1473 lbm/s
-
Densitas (ρ)
: 1.054,8943 kg/m3
=
65,8570 lbm/ft3
-
Viskositas (µ)
: 0,1279 cP
=
0,0001 lbm/ft.s
=
0,0001 Pa.s
-
Tekanan masuk (P1) : 16,1656 psi
=
2.327,8599 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (P2)
=
2.116,2362 lbf/ft2
: 14,696 psi
Laju alir volumetrik, Q
F
0,1473 lbm / s 0,0022 ft 3 / s 0,00006 m 3 / s 65,8570 lbm / ft 3
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen.
Universitas Sumatera Utara
Diameter optimum, Dopt = 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 x (0,00006)0,45 x (1.054,8943)0,13 = 0,0116 m = 0,4558 in Digunakan pipa dengan spesifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,5 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam ( ID )
= 0,4930 in
= 0,0411 ft
= 0,0125 m
-
Diameter luar ( OD )
= 0,6750 in
= 0,0562 ft
= 0,0171 m
-
Luas penampang dalam (at) = 0,00133 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= Commercial steel
Q 0,0022 ft 3 / s 1,6815 ft / s at 0,00133 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 65,8570 x 1,6815 x 0,0411 52.922,4470 0,0001
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ/D = 4,6 x 10-5/ 0,0125 = 0,0037. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 52.922,4470 dan ɛ/D = 0,0037, diperoleh f = 0,0070. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0411 ft = 0,5341 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0411 ft = 2,4650 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0411 ft = 0,4519 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0411 ft = 2,2596 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 0,5341 + 2,4650 + 0,4519 + 2,2596 = 25,7105 ft
Faktor gesekan : F
4. f .v 2 . L 2.g c .D
4 (0,0070) (1,6815 2 ) (25,7105) 0,7699 2 (32,174) (0,0411)
Tinggi pemompaan, Δz = 35 ft Static head, z
g 35 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc = 35 + 0 +
2116,2362 2327,8599 + 0,7699 65,8570
= 32,5566 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0109 hp 550.0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
Universitas Sumatera Utara
C.35
Cooler (HE-06)
Fungsi
: Menurunkan temperatur keluaran bottom sebelum masuk ke prilling tower (PT-01)
Jenis
: Double pipe heat exchanger
Dipakai
: Pipa 2 1 ¼ in IPS, 12 ft
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas : Campuran dari asam fenil asetat dan benzil sianida Laju alir fluida masuk (W)
: 240,5028 kg/jam
= 530,2090 lbm/jam
Temperatur masuk (T1)
: 267,85 C
= 514,13 oF
Temperatur keluar (T2)
: 100 oC
= 212 oF
Laju alir fluida masuk (w)
: 770,8477 kg/jam
= 1.699,3996 lbm/jam
Temperatur masuk (t1)
: 27 oC
= 80,6 oF
Temperatur keluar (t2)
: 40 oC
= 104 oF
RD yang diizinkan
: 0,003
o
Fluida dingin : Air pendingin
Perhitungan : (1) Neraca Panas Panas yang diserap (Q) : 41.749,7876 kJ/jam = 39.571,0079 Btu/jam
(2)
t = beda temperatur sebenarnya Tabel LC.27 Data Temperatur Heater (HE-08) Fluida panas (oF) T1 = 514,13 T2 = 212 T1 – T2 = 302,13 LMTD
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
=
t 2 t1 t ln( 2 ) t1
=
410,13 131,40 ln( 410,13 ) 131,40
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
t2 = 104
t2 = 410,13
t1 = 80,60
t1 = 131,40
t2 – t1 = 23,4
t2 - t1 = 278,73
Universitas Sumatera Utara
= 244,8806 oF (3) Temperatur kalorik (Tav dan tav) Tav
=
T1 T2 2
514,13 212,00 2
= 363,0650 F
tav
=
t1 t 2 2
80,60 104 2
= 92,3 F
Fluida panas : anulus (4’) Luas aliran,
Fluida dingin: pipa (4) ID =
Dari tabel 11 Kern, 1965 D2
2,067 0,1723 ft 12
1,66 D 0,1383 ft 1 12 a a
D 2 4
0,0104 ft 2
(5) Kecepatan massa dengan menggunakan persamaan 7.2
(D 2 D 2 ) 2
ap
1,38 0,1150 ft 12
1
4
(Kern, 1965)
0,0083 ft 2
Diameter ekivalen = De
Gp
w ap
(D 2 D 2 ) 2 1 De D 1 0,0761 ft
Gp
lb m 1.699,3996 163.693,0243 0,0104 jam ft 2
(5’) Kecepatan massa
(6) Pada tc = 92,3 F, diperoleh viskositas
Ga Ga
= 2,0086 lbm/ft, jam (fig.14)
W aa
Re p
530,2090 0,0083
64.118,9126
lb m jam ft 2
(6’) Pada Tc = 363,0650 F campuran
= 0,7679 lbm/ft, jam
D G a Re a e μ
0,0761 64.118,9126 Re a 0,7679 6.358,4484
Re p
DG p μ
(Kern, 1965)
0,1150 163.693,0243 9.372,0491 2,0086
(7) Taksir JH dan diperoleh JH = 30 (Fig. 24, Kern, 1965) (8) Pada tc = 92,3 F, c = 0,45 Btu/(lbm)( 0F) (fig.2 Kern) k = 0,33 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) (tabel 4 Kern)
Universitas Sumatera Utara
(7’) Taksir JH dan diperoleh
1 c 3 (9) k
JH = 12 (Fig. 24, Kern, 1965) (8’) Pada Tc = 363,0650 F, c = 0,4975 Btu/(lbm)( oF) (Reid, dkk. 1987, Perry dan Green, 1997) k = 0,0067 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) 1 c 3 (9’) k
1 c 3 0,4975 0,7679 0,0067 k (10’) Dari persamaan 6.15 1
1 3 1,7805
0 ,14 1 k c 3 ho = J H D k w
Asumsi w
ho = 12
1 1 c 3 0,45 2,0086 3 1,3991 0,3300 k
(10) Dari persamaan 6.15 1 0 ,14 1 k c 3 hi = J H D k w
Asumsi w
hi = 30
0 ,14
=1
0,33 1,3991 1 0,1150
= 120,4485 Btu/(jam)(ft2)(oF) (11) Koreksi hio terhadap permukaan Persamaan 6.5 Kern, 1965
0 ,14
=1
0,0677 1,7805 1 0,0761
hio = hi
ID 0,1150 120,4485 OD 0,1383
= 100,1319 Btu/(jam)(ft2)(oF)
= 18,9909 Btu/(jam)(ft2)(oF)
(12) Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC) UC
h io h o 100,1319 18,9909 h io h o 100,1319 18,9909
15,9633 Btu/jam.ft 2 .F
(13) Koefisien Keseluruhan desain 1 1 1 RD 0,003 (jam)(ft2)(oF)/Btu UD UC 15,9633
UD = 15,2338 Btu/(jam)(ft2)(oF) (14) Luas permukaan yang diperlukan Q = U D A t
Universitas Sumatera Utara
Luas Penampang, A =
Q 39.571,0079 10,6075 ft2 U D t 15,2338 244,8806
Panjang yang diperlukan =
10,6075 24,3852 ft 0,4350
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft yang disusun seri Luas sebenarnya = 1 x 2 x 12 x 0,435 = 10,4400 ft2 Panjang pipa sebenarnya = 1 x 2 x 12 = 24 ft UD =
Q 39.571,0079 15,2338 Btu/(jam)(ft2)(oF) A t 10,6075 244,8806
RD =
U C U D 15,9633 15,2338 0,002 (jam)(ft2)(oF)/Btu U C U D 15,9633 15,2338
Pressure drop Fluida panas : anulus
Fluida dingin : inner pipe
(1’) De’ untuk pressure drop berbeda
(1) Untuk Rep = 9.372,0491 aliran
dengan heat transfer De’ = (D2 – D1)
3.47b, Kern, 1965 diperoleh :
= (0,1723 – 0,1383) ft = 0,0339 ft
Re a
turbulen, jadi menggunakan persamaan
D G e a μ
Rea = 2.832,0430, aliran turbulen, jadi
f 0,0035
f = 0,0035 +
0,264 Re 0,42 p
0,264 9.372,0491 0,42
menggunakan persamaan 3.47b, Kern, f = 0,0092
1965 diperoleh : 0,264 f 0,0035 Re 0,42 a f = 0,0035 +
0,264 2.832,0430 0,42
f = 0,0129
Pada tc = 92,3 F diperoleh ρ = 62,0854 lb/ft3 (Geankoplis, 1997)
4fGp 2 L (2) Fp = 2g 2 D = 0,0636 ft (3) Pp =
ρcampuran= 63,3656 lb/ft3 (Perry, 1999)
0,0636 62,0854 144
= 0,0274 psi
2
(2’) Fa =
4fG a L 2g 2 D e
0,0446
Universitas Sumatera Utara
(3’) V =
Ga 64.118,9126 ft/s 3600 3600 63,3656
= 0,2811 ft/s
V2 Fi 2 ' 2g 0,28112 0,0012 ft 2 2 32 , 2 Pa =
(0,0446 0,0012) 63,3656 psi 144
= 0,0202 psi
Kesimpulan : 18,9909
h outside
Uc
15,9633
UD
15,2338
RD hitungan
0,0020
RD ditetapkan
0,0030
0,0202 10
100,1319
∆P hitungan ∆P ditetapkan
0,0274 10
Rancangan 2 x 1 ¼ in IPS dapat diterima C.36
Blower (BL-01)
Fungsi
: Memompa udara dingin menuju prilling tower (PT-01)
Jenis
: Blower sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Kondisi operasi
: Temperatur Tekanan
= 30 oC
= 303,15 K
= 1,6 atm
= 162,12 kPa
Laju alir massa blower = 200 kg/jam = 220,4631 lbm/jam = 3,4674 kmol/jam Laju alir gas (v)
=
nRT P
v
=
3,4674 8,314 303,15 = 53,9057 m3/jam 162,12
Universitas Sumatera Utara
Daya blower (P) dapat dihitung dengan persamaan berikut : P
=
144 v 33.000
(Perry dan Green, 1997)
Efisiensi blower (η) berkisar antara 48-80% Diambil η = 70% P
=
144 0,7 53,9057 = 0,1647 hp 33.000
Dipilih daya pompa 0,25 hp.
C.37 Prilling Tower (PT-01) Fungsi
: Mengkristalkan asam fenil asetat sebanyak 240,5028 kg/jam
Tipe
: Menara dengan aliran udara dari bawah
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas konus dan tutup datar dilengkapi dengan prills device
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi operasi : Temperatur
= 303,15 K
Tekanan
= 1 atm = 101.325 Pa
R
= 8.314,34 m3 Pa/kg.mol.K
Laju massa udara
= 200 kg/jam
Densitas udara
=
Faktor keamanan
= 20 %
P BM udara 1,1646kg / m 3 0,0727lbm / ft 3 R T
Perhitungan : a. Volume tangki Waktu tinggal udara = 5 menit = 0,0833 jam Volume udara, Vu =
mt
200 0,0833 14,3110m 3 1,1646
Volume tangki, Vt = (1+0,2) x 14,3110 = 17,1732 m3 b. Diameter dan tinggi tangki Volume prilling tower = volume silinder + volume konus Direncanakan D : H silinder = 1:4, maka H silinder = 4 D
Universitas Sumatera Utara
Volume silinder =
Volume konus
1 2 1 D H silinder D 2 4 D D 3 4 4
Sudut konus = 60o, maka H konus = 0,5 D tan 600 Volume konus =
1 1 D 2 H konus D 3 (0,866) 12 12
Volume prilling tower = volume silinder + volume konus
1 D 3 (0,866) 1,0722D 3 12
85,8664 m3
= D 3
D
= 1,7214 m
H
= 4 x D = 4 x 1,7214 m
= 6,8856 m
H konus
= 0,5 D tan 60o
= 2.755 m
c. Tebal tangki P
= 101,325 kPa
Faktor kelonggaran 5 % Maka, P design = (1,05) (101,325 kPa) = 106,3913 kPa -
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C
-
Allowable working Stress (S) : 13.700 psia = 94.457,8 kPa
(Walas, dkk., 1988)
-
Joint efficiency (E)
: 0,90
(Walas, dkk., 1988)
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun = 0,0032 (Perry dan Green, 1997)
-
Umur alat
: 10 tahun
PD n. C 2SE 1,2P (106,3913) ( 1,7214) 10.(0,0032) 2(94.457,8)(0,90) 1,2(106,3913) 0,0331 m 1,3023in
t
Tebal shell standar yang digunakan adalah 1,5 in
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal konus standar yang digunakan adalah 1,5 in
(Brownell dan Young, 1959)
d. Prills device Prills yang digunakan adalah prills dengan diameter 5 mm. Prills yang berputar dengan kecepatan 1.000-5.000 rpm (Walas, 1988) diletakkan di atas prilling
Universitas Sumatera Utara
tower. Larutan asam fenil asetat akan masuk ke prills dan keluar dari prills dalam bentuk butiran. Diameter bukaan bawah prilling tower adalah 5 in (Perry dan Green, 1997). Luas permukaan butir (As) = = π.ds2 = π.(5.10-3 m)2 = 3,9270.10-7 m2 = 1/6.π.ds3.ρl
Massa satu butir (ml)
= 1/6.π.(5.10-3)3.1081 = 7,0751 x 10-5 kg Transfer panas yang terjadi di sepanjang prilling tower dibagi menjadi tiga (3) periode : 1) Periode I : Transfer panas dari asam fenil asetat leleh ke udara pendingin sampai titik leleh asam fenil asetat. 2) Periode II : Transfer panas dari asam fenil asetat leleh ke udara pendingin pada titik leleh asam fenil asetat sampai terjadi perubahan dari fasa cair sampai menjadi fasa padat. 3) Periode III : Transfer panas dari asam fenil asetat padat pada titik leleh asam fenil asetat sampai tepat jatuh di atas fluidizing bed cooler. Bentuk skematik perpindahan panas tersebut adalah sebagai berikut : Asam Phenylasetat leleh pada
Gas pada puncak menara
puncak menara
T (°C) Asam Phenylasetat padat pada 77°C
Asam Phenylasetat leleh pada 77°C
Asam Phenylasetat padat di dasar menara Gas di dasar menara
Z (m)
Universitas Sumatera Utara
C.38
Ball Mill (BM-01)
Fungsi
: Menggiling asam fenil asetat menjadi butir-butiran halus
Jenis
: Roll Ball Mill
Bahan Konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Kapasitas
: 240,5028 kg/jam = 0,0668 kg/s
Perhitungan daya : Diperkirakan umpan padatan asam fenil asetat ukuran berkisar 5-20 mm, diambil ukuran (Da) = 15 mm. Pemecahan primer menggunakan roll crusher dengan ukuran produk yang dihasilkan ukuran (Db) = 0,5 mm Rasio = Da/Db = 15/0,5 = 30 Daya yang digunakan adalah : P = 0,3 ms. R
(Peters, dkk., 2004)
Dengan : ms
= laju umpan (kg/s)
Maka : P
= 0,3 (0,0668) (30) = 0,6013 kW = 0,8063 hp.
C.39
Screening (SC-01)
Fungsi
: Mengayak kristal asam fenil asetat agar mempunyai diameter partikel yang seragam
Bentuk
: Sieve Tray, Tyler Standard Screen
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Perhitungan : Umpan padatan asam fenil asetat masuk
= 240,5028 kg/jam
Fraksi terayak
= 99 %
Pada tan Terayak ( Xi ) 0,99
pada tan yanglolos umpanmasuk
pada tan yanglolos 240,5028
Universitas Sumatera Utara
Padatan yang lolos
= 238,0978 kg/jam
Padatan yang tertahan di atas ayakan
= 2,4050 kg/jam
Diameter partikel minimum (Dpm)
= 0,5 mm
Sphericity partikel (Φ)
= 0,95
0,5 0,99 = 0,5211 mm 0,95 Dpi = bukaan ayakan + nominal diameter kawat Ukuran ayakan ditaksir dari tabel A.5-3 Tyler Standard Screen Scale, Geankoplis Diameter partikel rata-rata, Dpi =
1997 maka dipakai ayakan dengan spesifikasi :
Ukuran mesh
= 47 mesh
Bukaan ayakan
= 0,3065 mm
Nominal diameter kawat
= 0,2203 mm
Dpi
= 0,5268 mm
C.40
Bucket Elevator (BE-01)
Fungsi
: Transportasi asam fenil asetat ke ball mill (BM-01)
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Laju alir (m)
: 2,4050 kg/jam = 0,0007 kg/s
Panjang elevator diperkirakan (L) = 10 m = 32,8080 ft Perhitungan daya (P) : 0,0027 m0,82 L P
: 0,0027 x (0,0007)0,82 x 10
P
: 0.00007 hp
(Peters, dkk., 2004)
Maka digunakan daya standar 0,25 hp.
C.41
Belt Conveyor (BC-01)
Fungsi
: Transportasi asam fenil asetat ke gudang penyimpanan
Jenis
: Horizontal belt conveyor
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Laju Alir (W) = 238,0978 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan (Walas, 1988) Jarak angkat = 50 ft Lebar belt
= 18 in
Angle
= 20o
Inklinasi
= 5o
Slope
= 69 ton/jam untuk 100 ft/min bahan (dilihat dari tabel 5.5 a)
Kecepatan (v) =
0,2380978 100 ft / min = 0,3451 ft/min 69
Kecepatan yang diizinkan 300 ft/min (dilihat dari tabel 5.5b). Jadi kecepatan ini memenuhi. Ukuran Konveyor : Panjang konveyor desain (L) =
50 = 50,1907 ft cos 5 o
= 50 ft x tan 5o = 4,3750 ft
Ketinggian (H) Daya konveyor :
P = P horizontal + P vertikal + P empty = (0,4 + L/300)(W/100) + 0,001 HW + (vk/100) k
= faktor koreksi dilihat dari grafik 5.5 c maka k = 0,5
P = (0,4 + 50,1907/300) (238,0978/100) + (0,001 x 4,3750 x 238,0978) + (0,3451 x 0,5/100) = 1,3507 + 1,0417 + 0,0017 = 2,3941 hp Ditambah 20% untuk mengganti kerugian kehilangan dari roda gigi dan motor sehingga daya menjadi 2,8730 hp. Maka dipakai belt conveyor dengan daya 3 hp.
C.42
Gudang Penyimpanan Asam Fenil Asetat (G-02)
Fungsi
: Tempat menyimpan asam fenil asetat untuk kebutuhan 30hari
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Bahan konstruksi
: Beton
Kondisi penyimpanan : Temperatur
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.28 Komposisi Bahan pada Gudang Penyimpanan (G-02) Komponen Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Total
F (kg/jam) 0,4992 237,5986 238,0978
Fraksi Massa 0,0021 0,9979 1,0000
Densitas (kg/m3) 1.012,5000 1.080,9000
ρ campuran (kg/m3) 2,1229 1.078,6336 1.080,7566
Lama penampungan = 30 hari = 30 x 24 jam = 720 jam Faktor keamanan
= 50%
Total jumlah masuk
= 24 jam x 238,0978 kg/jam = 5.714,3468 kg
Volume bak (Vb)
=
1 f k W
1 0,5 5.714,3468 7,9310m 3 =
1.080,7566
Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 1/2 tinggi (t)
Volume gudang (V) p l t
1 1 1 t tt t3 2 2 4
Tinggi gudang (t) 3 V x 4 3 31,7241 3,1656 m Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 0,5 x 3,1656 = 1,5828 m
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS D.1
Perhitungan Spesifikasi Peralatan Utilitas
1.
Screening (SC)
Fungsi
: Menyaring pertikel kasar yang terikut dalam aliran air
Jenis
: Bar screen
Jumlah
:1
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Kondisi operasi
:
Temperatur Cairan
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Dari Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, diperoleh : Ukuran bar : Lebar
: 5 mm
Tebal
: 20 mm
Bar screening spacing: 20 mm Slope
: 30o
Densitas air ()
: 996,52 kg/m3
Laju alir massa (F)
: 4.522,3773 kg/jam
Laju alir volume (Q) :
(Geankoplis, 2003)
4.522,3773 kg / jam x 1 jam / 3.600 s = 0,0013 m3/s 3 996,52 kg / m
Direncanakan ukuran screening : Panjang
=2m
Lebar
=2m
2m
20 mm 2m
20 mm
Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas)
Universitas Sumatera Utara
Misalkan jumlah bar = x 2 meter = 2000 mm Maka, 20x + 20 (x+1) = 2000 40 x
= 1980
x
= 49,5 = 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20 (50+1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Asumsi, Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat Head Loss (H) =
2.
Q2 2 g Cd 2 A2
2
=
(0,0013) 2 = 5,4117E-08 m dari air 2(9,8)(0,6) 2 (2,04) 2
Pompa Screening (PU-01)
Fungsi
: Memompa air dari sungai ke bak sedimentasi (BS)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : -
Temperatur Cairan
= 30 C
-
Densitas air ()
= 996,52 kg/m3
= 62,2110 lbm/ft3
(Perry, 1997)
-
Viskositas air ()
= 0,8549 cP
= 0,0006 lbm/fts
(Perry, 1997)
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
Laju alir massa (F) = 4.522,3773 kg/jam = 2,7695 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
2,7695 lbm/s 0,0445 ft 3 / s 0,0013 m 3 / s 3 62,2110 lbm/ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0013)0,45 (996,52)0,13 = 0,0442 m = 1,7383 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 2 in
- Schedule pipa
= 40
(Geankoplis, 1997)
Universitas Sumatera Utara
- Diameter dalam (ID)
= 2,0670 in = 0,1723 ft = 0,0525 m
- Diameter luar (OD)
= 2,3750 in = 0,1979 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0233 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Q 0,0445 ft 3 / s Kecepatan linear, v 1,9106 ft / s at 0,0233ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2127 1,9106 0,1150 35.638,51 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,0525 = 0,0009. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 35.638,51 dan ε/D = 0,0009, diperoleh f = 0,0065. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 82,0200 ft = 25 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1723 ft = 2,2393 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1723 ft = 10,3350 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1723 ft = 1,8948 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1723 ft = 9,4738 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 82,02 + 2,2393 + 10,3350 + 1,8948 + 9,4738 = 105,9628 ft
Universitas Sumatera Utara
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0065) (1,9106 2 ) (105,9628) 0,9074 2 (32,174) (0,1723)
Tinggi pemompaan, Δz = 32,2808 ft = 10 m Static head, z
g 32,2808 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
p
0
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc
-Ws
= 32,2808 + 0 + 0 + 0,9074 = 33,2882 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,2095 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,25 hp.
3.
Bak Sedimentasi (BS-01)
Fungsi
: Mengendapkan lumpur yang terikut bersama air
Jenis
: Beton kedap air
Jumlah
:1
Kondisi simpan
: T = 30 oC P = 1 atm
ρair
= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3
Laju alir massa (F)
= 4.522,3773 kg/jam
(Geankoplis, 2003)
Laju alir Volumetrik, Q=
F
=
4.522,3773 kg/jam = 0,0013 m3/detik = 2,6711 ft3/menit (996,52 kg/m 3 )(3.600 detik/jam)
Desain perancangan, Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif
(Kawamura, 1991)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir
(Kawamura, 1991)
vo = 1,57 ft/min atau 8 mm/s Spesifikasi,
- Kedalaman = 10 ft - Lebar
Kecepatan aliran (v) =
= 2 ft
2,6711 ft 3 /menit Q = = 0,1336 ft/menit (10 ft)(2 ft) A
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 10 ft.
h Desain panjang ideal bak (L) = K v vo
(Kawamura, 1991)
10 = 1,5 (0,1336) 1,57 = 1,2760 ft Diambil panjang bak = 2 ft = 0,6096 m Uji desain, Waktu retensi (t) =
2 2 10 ft 3 Va p l L = = 14,9754 menit Q Q 2,6711 ft 3 /menit
Waktu retensi (t) yang diizinkan adalah 6 – 15 menit, maka desain ini dapat diterima (Kawamura, 1991)
ft 3 gal 2,6711 7,481 3 menit ft gpm Q Surface loading : = 4,9955 (2 ft ) (2 ft ) A ft 2 Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991) Bak menggunakan gate valve dan full open (16 in) maka,
ft 1 menit 1 m 0 , 1336 menit 60 sekon 3,2808 ft v2 Head loss (H) = K = (0,12) m 2g 2 9,8 2 s
2
= 2,7066 x 10-7 m dari air
Universitas Sumatera Utara
Pompa Sedimentasi (PU-02)
4. Fungsi
: Memompa air dari bak sedimentasi (BS) ke clarifier (CL)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : -
Temperatur Cairan
= 30 C
-
Densitas air ()
= 996,52 kg/m3
= 62,2110 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997)
-
Viskositas air ()
= 0,8549 cP
= 0,0006 lbm/fts (Perry dan Green, 1997)
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
Laju alir massa (F) = 4.522,3773 kg/jam = 2,7695 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
2,7695 lbm/s 0,0445 ft 3 / s 0,0013 m 3 / s 62,2110 lbm/ft 3
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0013)0,45 (996,52)0,13 = 0,0442 m = 1,7383 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 2 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 2,0670 in = 0,1723 ft = 0,0525 m
- Diameter luar (OD)
= 2,3750 in = 0,1979 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0233 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
Q 0,0445 ft 3 / s 1,9106 ft / s at 0,0233ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2127 1,9106 0,1150 35.638,51 0,0006
Universitas Sumatera Utara
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,0525 = 0,0009. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 35.638,51 dan ε/D = 0,0009, diperoleh f = 0,0065. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 4,9212 ft = 1,5 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1723 ft = 2,2393 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1723 ft = 10,3350 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1723 ft = 1,8948 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1723 ft = 9,4738 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 4,9212 + 2,2393 + 10,3350 + 1,8948 + 9,4738 = 28,8640 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0065) (1,9106 2 ) (28,8640) 0,2472 2 (32,174) (0,1723)
Tinggi pemompaan, Δz = 4,9212 ft = 1,5 m Static head, z
g 15 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Universitas Sumatera Utara
Perssure head,
-Ws
= z
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 15 + 0 + 0 + 0,2472 = 15,2472 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0960 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,125 hp.
5.
Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01)
Fungsi
: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3] untuk kebutuhan 30 hari
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : T = 30 oC p = 1 atm Al2(SO4)3 yang digunakan = 50 ppm Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) F Al2(SO4)3
= 0,2261 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30% = 1.363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997) Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20%
Desain tangki, Ukuran tangki,
Volume larutan (Vl) =
kg 0,2261 jam
jam 24 30hari hari = 0,3982 m3 0,31.363 kg3 m
Volume tangki (VT) = (1,2) (0,3982 m3) = 0,4778 m3
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan, D : H = 1 : 1 V=
1 1 1 D2 H 0,4778 m3 = (3,14) D2 D 0,4778 m3 = D3 4 4 4
Maka, D = 0,8475 m = 33,3647 in H = 0,8475 m = 33,3647 in R = 0,4237 m = 16,6823 in Tinggi cairan dalm tangki =
0,3982m 3 0,8475m = 0,7062 m = 27,8039 in 0,4778m 3
Tebal dinding tangki, =ρ.g.h
phidrostatis
= (1.363 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,7062 m) = 9,4333 kPa pT
= (101,325 + 9,4333) kPa = 110,7583 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (110,7583 kPa) = 116,2962 kPa = 16,8674 psia = 2,1714 psig
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia
(Brownell dan Young, 1959)
Umur alat
= 10 tahun
Tebal shell tangki, t=
2,1714 psig16,6823 in pR (10 0,125) = 1,2536 in nC = 12.650 psia0,8 0,62,1714 psig SE 0,6 p
Tebal shell standar 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Daya pengaduk (flat 6 blade turbin impeller – 4 buah baffle), Untuk turbin standar (McCabe, dkk. 1999) diperoleh, Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,8475 m
E/Da = 1
; E
= 0,2825 m
L/Da = ¼
; L
= 1/4 × 0,2825 m
1
W/Da = /5 J/Dt
1
; W
= /12 ; J
= 0,2825 m
= 0,0706 m
1
= 0,0565 m
1
= 0,0706 m
= /5 × 0,2825 m = /12 × 0,8475 m
= 0,9268 ft
Universitas Sumatera Utara
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)
= 3 rps
μ Al2(SO4)3 30%
= 6,72 x 10-4 lbm/ft.s
Bilangan Reynold (NRe)
=
N D
2 a
(Perry dan Green, 1997)
lbm 85,0898 3 3rps 0,92682 ft = 6,72 x 10 -4 lbm/ft.s
= 326.278,7754 (> 10.000) Maka, P=
KT n3 Da5 KT = 6,3 gc
(McCabe, dkk., 1999)
6,3 33 0,9268 ft 5 85,0898 lbm3 P=
lbm ft 32,174 lbf s 2
ft 1hp 550 ft lbf s
= 0,5593 hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, P
= 0,5593 hp / 0,8 = 0,6991 hp
Digunakan daya motor standar 0,75 hp
6.
Pompa Alum (PU-03)
Fungsi
: Memompa alum dari tangki pelarutan alum (TP-01) ke clarifier (CL)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : -
Temperatur ruangan = 30 °C
-
Densitas alum (ρ)
= 1.363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas alum (µ)
= 1 cp
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 0,00067 lbm/ft.detik = 0,0010 Pa.s
= 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 0,2261 kg/jam = 0,0001 lbm/detik Laju alir volumetrik,
Q
F
0,0001 lbm/s 1,6274E 06 ft 3 / s 4,60828E 08 m 3 / s 3 85,0898 bm/ft
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Diameter optimum, Dopt = 0,133 Q0,4 0,2
(Peters, dkk., 2004)
= 0,133 (4,60828E-08)0,4 (0,0010)0,2 = 3,8840E-05 m = 0,0015 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,2690 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
Q 1,6274 E 06 ft 3 / s 0,0041 ft / s at 0,0004ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 85,0898 0,0041 0,0224 11,5476 0,00067
Asumsi NRe < 2100 sudah benar. f = 16/NRe
= 1,3856
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,24 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft
Universitas Sumatera Utara
-
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,3450 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 0,2914 + 1,3450 + 0,2466 + 1,2329 = 53,1159 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (1,3856) (0,00412 ) (53,1159) 0,0034 2 (32,174) (0,0224)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft = 6,0961 m Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
7,2730
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc = 20 + 0 + 7,2730 + 0,0034 = 27,2764 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 8,58431E 06 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
Universitas Sumatera Utara
Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2CO3] (TP-02)
7. Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3) untuk kebutuhan 30hari
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur ruangan
= 30 °C
Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Na2CO3
= 0,1221 kg/jam
Densitas Na2CO3 30 %
= 1.327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20 %
Desain tangki, Ukuran tangki,
Volume larutan (Vl) =
kg 0,1221 jam
jam 24 30hari hari = 0,2208 m3 0,31.327 kg3 m
Volume tangki (VT) = (1,2) (0,2208 m3) = 0,2650 m3 Direncanakan, D : H = 1 : 1 V=
1 1 1 D2 H 0,2650 m3 = (3,14) D2 D 0,2650 m3 = D3 4 4 4
Maka, D = 0,6963 m = 27,4132 in H = 0,6963 m = 27,4132 in R = 0,3481 m = 13,7066 in Tinggi cairan dalam tangki =
0,2208m 3 0,6963m = 0,5802 m = 22,8443 in 0,2650m 3
Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (1.327 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,5802 m) = 7,5459 kPa
Universitas Sumatera Utara
pT
= (101,325 + 7,5459) kPa = 108,8709 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (108,8709 kPa) = 114,3144 kPa = 16,5800 psia = 1,8840 psig
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia
(Brownell dan Young, 1959)
Umur alat
= 10 tahun
Tebal shell tangki, t =
1,8840 psig13,7066 in pR (10 0,125) = 1,2526 nC = 12.650 psia0,8 0,61,8840 psig SE 0,6 p
in Tebal shell standar 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Daya pengaduk (flat 6 blade turbin impeller – 4 buah baffle), Untuk turbin standar (McCabe, dkk. 1999) diperoleh, Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,6963 m
E/Da = 1
; E
= 0,6963 m
L/Da = ¼
; L
= 1/4 × 0,2321 m
1
W/Da = /5 J/Dt
; W
= 1/12 ; J
1
= 0,2321 m
= 0,7615 ft
= 0,0580 m
= /5 × 0,2321 m
= 0,0464 m
= 1/12 × 0,6963 m
= 0,0580 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)
= 3 rps
μ Al2(SO4)3 30%
= 3,69 x 10-4 lbm/ft.s
(Othmer, 2004)
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold (NRe)
=
lbm 82,8423 3 3rps 0,76152 ft = 3,69 x 10 -4 lbm/ft.s
N Da2
= 130.176,1245 (> 10.000) Maka,
KT n3 Da5 KT = 6,3 P= gc
(McCabe, dkk., 1999)
6,3 33 0,7615 ft 5 82,8423 lbm3 lbm ft 32,174 lbf s 2
P=
ft 1hp 550 ft lbf s
= 0,0053 hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, = 0,0053 hp / 0,8
P
= 0,0066 hp Maka daya motor yang dipilih 0,05 hp
8.
Pompa Soda Abu (PU-04)
Fungsi
: Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu (TP-02) ke clarifier (CL)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur ruangan = 30 °C
-
Densitas soda abu (ρ) = 1.327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas alum (µ)
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2) = 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
= 0,5491 cP
= 0,0004 lbm/ft.detik = 0,0005 Pa.s
Laju alir massa (F) = 0,1221 kg/jam = 7,48E-05 lbm/detik Laju alir volumetrik,
Q
F
= 7,48E - 05 lbm/s 9,03E 07 ft 3 / s 2,56E 08m 3 / s 82,8423 bm/ft3
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar
Universitas Sumatera Utara
Diameter optimum, Dopt = 0,133 Q0,4 µ0,2
(Peters, dkk., 2004)
= 0,133 (2,56E-08)0,4 (0,0005)0,2 = 2,72E-05 m = 0,0011 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,2690 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 9,03E 07 ft / s Kecepatan linear, v 0,0023 ft / s at 0,0004 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 82,8423 0,0023 0,024 11,3561 0,0005
Asumsi NRe < 2100 aliran laminar (sudah benar) f = 16/NRe
= 1,4089
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,24 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,3450 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Universitas Sumatera Utara
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 0,2914 + 1,3450 + 0,2466 + 1,2329 = 53,1159 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (1,9724) (0,0023 2 ) (53,1159) 0,0011 2. (32,174) (0,0224)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft = 6,0961 m Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
7,9462
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc = 20 + 0 + 7,9462 + 0,0011 = 27,9472 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 4,75E 06 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp. 9. Clarifier (CL) Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur ruangan
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air (F1)
: 4.522,3773 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3(F2)
: 0,2261 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju massa Na2CO3(F3)
: 0,1221 kg/jam
Laju massa total
: 4.522,7255 kg/jam = 1,2563 kg/det
Densitas Al2(SO4)3
: 1.363 kg/m3
(Perry dan Green, 1997)
Densitas Na2CO3
: 1.327 kg/m3
(Perry dan Green, 1997)
Densitas air
: 996,52 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2
Perhitungan : Dari Water Treatment Principles and Design, diperoleh: Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air
:3–5m
Setting time
: 1 – 3 jam
Dipilih kedalaman air (H) = 4 m, waktu pengendapan = 2 jam Diameter dan tinggi clarifier Densitas larutan
:
4.522,7255 4.522,3773 / 996,52 0,2261 / 1.363 0,1221 / 1.327
: 996,5401 kg/m3 Volume cairan,V
:
4.522,7255 kg / jam 2 jam = 9,0769 m3 3 996,5401 kg / m
Direncanakan : Perbandingan : H1 : D = 1,5 : 1
V = 1/4 D2H 4V 4 9,0769 D = ( )1/2 πH 3,14 4 Maka, diameter clarifier
1/2
1,7002 m = 1,7002 m
= 66,9373 in
tinggi clarifier
= 1,5 D
= 2,5503 m
jari-jari
= 0,5 D
= 33,4687 in
= 100,4060 in
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: phid
= ×g×h = 996,5401 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 4 m = 39,0644 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi
= 1 atm = 101,325 kPa
p
= 39,0644 kPa + 101,325 kPa = 140,3894 kPa
Faktor kelonggaran = 5% Maka, pdesign = (1,05) × (140,3894) kPa = 147,4088 kPa = 21,3799 psia = 6,6839 psig Joint efficiency = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress = 12.650 psia
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
6,6839 psig33,4687 in pR (10 0,125) nC = 12.650 psia0,8 0,6 6,6839 psig SE 0,6 p
= 2,1206 in Tebal shell standar 2,5 in
(Brownell dan Young, 1959)
Daya Clarifier P = 0,006 D2
(Ulrich, 1984)
Dimana : P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga, P = 0,006 x (1,7002)2 = 0,0173 kW = 0,0233 hp
10
Sand Filter (SF)
Fungsi
: Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier (CL)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur cairan
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 4.522,3773 kg/jam
Densitas air
= 996,5200 kg/m3
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Sand filter dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi.
Universitas Sumatera Utara
Sand filter dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki. Desain Sand Filter Volume tangki,
kg 4.522,3773 0,25 jam jam Volume air (Va) = = 1,1345 m3 kg 996,52 3 m Volume air dan bahan penyaring (Vt) = (1 + 1/3) (1,1345) = 1,5127 m3 Volume tangki (VT) = (1,2 ) (1,5127 m3) = 1,8153 m3 Diameter Tangki, Direncanakan rasio diameter dan tinggi, D : H = 3 : 4 V=
1 1 1 4D D2 H 1,8153 m3 = (3,14) D2 1,8153 m3 = D3 4 4 3 3
Maka, D = 1,2015 m = 47,3016 in H = 1,6020 m = 63,0689 in R = 0,6007 m = 23,6508 in Diameter dan tinggi tutup tangki, Diameter tutup = diameter tangki = 1,2015 m Direncanakan rasio diameter dan tutup tangki, D : H = 4 : 1 Tinggi tutup tangki =
1 (1,2015 m) = 0,3004 m 4
Tinggi tangki total = [1,6020 + 2 (0,3004)] m = 2,2027 m Tebal Shell dan tutup tangki, Tinggi penyaring =
1 x 2,2027 m = 0,5507 m 4
Tinggi cairan di dalam tangki = phidrostatis
1,1345 (1,6020 m) = 1,0012 m 1,8153
=ρ.g.h = (996,52 kg/m3) (9,8 m/s2) (1,0012 m) = 9,7778 kPa
pfilter
=ρ.g.l = (2.200 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,5507 m) = 11.872,4675 Pa = 11,8725 kPa
Universitas Sumatera Utara
pT
= (101,325 + 9,7778 + 11,8725) kPa = 122,9753 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (122,9753 kPa) = 129,1240 kPa = 18,7279 psia = 4,0319 psig
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, Umur alat
= 10 tahun
Tebal shell tangki, t=
4,0319 psig23,6508 in pR (10 0,125) nC = 12.650 psia0,8 0,6 4,0319 psig SE 0,6 p
= 1,2594 in Tebal shell standar 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup adalah 1,375 in.
11.
Pompa Filtrasi (PU-05)
Fungsi
: Memompa air dari sand filter (SF) ke tangki utilitas 1 (TU-01)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
-
Tekanan keluar (p2)
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s (Geankoplis, 2003) = 2.116,2363 lbf/ft2 = 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 4.522,3773 kg/jam = 2,7695 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
2,7695 lbm/s 62,2110 bm/ft 3
0,0445 ft 3 / s 0,0013 m 3 / s
Universitas Sumatera Utara
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0013)0,45 (996,52)0,13 = 0,0442 m = 1,7383 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 2 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 2,0670 in = 0,1723 ft = 0,0525 m
- Diameter luar (OD)
= 2,3750 in = 0,1979 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0233 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Q 0,0445 ft 3 / s 1,9106 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0233ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,9106 0,1723 35.638,51 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0525 = 0,0009. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 35.638,51 dan ε/D = 0,0009, diperoleh f = 0,0065. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1723 ft = 2,2393 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1723 ft = 10,3350 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1723 ft = 1,8948 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1723 ft = 9,4738 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 2,2393 + 10,3350 + 1,8948 + 9,4738 = 33,9428 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0065) (1,9106 2 ) (33,9428) 0,2907 2. (32,174) (0,1723)
Tinggi pemompaan, Δz = 5 ft = 1,5240 m Static head, z
g 5 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
0
v 2 p g + + +F = z 2. g c gc = 5 + 0 + 0 + 0,2907 = 5,2907 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0333 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
12.
Tangki Utilitas 1 (TU-01)
Fungsi
: Menampung air sementara dari sand filter (SF) untuk kebutuhan 3 jam
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 4.522,3773 kg/jam
Densitas air
= 996,52 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 3 jam
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Desain tangki, Ukuran tangki,
kg 4.522,3773 3 jam jam Volume larutan (Va) = = 13,6145 m3 kg 996,52 3 m Volume tangki (VT) = (1,2) (13,6145 m3) = 16,3374 m3 Direncanakan, D : H = 2 : 3 V=
1 1 3 3D D2 H 16,3374 m3 = (3,14) D2 16,3374 m3 = D3 4 4 8 2
Maka, D = 2,4029 m H = 3,6044 m Tinggi cairan dalm tangki =
13,6145 m 3 3,6044 m = 3,0037 m 16,3374 m 3
Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (996,52 kg/m3) (9,8 m/s2) (3,0037 m) = 29,3334 kPa
poperasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 29,3334) kPa = 130,6584 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (130,6584 kPa) = 137,1914 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
137,1914 kPa 2,4029 m pD = = 0,0024 m = 0,0931 in 2SE 1,2 p 287.218,714 kPa 0,8 1,2137,1914 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0931+ 10 x 1/8) in Tebal shell standar 1,375 in
13.
= 1,3431 in (Brownell dan Young, 1959)
Pompa ke Tangki Utilitas 2 (PU-06)
Fungsi
: Memompa air dari tangki utilitas 1 (TU-01) ke tangki utilitas 2 (TU-02)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2127 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 1.097,6035 kg/jam = 0,6722 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,6722 lbm/s 62,2110 lbm/ft 3
0,0108 ft 3 / s 0,0003 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0003)0,45 (996,52)0,13 = 0,0233 m = 0,9192 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,0490 in = 0,0874 ft = 0,0266 m
Universitas Sumatera Utara
- Diameter luar (OD)
= 1,3150 in = 0,1096 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0060 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Q 0,0108 ft 3 / s Kecepatan linear, v 1,8008 ft / s at 0,0060 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,8008 0,0874 17.046,6059 0,0006
Asumsi NRe > 2100 aliran turbulen (sudah benar) Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0266 = 0,0017. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 17.046,6059 dan ε/D = 0,0017, diperoleh f = 0,0072. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 40 ft = 12,1921 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0874 ft = 1,1364 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0874 ft = 5,2450 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0874 ft = 0,9616 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0874 ft = 4,8079 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 1,1364 + 5,2450 + 0,9616 + 4,8079 = 52,1509 ft
Universitas Sumatera Utara
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0072) (1,8008 2 ) (52,1509) 0,8659 2 (32,174) (0,0874)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft = 6,0960 m Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
0
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc = 20 + 0 + 0 + 0,8659 = 20,8659 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0319 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
14.
Pompa ke Cation Exchanger (PU-07)
Fungsi
: Memompa air dari tangki utilitas (TU-01) ke cation exchanger (CE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 1.750,4288 kg/jam = 1,0720 lbm/detik
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
1,0720 lbm/s 62,2110 lbm/ft 3
0,0172 ft 3 / s 0,0005 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0005)0,45 (996,52)0,13 = 0,0288 m = 1,1341 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,38 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,66 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
Q 0,0172 ft 3 / s 1,6568 ft / s at 0,01047ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,6568 0,1150 20.632,8108 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013 Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 20.632,8108 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0075. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,2402 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 65,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0075) (1,6568 2 ) (65,9850) 0,7343 2. (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
= z
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 20 + 0 + 0 + 0,7343 = 20,7343 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0505 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
15. Fungsi
Pompa ke Menara Pendingin Air (PU-08) : Memompa air dari tangki utilitas (TU-01) ke menara pendingin (CT)
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : - Temperatur cairan =
30 C
- Densitas ()
=
996,52 kg/m3
= 62,2127 lbm/ft3
- Viskositas ()
=
0,8549 cP
= 0,0006 lbm/fts
- Tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 1.674,3449 kg/jam = 1,0254 lbm/s Laju alir volumetrik, Q
F
1,0254 lbm/s 62,2110 lbm/ft 3
0,0165 ft 3 / s 0,0005 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0005)0,45 (996,52)0,13 = 0,0282 m = 1,1116 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,38 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,66 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 0,0165 ft / s 1,5848 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,5848 0,1150 19.735,9880 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 19.735,9880 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0065. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,2402 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 65,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0075) (1,5848 2 ) (65,9850) 0,5823 2. (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft = 6,0961 m Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
p
0
Universitas Sumatera Utara
= z
-Ws
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 20 + 0 + 0 + 0,5823 = 20,5823 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0480 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
16.
Pompa ke Sand Filter (PU-09)
Fungsi
: Memompa air dari tangki utilitas 1 (TU-01) ke sand filter (SF)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2127 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s
(Geankoplis. 2003)
Laju alir massa (F) = 4.522,3773 kg/jam = 2,7695 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
2,7695 lbm/s 62,2110 lbm/ft 3
0,0445 ft 3 / s 0,0013 m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0013)0,45 (996,52)0,13 = 0,0442 m = 1,7383 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 2 in
- Schedule pipa
= 40
(Geankoplis, 1997)
Universitas Sumatera Utara
- Diameter dalam (ID)
= 2,0670 in = 0,1723 ft = 0,0525 m
- Diameter luar (OD)
= 2,3750 in = 0,1979 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0233 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 0,0445 ft / s 1,9106 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0233 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 2,4763 0,1723 35.638,51 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5 / 0,0525 = 0,0009. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 35.638,51 dan ε/D = 0,0009, diperoleh f = 0,0065. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1723 ft = 2,2393 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1723 ft = 10,3350 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1723 ft = 1,8948 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1723 ft = 9,4738 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 2,2393 + 10,3350 + 1,8948 + 9,4738 = 33,9428 ft
Universitas Sumatera Utara
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0065) (1,9106 2 ) (33,9428) 0,2907 2 (32,174) (0,1723)
Tinggi pemompaan, Δz = 5 ft = 1,5240 m Static head, z
g 5 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
0
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc = 5 + 0 + 0 + 0,2907 = 5,2907 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0333 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
17.
Tangki Pelarutan H2SO4 (TP-03)
Fungsi
: Tempat membuat larutan asam sulfat (H2SO4) untuk kebutuhan 30 hari
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur ruangan
= 30 °C
Tekanan
= 1 atm
H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5% (% berat) Laju massa H2SO4
= 2,6987 kg/jam
Densitas H2SO4
= 1.061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997)
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Universitas Sumatera Utara
Faktor keamanan
= 20 %
Desain tangki, Diameter tangki, kg 2,6987 24 jam 30hari jam Volume larutan (Vl) = = 36,6025 m3 kg 0,051.061,7 3 m
Volume tangki (VT) = (1,2) (36,6025 m3) = 43,9231 m3 Direncanakan, D : H = 1 : 1 V=
1 1 1 D2 H 43,9231 m3 = (3,14) D2 D 43,9231 m3 = D3 4 4 4
Maka, D = 3,8248 m H = 3,8248 m Tinggi cairan dalam tangki =
36,60256m3 3,8248m = 3,1873 m 43,9231m3
Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (1.061,7 kg/m3) (9,8 m/s2) (3,1873 m) = 33,1630 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 33,1630) kPa = 134,4880 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (134,4880 kPa) = 141,2124 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
141,2124 kPa 3,8248 m pD = = 0,0039 m = 0,1526 in 2SE 1,2 p 287.218,7140 kPa 0,8 1,2141,2124 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,1526 + 10 x 1/8) in = 1,4026 in Tebal shell standar 1,5 in
(Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Daya Pengaduk, Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, dkk. 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 3,8248 m = 1,2749 m
E/Da = 1
; E = 1,2749 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 1,2749 m = 0,3187 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 1,2749 m = 0,2550 m
J/Dt
; J = 1/12 × 3,8248 m = 0,3187 m
= 1/12
= 4,1828 ft
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik Viskositas H2SO4 5 % = 0,012 lbm/ft.detik
(Othmer, 2004)
Bilangan Reynold: NRe =
NRe =
N Da 2
(Geankoplis, 2003)
66,280114,18282 0,012
= 96.634,9656 (Turbulen)
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3.Da ρ P T gc
(McCabe, dkk., 1999)
KT = 6,3
(McCabe, dkk., 1999)
6,3 (1 put/det)3 .(4,1828 ft)5 (66,2801 lbm/ft 3 ) 1hp x 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 30,2125 hp
P
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, P
= 30,2125 hp / 0,8 = 37,7656 hp
Maka daya motor yang dipilih 40 hp
18. Fungsi
Pompa H2SO4 (PU-10) : Memompa larutan asam sulfat dari tangki pelarutan asam sulfat (TP-03) ke cation exchanger (CE)
Jenis
: Pompa injeksi
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 1.061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 17,86 cP
= 0,0120 lbm/ft.s
= 0,0179 Pa.s (Geankoplis, 2003) 2
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
Laju alir massa (F) = 2,6987 kg/jam = 0,0017 lbm/detik Laju alir volumetrik,
Q
F
0,0017 lbm/s
2,49 E 05 ft 3 / s 7,06 E 07 m 3 / s
66,2801 lbm/ft 3
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 µ0,2
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (7,06E-07)0,45 (0,0179)0,2 = 0,0002 m = 0,0081 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,2690 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 2,49 E 05 ft / s 0,0623 ft / s 0,0190 m / s Kecepatan linear, v at 0,0004 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 66,2801 0,0623 0,0224 7,7169 0,0120
Asumsi NRe < 2100 aliran laminar (sudah benar) f = 16/NRe = 2,0733
Universitas Sumatera Utara
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 40 ft = 12,1920 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,3450 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 0,2914 + 1,3450 + 0,2466 + 1,2329 = 43,1159 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (2,0733) (0,0623 2 ) (43,1159) 0,9632 2. (32,174) (0,0224)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
0
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc = 10 + 0 + 0 + 0,9632 = 10,9632 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 4,11785E 05 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
19.
Cation Exchanger (CE)
Fungsi
: Mengikat kation yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur cairan
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 1.750,4288 kg/jam
Densitas air
= 996,52 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 2003)
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4 (Nalco. 1988) diperoleh: -
Diameter penukar kation
= 2 ft
-
Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
-
Tinggi resin dalam cation exchanger = 2,5 ft
= 0,7620 m
-
Tinggi silinder = (1 + 0,2) 2,5 ft
= 3 ft
= 0,9144 m
-
Diameter tutup = diameter tangki
= 2 ft
= 0,6096 m
-
Rasio axis
=2:1
Tinggi tutup =
1 0,6096 = 0,1524 m 2 2
= 0,6096 m
(Brownell dan Young, 1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,9144 m + 2 x 0,1524 m = 1,2192 m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: phid = × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4417 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa pT = 7,4417 kPa + 101,325 kPa = 108,7726 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, pdesain
= (1,05) (108,7726 kPa) = 114,2113 kPa
Joint efficiency
= 0,8
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki: t
=
114,2113 kPa 0,6069 m pD = 287.218,7140 kPa 0,8 1,2114,2113 kPa 2SE 1,2 p
= 0,0005 m = 0,0197 in Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0197 in + 10 x 1/8 in = 1,2697 in Tebal shell standar yang digunakan = 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1,375 in.
20.
Pompa ke Anion Exchanger (PU-11)
Fungsi
: Memompa air dari cation exchanger (CE) ke anion exchanger (AE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 1.750,4288 kg/jam = 1,0720 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
1,0720 lbm/s 0,0172 ft 3 / s 0,0005 m 3 / s 3 62,2110 lbm/ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen
Universitas Sumatera Utara
Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 ρ0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0005)0,45 (996,52)0,13 = 0,0288 m = 1,1341 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,38 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,66 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 0,0172 ft / s 1,6568 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,6568 0,1150 20.632,8108 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 20.632,8108 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0080. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,2402 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 65,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,6568 2 ) (65,9850) 0,7833 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
= z
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 20 + 0 + 0 + 0,7833 = 20,7833 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0506 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
21.
Tangki NaOH (TP-04)
Fungsi
: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH) untuk kebutuhan 30 hari
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Laju alir massa NaOH
= 0,0549 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Waktu regenerasi
= 24 jam
NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas lar.NaOH 4%
= 1.518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997)
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor keamanan
= 20%
Desain tangki, Diameter tangki,
kg 0,0549 24 jam 30hari jam Volume larutan (Vl) = = 0,6510 m3 kg 0,041.518 3 m Volume tangki (VT) = (1,2) (0,6510 m3) = 0,7811 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 1 : 1. 1 1 1 D2 H 0,7811 m3 = (3,14) D2 D 0,7811 m3 = D3 4 4 4
Maka, D = 0,9984 m H = 0,9984 m Tinggi cairan dalam tangki =
0,6510 m 3 0,9984 m = 0,8320 m 0,7811 m 3
Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (1.518 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,8320 m) = 12,3767 kPa
poperasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 12,3767) kPa = 113,7017 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (113,7017 kPa) = 119,3868 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki,
Universitas Sumatera Utara
t=
119,3868 kPa 0,9984m pD = = 0,0009 m = 0,0337 in 2SE 1,2 p 287.218,7140 kPa 0,8 1,2119,3868 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0337 + 10 x 1/8) in
= 1,2837 in (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell standar 1,375 in Daya Pengaduk, Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, dkk. 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,9984 m = 0,3328 m
E/Da = 1
; E = 0,3328 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,3328 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,3328 m = 0,0666 m
J/Dt
; J = 1/12 × 0,9984 m = 0,0832 m
= 1/12
= 1,0918 ft
= 0,0832 m
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik Viskositas NaOH 4 % = 4,302 .10-4 lbm/ft.detik
(Othmer, 2004)
Bilangan Reynold: NRe =
NRe =
N Da 2
(Geankoplis, 2003)
94,766211,09182 0,0004
= 262.588,1903 (Turbulen)
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K T .n 3 .D a ρ P gc
(McCabe, dkk., 1999)
KT = 6,3
(McCabe, dkk., 1999)
6,3 (1 put/det)3 .(1,0918 ft)5 (94,7662 lbm/ft 3 ) 1hp P x 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,0523 hp
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, P
= 0,0523 hp / 0,8 = 0,0654 hp
Maka daya motor yang dipilih adalah 0,125 hp.
Universitas Sumatera Utara
22.
Pompa NaOH (PU-12)
Fungsi
: Memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan NaOH (TP-04) ke anion exchanger (AE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur ruangan = 30 °C
-
Densitas NaOH (ρ)
= 1.518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997)
-
Viskositas NaOH (µ) = 0,6402 cP
= 0,0004 lbm/ft.s = 0,0006 Pa.s (Othmer, 2004)
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
Laju alir massa (F)
= 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
= 0,0549 kg/jam = 0,00003 lbm/detik
Laju alir volumetrik,
Q
F
0,00003 lbm/s 3,44 E 07 ft 3 / s 1,00 E 08 m 3 / s 3 94,7662 lbm/ft
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 µ0,2
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (1,00E-08)0,45 (0,0006)0,2 = 1,93E-05 m = 0,0008 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,2690 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 3,55E 07 ft / s 0,0009 ft / s 0,0003 m / s Kecepatan linear, v at 0,0004 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan reynold, N Re
.v.D 94,7662 0,0009 0,0224 4,3793 0,0004
Asumsi NRe < 2100 aliran laminar (sudah benar) f = 16/NRe = 3,6534 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 40 ft = 12,1920 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,3450 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 0,2914 + 1,3450 + 0,2466 + 1,2329 = 43,1159 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (3,6534) (0,0009 2 ) (43,1159) 0,0003 2. (32,174) (0,0224)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
p
0
Universitas Sumatera Utara
-Ws
= z
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 + 0 + 0,0003 = 10,0003 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 7,64094E 07 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
23.
Anion Exchanger (AE)
Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur cairan
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 1.750,4288 kg/jam
Densitas air
= 996,52 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.4 (Nalco. 1988) diperoleh: -
Diameter penukar kation
= 2 ft
-
Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
-
Tinggi resin dalam cation exchanger
= 2,5 ft
= 0,7620 m
-
Tinggi silinder = (1 + 0,2) 2,5 ft
= 3 ft
= 0,9144 m
-
Diameter tutup = diameter tangki
= 2 ft
= 0,6096 m
-
Rasio axis
=2:1
Tinggi tutup =
1 0,6096 = 0,1524 m 2 2
= 0,6096 m
(Brownell dan Young, 1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,9144 m + 2 x 0,1524 m = 1,2192 m
Universitas Sumatera Utara
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: phid = × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4417 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa pT = 7,4417 kPa + 101,325 kPa = 108,7726 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, pdesain
= (1,05) (108,7726 kPa) = 114,2113 kPa
Joint efficiency
= 0,8
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki: t
=
114,2113 kPa 0,6069 m pD = 287.218,7140 kPa 0,8 1,2114,2113 kPa 2SE 1,2 p
= 0,0005 m = 0,0197 in Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0197 in + 10 x 1/8 in = 1,2697 in Tebal shell standar yang digunakan = 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1,375 in.
24.
Pompa Anion Exchanger (PU-13)
Fungsi
: Memompa air dari anion exchanger (AE) ke deaerator (DE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 1.750,4288 kg/jam = 1,0720 lbm/detik
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik, Q
F
1,0720 lbm/s 0,0172 ft 3 / s 0,0005 m 3 / s 3 62,2110 lbm/ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 ρ0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0005)0,45 (996,52)0,13 = 0,0288 m = 1,1341 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,38 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,66 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 0,0172 ft / s 1,6568 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,6568 0,1150 20.632,8108 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 20.632,8108 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0080. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,2402 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 50 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 65,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,6568 2 ) (65,9850) 0,7833 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
= z
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 20 + 0 + 0 + 0,7833 = 20,7833 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0506 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
25. Fungsi
Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05) : Tempat membuat larutan kaporit untuk proses klorinasi air domestik untuk kebutuhan 90 hari
Universitas Sumatera Utara
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
:1
Kondisi operasi : Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Kaporit yang digunakan
= 2 ppm
Kaporit yang digunakan berupa larutan 70% (% berat) Laju massa kaporit
= 0,0031 kg/jam
Densitas larutan kaporit 70% = 1.272 kg/m3 = 79,4082 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997) Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Volume larutan, (V1)
=
0,0031 kg / jam x 24 jam / hari x 90 hari 0,7 x 1272 kg / m 3
= 0,0076 m3 Faktor kelonggaran
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 0,0076 m3 = 0,0091 m3
B. Diameter dan tebal tangki Volume silinder tangki (Vs) Vs =
π Di 2 Hs 4
Dimana :
(Brownell dan Young, 1959)
Vs
= Volume silinder (ft3)
Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 1 : 1 Maka : Vs = 0,0091 Di
Di 3 4
= 0,7854 Di3
= 0,7854 Di3 = 0,2266 m
Hs = Di = 0,2266 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(0,0077)(0,2266) 0,0091
= 0,1888 m = 0,6194 ft Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (1.272 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,1888 m) = 2,3535 kPa
poperasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 2,3535) kPa = 103,6785 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (103,6785 kPa) = 108,8624 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
108,8624 kPa 0,2266 m pD = = 0,0002 m = 0,0070 in 2SE 1,2 p 287.218,7140 kPa 0,8 1,2108,8624 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0070 + 10 x 1/8) in = 1,2570 in Tebal shell standar 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Daya Pengaduk, Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, dkk. 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,2266 m = 0,0755 m = 0,2478 ft
E/Da = 1
; E = 0,0755 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,0755 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,0755 m = 0,0151 m
= 0,0189 m
Universitas Sumatera Utara
J/Dt
= 1/12
; J = 1/12 × 0,2266 m = 0,0189 m
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/detik Viskositas kaporit = 0,0007 lbm/ft.detik
(Othmer, 2004)
Bilangan Reynold:
N Da 2 NRe = NRe =
(Geankoplis, 2003)
79,408820,24782 0,0007
= 14.508,9990
NRe >10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K T .n 3 .D a ρ P gc
(McCabe, dkk., 1999)
KT = 6,3
(McCabe, dkk., 1999)
6,3 (2 put/det)3 .(0,2478 ft)5 (79,4088 lbm/ft 3 ) 1hp x 2 5.671,2632 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft.lbf/det 1,7870E - 9 Hp
P
Efisiensi motor penggerak (η) =80%, P
= 1,7870E-9 hp / 0,8 = 2,2333E-9 hp
Maka daya motor yang dipilih 0,05 hp 26.
Pompa Kaporit (PU-14)
Fungsi
: Memompa larutan kaporit dari tangki pelarutan kaporit (TP-05) ke tangki utilitas 2 (TU-02)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : = 30 oC
-
Temperatur
-
Densitas kaporit (ρ)
= 1.272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry dan Green, 1997) = 4,5157.10-7 lbm/ft.detik
-
Viskositas kaporit (µ) = 0,0007 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 14,696 psi = 2.116,2363 lbf/ft2
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa (F) = 0,0031 kg/jam = 1,9205E-06 lbm/detik Laju alir volumetrik,
F
Q
1,9205E - 06 lbm/s 2,4184E 08 ft 3 / s 6,8483E 10m 3 / s 3 79,4110 lbm/ft
Asumsi NRe < 2100, aliran laminar Diameter optimum, Dopt = 0,133 Q0,4 0,2
(Peters, dkk., 2004)
= 0,133 (6,8483E-10)0,4 (6,72E-07)0,2 = 0,0001 m = 0,0027 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,1250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 80
- Diameter dalam (ID)
= 0,2690 in = 0,0224 ft = 0,0068 m
- Diameter luar (OD)
= 0,4050 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
3 Q 2,4184 E 08 ft / s 6,05E 05 ft / s 1,84288E 05 m / s at 0,0004 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 79,4088 6,05E 05 0,0224 238,3435 4,5157E - 07
Asumsi NRe < 2100 sudah benar. f = 16/NRe = 0,0671 Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft = 6,0961 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0224 ft = 0,2914 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0224 ft = 1,3450 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0224 ft = 0,2466 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0224 ft = 1,2329 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 0,2914 + 1,3450 + 0,2466 + 1,2329 = 23,1159 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0671) (6.05E 05 2 ) (23,1159) 1,57307 E 08 2 32,174 0,0224
Tinggi pemompaan, Δz = 35 ft Static head, z
g 35 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
= z
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 35 + 0 + 0 + 1,57307E-08 = 35 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 1,52766E 07 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
27.
Tangki Utilitas 2 (TU-02)
Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan ke domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi operasi : Temperatur cairan
= 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 1.097,6035 kg/jam
Densitas air
= 996,52 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 24 jam
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Desain tangki, Ukuran tangki, kg 1.097,6035 24 jam jam Volume larutan (Va) = = 26,4345 m3 kg 996,52 3 m
Volume tangki (VT) = (1,2 ) (26,4345 m3) = 31,7214 m3 Direncanakan, D : H = 2 : 3 V=
1 1 3 3D D2 H 31,7214 m3 = (3,14) D2 31,7214 m3 = D3 4 4 8 2
Maka, D = 2,9978 m H = 4,4966 m
26,4345m 3 4,4966 m = 3,7472 m Tinggi air dalam tangki = 31,7214 m 3 Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (996,52 kg/m3) (9,8 m/s2) (3,7472 m) = 36,5948 kPa
Tek operasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 36,5948) kPa = 137,9198 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (137,9198 kPa) = 144,8158 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
144,8158 kPa 2,9978 m pD = = 0,0031 m = 0,1226 in 2SE 1,2 p 287.218,714 kPa 0,8 1,2144,8158 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,1226 + 10 x 1/8) in = 1,3726 in Tebal shell standar 1,375 in
28.
(Brownell dan Young, 1959)
Pompa Domestik (PU-15)
Fungsi
: Memompa air dari TU-02 ke kebutuhan domestik
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur cairan
= 30 oC
-
Densitas air (ρ)
= 996,52 kg/m3 = 62,2110 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8549 cP
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 14,696 psi
= 0,0006 lbm/ft.s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 1.097,6035 kg/jam = 0,6722 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,6722 lbm/s 0,0108 ft 3 / s 0,0003 m 3 / s 3 62,2110 lbm/ft
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 ρ0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0003)0,45 (996,52)0,13 = 0,0233 m = 0,9192 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,250 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,38 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
Universitas Sumatera Utara
- Diameter luar (OD)
= 1,66 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 0,0108 ft / s 1,0389 ft / s Kecepatan linear, v at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 1,0389 0,1150 12.937,7701 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 12.937,7701 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,0067. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft = 15,2402 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 40 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 55,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0067) (1,0389 2 ) (55,9850) 0,2188 2 (32,174) (0,1150)
Universitas Sumatera Utara
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft = 6,0961 m Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
-Ws
p
0
v 2 p g = z + + +F 2. g c gc = 20 + 0 + 0 + 0,2188 = 20,2188 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0309 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
29.
Menara Pendingin Air (Water Cooling Tower) (CT)
Fungsi
: Menurunkan temperatur air pendingin bekas dari temperatur 40 oC menjadi 30 oC
Jenis
: Mechanical draft cooling tower
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-53 grade B
Jumlah
: 1
Temperatur air masuk, T2
= 40 oC = 104 oF
Temperatur air keluar, T1
= 30 oC = 80,6 oF
Suhu udara (TG1)
= 30 C = 86 F
Dari Gambar 9.3-2 Geankoplis(2003) diperoleh suhu bola basah, Tw = 18oC = 64,4oF dan H = 0,01 kg uap air/kg udara kering Dari Gambar 12-14, Perry dan Green (1997) diperoleh konsentrasi air = 1,7 gal/ft2menit Densitas air (40oC)
= 992,25 kg/m3
Laju massa air pendingin bekas
= 77.584,5872 kg/jam
Laju volumetrik air pendingin
= 77.584,5872/992,25 = 78,1906 m3/jam
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
= 78,1906 m3/jam 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam
Kapasitas air, Q
= 344,26 gal/menit = 0,0217 m3/s Faktor keamanan
= 20%
Luas menara, A
= 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (344,26 gal/menit/(1,7 gal/ft2.menit) = 243,0071 ft2
Laju alir air tiap satuan luas (L) =
77.584,5872 kg/jam 1 jam (3,2808 ft) 2 243,0071 ft 2 3600 s 1 m 2
= 0,9546 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan
=5:6
Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G)
= 5/6 . 0,9546 = 0,7955 kg/s.m2
Perhitungan Tinggi Menara Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (2003): Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,01).103 (30 – 0) + 2,501.106 (0,01) Hy1 = 55.724 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (2003) diperoleh: 0,7955 (Hy2 – 55.724) = 0,9546 (4,187.103).(40-27) Hy2 = 121.041,2000 J/kg
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT)
G Ketinggian menara, z M kG a P
Hy 2
Hy1
dHy Hy * Hy
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin hy 50605 70000 90000 100000 120000 125971
hy* 90000 116000 140000 172000 204000 258000
1/(hy*-hy) 2,538E-05 2,174E-05 2,000E-05 1,389E-05 1,190E-05 7,574E-06
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy)
Luas daerah dibawah kurva = luas 1 + luas 2 + luas 3 + luas 4 + luas 5 = 0,4570 + 0,4174 + 0,1694 + 0,2579 + 0,0582 = 1,3599 Hy 2
Hy1
dHy = 1,3599 Hy * Hy
Asumsi : kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 Maka ketinggian menara, z
=
(Geankoplis, 2003).
0,7955 1,3599 29 1,207 10 7 1,013 10 5
= 3,0509 m Diambil performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry dan Green (1997) diperoleh tenaga kipas 0,03 hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 hp/ft2 243,0071 ft2 = 7,2902 hp Digunakan daya standar 8 hp.
Universitas Sumatera Utara
Pompa Menara Pendingin Air (PU-16)
30. Fungsi
: Memompa air dari menara pendingin air (CT) ke unit proses
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : - temperatur cairan
=
30 C
- densitas ()
=
996,52 kg/m3
= 62,2110 lbm/ft3
- viskositas ()
=
0,8549 cP
= 0,0006 lbm/fts
- tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
- tekanan keluar (p2) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 79.258,9321 kg/jam = 48,5380 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
48,5380 lbm/s 0,7802 ft 3 / s 0,0221 m 3 / s 62,2110 lbm/ft 3
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0221)0,45 (996,52)0,13 = 0,1602 m = 6,3066 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 6 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 6,0650 in = 0,5054 ft = 0,1541 m
- Diameter luar (OD)
= 6,6250 in = 0,5521 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,2006 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
3 Q 0,7802 ft / s 3,8894 ft / s at 0,2006 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2110 3,8894 0,5054 212.870,8944 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar.
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,1541 = 0,0003. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 212.870,8944 dan ε/D = 0,0003, diperoleh f = 0,0045. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 80 ft = 24,3840 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,5054 ft = 6,5704 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,5054 ft = 30,3250 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,5054 ft = 5,5596 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,5054 ft = 27,7979 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 80 + 6,5704 + 30,3250 + 5,5596 + 27,7979 = 150,2529 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0045) (3,8894 2 ) (150,2529) 1,2580 2 (32,174) (0,5054)
Tinggi pemompaan, Δz = 40 ft = 12,1921 m Static head, z
g 40 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Universitas Sumatera Utara
Perssure head, = z
-Ws
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 40 + 0 + 0 + 1,2580 = 41,2580 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 4,5513 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 5 hp.
31.
Deaerator (DE)
Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA–283 grade C
Kondisi operasi : Temperatur
= 90 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 456,5135 kg/jam
Densitas air
= 965,34 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 hari
Faktor keamanan
= 20 %
(Geankoplis, 2003)
Perhitungan Desain tangki, Ukuran tangki,
kg 456,5135 24 jam jam = 11,3497 m3 Volume air (Va) = kg 965,34 3 m Volume tangki (VT) = (1,2 ) (11,3497 m3) = 13,6196 m3 Direncanakan, D : H = 2 : 3 V=
1 1 3 3D D2 H 13,6196 m3 = (3,14) D2 13,6196 m3 = D3 4 4 8 2
Universitas Sumatera Utara
Maka, D = 2,2615 m H = 3,3923 m Tinggi air dalam tangki =
11,3497 m 3 3,3923 m = 2,8269 m 13,6196 m 3
Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 2,2615 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 1 (2,2615 m) = 0,5654 m 4
Tinggi tutup =
(Brownell dan Young, 1959)
Tinggi tangki total = 3,3923 + 2 (0,5654) = 4,5231 m Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (995,34 kg/m3) (9,8 m/s2) (4,5231 m) = 26,7435 kPa
poperasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 26,7435) kPa = 128,0685 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (128,0685 kPa) = 134,4719 kPa
Joint efficiency
= 0,8
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki, t=
134,4719 kPa 2,2615 m pD = = 0,0022 m = 0,0859 in 2SE 1,2 p 287.218,7140 kPa 0,8 1,2134,4719 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0859 + 10 x 1/8) in Tebal shell standar 1,375 in
= 1,3359 in (Brownell dan Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan bahwa tebal tutup adalah 1,375 in.
Universitas Sumatera Utara
Pompa Deaerator (PU-17)
32. Fungsi
: Memompa air dari tangki deaerator (DE) ke ketel uap (KU)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : = 90 oC
-
Temperatur
-
Densitas air (ρ)
-
Viskositas air (µ)
-
Tekanan masuk (p1) = 14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
-
Tekanan keluar (p2)
= 2.116,2363 lbf/ft2
= 965,34 kg/m3 = 60,2645 lbm/ft3 = 0,3165 cP
= 14,696 psi
(Geankoplis, 2003)
= 0,0002 lbm/ft.s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 456,5135 kg/jam = 0,2796 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,2796 lbm/s 0,0046 ft 3 / s 0,0001 m 3 / s 3 60,2645 lbm/ft
Asumsi NRe >2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,0001)0,45 (965,34)0,13 = 0,0159 m = 0,6257 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,75 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,8240 in = 0,0687 ft = 0,0209 m
- Diameter luar (OD)
= 1,0500 in = 0,0875 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0013 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
Q 0,0046 ft 3 / s 1,2504 ft / s at 0,00371 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 60,2645 1,2504 0,0687 24.328,5766 0,0002
Asumsi NRe > 2100 aliran turbulen (sudah benar)
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0209 = 0,0022. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 24.328,5766 dan ε/D = 0,0022, diperoleh f = 0,0075. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft = 6,0960 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,0687 ft = 0,8927 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,0687 ft = 4,12 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,0687 ft = 0,7553 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,0687 ft = 3,7767 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 20 + 0,8927 + = 4,12 + 0,7553 + 3,7767 = 29,5447 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0075) (1,2504 2 ) (29,5447) 0,3136 2 (32,174) (0,0687)
Tinggi pemompaan, Δz = 20 ft = 6,0961 m Static head, z
g 20 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Universitas Sumatera Utara
Perssure head, = z
-Ws
p
0
v 2 p g + + +F 2. g c gc
= 20 + 0 + 0 + 0,3136 = 20,3136 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0129 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
33.
Ketel Uap (KU)
Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Water tube boiler
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Kondisi operasi :
Uap jenuh yang digunakan bersuhu 300 oC dan tekanan 86 bar. Steam table (Reklaitis, 1983) diperoleh panas laten steam 1.405 kJ/kg = 2.935,8580 Btu/lbm.
Kebutuhan uap = 2.177,2227 kg/jam = 4.799,9795 lbm/jam
Menghitung Daya Ketel Uap W=
34,5 P 970,3 H
dimana: P = Daya boiler, hp W = Kebutuhan uap, lbm/jam H = Panas laten steam, Btu/lbm Maka, P=
4.799,9795 2.935,8580 = 420,9682 hp 34,5 970,3
Menghitung Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A
= 420,9682 hp 10 ft2/hp = 4.209,6821 ft2
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi : -
Panjang tube
= 100 ft
-
Diameter tube
= 1,5 in
-
Luas permukaan pipa, a’ = 0,3295 ft2 / ft
Sehingga jumlah tube: Nt =
A L a'
=
4.209,6821 ft 2 100 ft 0,3925 ft 2 / ft
= 107,2530 108 buah
34.
Tangki Bahan Bakar (TB)
Fungsi
: Menyimpan bahan bakar solar untuk kebutuhan 7 hari
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30 °C
Tekanan
= 1 atm
Laju volume solar
= 181,5948 L/jam
Densitas solar
= 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft3
(Sub-Bab 7.5 Bab VII) (Perry dan Green, 1997)
Kebutuhan perancangan = 7 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va)
= 86,6468 L/jam x 1 m3/1000 L x 7 hari x 24 jam/hari = 30,5079 m3
Volume tangki, Vt
= 1,2 30,5079 m3 = 36,6095 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 1 : 2 =
1 D2 H 4
36,6095 m3
=
1 D 2 ( 2 D) 4
36,6095 m3
= 1,5714 D3
V
D = 2,8561 m H = 5,7121 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi Cairan dalam Tangki = =
Volume cairan Tinggi Silinder Volume silinder
30,5079 5,7121 = 4,7601 m 36,6095
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik phid = x g x l = 890,0712 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 4,7601 m = 41,5208 kPa Tekanan operasi, po = 1 atm = 101,325 kPa poperasi = 41,5208 + 101,325 kPa = 142,8458 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, pdesign = (1,05)(142,8458 kPa) = 149,9881 kPa Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki: t=
PD 149,9881 kPa 2,8561m = = 0,0031 m = 0,1210 in 2SE 1,2 P 287.218,7140 kPa 0,8 1,2149,9881 kPa
Faktor korosi = 1/8 in, umur alat 10 tahun Tebal shell yang dibutuhkan = (0,1210 + 10 x 1/8) in = 1,3710 in Tebal shell standar 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
D.2
Perhitungan untuk Sistem Pengolahan Limbah
1.
Bak Penampungan (POND)
Fungsi : Tempat menampung air buangan sementara Laju volumetrik air buangan
= 1,4817 m3/jam
Waktu penampungan air buangan
= 10 hari
Volume air buangan
= 1,4817 x 10 x 24
= 355,600 m3
Direncanakan menggunakan 1 buah bak penampungan.
355,6 m 3 Bak terisi 90% maka volume bak = = 395,1111 m3 0,9 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) - tinggi bak (t)
= lebar bak (l)
Universitas Sumatera Utara
Maka Volume bak = p x l x t 395,1111 m3 = 2l x l x l l = 5,8241 m Jadi, panjang bak = 11,6482 m
2.
Lebar bak
= 5,8241 m
Tinggi bak
= 5,8241 m
Luas
= 67,8406 m2
Bak Pengendapan Awal (BPA)
Fungsi : Tempat mengendapkan kotoran pada air buangan Laju volumetrik air buangan = 1,4817 m3/jam = 35,5600 m3/hari Direncanakan waktu pengendapan air buangan = 24 jam = 1 hari Volume air buangan = 35,5600 m3/hari x 1 hari = 35,5600 m3 Direncanakan menggunakan 1 buah bak pengendapan :
35,5600m 3 Bak terisi 90% maka volume bak = = 39,5111 m3 0,9 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) - tinggi bak (t)
= lebar bak (l)
Maka Volume bak = p x l x t 39,5111 m3
= 2l x l x l
l = 2,7033 m Jadi,
panjang bak
= 5,4066 m
Lebar bak
= 2,7033 m
Tinggi bak
= 2,7033 m
Luas
= 14,6158 m2
Universitas Sumatera Utara
Bak Netralisasi (BN)
3.
Fungsi : Tempat menetralkan pH limbah Air buangan dari pabrik menghasilkan bahan-bahan organik mempunyai pH = 5 (Hammer, 1985). Air buangan tersebut harus dinetralkan sehingga memenuhi baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri yakni pH 6,0-9,0 (Kep03/MENLH/I/1998). Untuk menetralkan air limbah yang bersifat asam tersebut digunakan soda abu (Na2CO3) (Hammer, 1985). Kebutuhan Na2CO3 untuk menetralkan limbah pH air limbah dari pH 5 menjadi pH = 7 adalah 0,15 gr Na2CO3/30 ml air limbah (Lab. Analisa FMIPA USU, 2009) Jumlah air buangan = 1,4817 m3/hari = 1,4817 x 103 L/hari Kebutuhan soda abu :
ml 0,15 gr 1kg m 30ml 1000 gr
= 1,4817 m3/jam x 106 x = 7,4083 kg/jam
7,4083 24,6944kg / jam 0,3
Laju alir larutan 30 % Na2CO3 =
Densitas larutan 30 % Na2CO3 = 1.327 kg/m3 Volume larutan 30 % Na2CO3 =
24,6944 0,0186m 3 / jam 1.327
Laju volumetrik air buangan total = (0,0186 + 1,4817) m3/jam = 1,5003 m3/jam Direncanakan waktu penetralan air buangan = 1/2 hari Volume air buangan = 1,5003 x 1/2 x 24
= 18,0033 m3/hari
Direncanakan menggunakan 1 buah bak penetralan :
18,0033 m 3 / hari Bak terisi 90% maka volume bak = = 20,0037 m3 0,9 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) - tinggi bak (t)
= lebar bak (l)
Maka Volume bak = p x l x t 20,0037 m3
= 2l x l x l
l = 2,1546 m
Universitas Sumatera Utara
Jadi,
4.
panjang bak
= 4,3091 m
Lebar bak
= 2,1546 m
Tinggi bak
= 2,1546 m
Luas
= 9,2843 m2
Pengolahan Limbah Dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur Aktif) Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated
sludge (sistem lumpur aktif), mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent dengan BOD yang lebih rendah (20-30 mg/l) (Perry dan Green, 1997). Proses lumpur aktif merupakan proses aerobis dimana flok biologis (mikroorganisme yang akan memakan limbah organik) tersuspensi di dalam campuran lumpur yang mengandung O2. Biasanya mikroorganisme yang digunakan merupakan kultur campuran. Mikroorganisme ini sendiri akan memakan limbah organik sehingga terjadi pertumbuhan mikroorganisme, untuk menghindari kelebihan mikroorganisme di tangki sedimentasi maka mikroorganisme ini akan diresirkulasi kembali ke kolam aerasi. Kondisi Operasi : Laju alir volumetrik air buangan (Q) = 1,4817 m3/jam = 9.394,2354 gal/hari Untuk limbah domestik, perumahan, laboratorium, serta air pencucian, kadar BOD5 diasumsikan sebesar 1.100 mg/l. Maka BOD5 influent (So)
= 783 mg/l
(www.gisdevelopment.com, 2012)
Efisiensi (E)
= 95 %
(Metcalf dan Eddy, hal:548, 1991)
Koefisien cell yield (Y) = 0,8 mg VSS/mg BOD5 (Metcalf dan Eddy, hal:394, 1991) Koefisien endogenous decay (Kd) = 0,025 hari-1 (Metcalf dan Eddy, hal:394, 1991) Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (X) = 353 mg/l (www.gisdevelopment.com, 2012) Direncanakan: Waktu tinggal sel (c) = 10 hari 1. Penentuan BOD Effluent (S)
E
So S x100 So
(Metcalf dan Eddy, hal:592, 1991)
Universitas Sumatera Utara
E.S o 100 95 783 783 100
S So
S = 39,15 mg/l BOD5 effluent (S) maksimum = 39,15 mg/l
(Kep-03/MENLH/I/1998)
2. Penentuan Volume Kolam Aerasi (Vr)
Vr
=
θ c .Q.Y(S o S) X(1 k d .θ c )
(Metcalf dan Eddy, hal:593, 1991)
(10 hari)(9.394,2356 gal / hari)(0,8)(783 39,15) 353 mg / l (1 0,025 3)
= 126.692,8435 gal = 479,4934 m3
3. Penentuan Ukuran Kolam Aerasi Direncanakan, panjang bak Lebar bak V 479,4934 m3 t
= 4 x tinggi bak = 2 x tinggi bak
= 4t x 2t x t = 8t3 = 3,9135 m
Jadi ukuran kolam aerasinya sebagai berikut : Panjang
= 15,6540 m
Lebar
= 7,8270 m
Tinggi
= 3,9135 m
4. Penentuan Jumlah Flok yang Diresirkulasi (Qr) Q Bak Bak Bak Pengendapan Penampungan Netralisasi Awal
Q
Kolam Aerasi
Q + Qr X
Qr Xr
Tangki Sedimentasi
Qw Qw' Xr
Universitas Sumatera Utara
Qe Xe
Asumsi: Qe = Q = 9.394,2356 gal/hari Xe = 0,001 X = 0,001 x 353 mg/l = 0,3530 mg/l Xr = 0,999 X = 0,999 x 353 mg/l = 352,6470 mg/l P x = Q w x Xr
(Metcalf dan Eddy, hal:553, 1991)
Px = Yobs .Q.(So – S)
(Metcalf dan Eddy, hal:593, 1991)
Y 1 k dθc
(Metcalf dan Eddy, hal:593, 1991)
Yobs Yobs
0,8 = 0,64 1 (0,025) . (10)
Px = (0,64).(9.394,2356/hari).(783–39,15)mg/l = 4.472.257,3746 gal.mg/l.hari Neraca Massa pada Tangki Sedimentasi Akumulasi = jumlah massa masuk – jumlah massa keluar 0 = (Q + Qr)X – Qe Xe – Qw Xr 0 = QX + QrX – Q(0,001X) - Px
Qr Qr =
QX (0,001 1) Px X (9.394,2356)(353)(0,001 1) 4.472.257,3746 353
= 3.284,4430 gal/hari
5. Penentuan Waktu Tinggal di kolam aerasi () =
Vr 126.692,8435 = Q 9.394,2356
= 13,4862 hari 13,5 hari
6. Penentuan Daya yang Dibutuhkan Tipe aerator yang digunakan adalah surface aerator. Kedalaman air = 2,7930 m, dari Tabel 10-11, Metcalf dan Eddy, 1991 diperoleh daya aeratornya 10 hp.
Universitas Sumatera Utara
Tangki Sedimentasi
5.
Fungsi : Mengendapkan flok biologis dari kolam aerasi dan sebagian diresirkulasi kembali ke kolam aerasi Laju volumetrik air buangan = (3.284,4430 + 9.394,2356) gal/hari = 12.678,6786 gal/hari = 47,9944 m3/hari Diperkirakan kecepatan overflow maksimum = 33 m3/m2 hari (Perry dan Green, 1997) Waktu tinggal air = 2 jam = 0,083 hari
(Perry dan Green, 1997)
Volume bak (V) = 47,9944 m3/hari x 0,083 hari = 3,9835 m3 Luas tangki (A) = (3,9835 m3/hari) / (33 m3/m2 hari) = 1,4544 m3 A = ¼ D2 D = (4A/)1/2 = (4 x 1,4544 / 3,14 )1/2 = 1,3611 m Kedalaman tangki, H = V/A = 3,9835 / 1,4544 = 2,7390 m.
6.
Pompa Bak Penampung (PU-20)
Fungsi
: Mengalirkan air buangan ke bak penampungan
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : - Temperatur cairan =
30 C
- Densitas ()
=
997,0800 kg/m3
= 62,2460 lbm/ft3
- Viskositas ()
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/fts
- Tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 1.481,6667 kg/jam = 0,9074 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,9074 lbm/s 62,2460 lbm/ft 3
0,0146 ft 3 / s 0,00041m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen
Universitas Sumatera Utara
Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,00041)0,45 (997,0800)0,13 = 0,0267 m = 1,0519 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
(Geankoplis, 1997)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,6600 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
3 Q 0,0146 ft / s 1,4017 ft/s Kecepatan linear, v at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2460 1,4017 0,1150 16.706,5975 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 16.706,5975 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,008. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
Universitas Sumatera Utara
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 25,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,4017 2 ) (25,9850) 0,2208 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g + + +F = z 2. g c gc = 10 + 0 + 0 + 0,2208 = 10,2208 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0211 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
7.
Pompa Bak Pengendapan Awal (PU-21)
Fungsi
: Mengalirkan air buangan dari bak pengendapan ke bak netralisasi
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : - Temperatur cairan =
30 C
- Densitas ()
=
997,0800 kg/m3
= 62,2460 lbm/ft3
- Viskositas ()
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/fts
- Tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 1.481,6667 kg/jam = 0,9074 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,9074 lbm/s 62,2460 lbm/ft 3
0,0146 ft 3 / s 0,00041m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,00041)0,45 (997,0800)0,13 = 0,0267 m = 1,0519 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,6600 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
3 Q 0,0146 ft / s 1,4017 ft/s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2460 1,4017 0,1150 16.706,5975 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 16.706,5975 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,008.
Universitas Sumatera Utara
Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 25,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,4017 2 ) (25,9850) 0,2208 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
= z
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 + 0 + 0,2208 = 10,2208 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80%
Universitas Sumatera Utara
Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0211 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
8.
Pompa Bak Netralisasi (PU-22)
Fungsi
: Mengalirkan air buangan dari bak netralisasi ke kolam aerasi
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : - Temperatur cairan =
30 C
- Densitas ()
=
997,0800 kg/m3
= 62,2460 lbm/ft3
- Viskositas ()
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/fts
- Tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 1.481,6667 kg/jam = 0,9074 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,9074 lbm/s 62,2460 lbm/ft 3
0,0146 ft 3 / s 0,00041m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,00041)0,45 (997,0800)0,13 = 0,0267 m = 1,0519 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,6600 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
3 Q 0,0146 ft / s 1,4017 ft/s at 0,0104 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2460 1,4017 0,1150 16.706,5975 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 16.706,5975 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,008. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 25,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,4017 2 ) (25,9850) 0,2208 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Universitas Sumatera Utara
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
= z
-Ws
v 2 P g + + +F 2. g c gc
= 10 + 0 + 0 + 0,2208 = 10,2208 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0211 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
9.
Pompa Aerasi (PU-23)
Fungsi
: Mengalirkan air buangan dari kolam aerasi ke tangki sedimentasi
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : - Temperatur cairan =
30 C
- Densitas ()
=
997,0800 kg/m3
= 62,2460 lbm/ft3
- Viskositas ()
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/fts
- Tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
- Tekanan keluar (p2) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Laju alir massa (F) = 1.481,6667 kg/jam = 0,9074 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,9074 lbm/s 62,2460 lbm/ft 3
0,0146 ft 3 / s 0,00041m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,00041)0,45 (997,0800)0,13 = 0,0267 m = 1,0519 in
Universitas Sumatera Utara
Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,6600 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
3 Q 0,0146 ft / s 1,4017 ft/s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2460 1,4017 0,1150 16.706,5975 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 16.706,5975 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,008. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft -
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Universitas Sumatera Utara
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 25,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,4017 2 ) (25,9850) 0,2208 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc
-Ws
= 10 + 0 + 0 + 0,2208 = 10,2208 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0211 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
10.
Pompa Sedimentasi (PU-24)
Fungsi
: Mengalirkan kembali lumpur aktif dari tangki sedimentasi ke kolam aerasi
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
:1
Kondisi operasi : - Temperatur cairan =
30 C
- Densitas ()
=
997,0800 kg/m3
= 62,2460 lbm/ft3
- Viskositas ()
=
0,8937 cP
= 0,0006 lbm/fts
- Tekanan masuk (p1) =
14,696 psi
= 2.116,2363 lbf/ft2
Universitas Sumatera Utara
- Tekanan keluar (p2) =
= 2.116,2363 lbf/ft2
14,696 psi
Laju alir massa (F) = 1.481,6667 kg/jam = 0,9074 lbm/detik Laju alir volumetrik, Q
F
0,9074 lbm/s 62,2460 lbm/ft 3
0,0146 ft 3 / s 0,00041m 3 / s
Asumsi NRe > 2100, aliran turbulen Diameter optimum, Dopt = 0,363 Q0,45 0,13
(Peters, dkk., 2004)
= 0,363 (0,00041)0,45 (997,0800)0,13 = 0,0267 m = 1,0519 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1,25 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,3800 in = 0,1150 ft = 0,0351 m
- Diameter luar (OD)
= 1,6600 in = 0,1383 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0104 ft2
- Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linear, v
(Geankoplis, 1997)
3 Q 0,0146 ft / s 1,4017 ft/s at 0,0104 ft 2
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,2460 1,4017 0,1150 16.706,5975 0,0006
Asumsi NRe > 2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/0,0351 = 0,0013. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 94), untuk NRe = 16.706,5975 dan ε/D = 0,0013, diperoleh f = 0,008. Instalasi pipa : -
Panjang pipa lurus, L1 = 10 ft = 3,0480 m
-
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L2 = 1 x 13 x 0,1150 ft = 1,4950 ft
Universitas Sumatera Utara
-
2 buah standar elbow 90o ; L/D = 30
(Appendix C-21, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 x 0,1150 ft = 6,9 ft -
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 ; L/D = 22 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L4 = 0,5 x 22 x 0,1150 ft = 1,2650 ft
-
1 buah sharp edge exit ; K = 1,0 ; L/D = 55 (Appendix C-2c dan C-2d, Foust, 1980) L5 = 1,0 x 55 x 0,1150 ft = 6,3250 ft
Panjang pipa total ( ∑L )
= 10 + 1,4950 + 6,9 + 1,2650 + 6,3250 = 25,9850 ft
Faktor gesekan :
F
4. f .v 2 . L 2..g c .D
4 (0,0080) (1,4017 2 ) (25,9850) 0,2208 2 (32,174) (0,1150)
Tinggi pemompaan, Δz = 10 ft = 3,0480 m Static head, z
g 10 ft .lbf / lbm gc
Velocity head,
v 2 0 2.g c
Perssure head,
P 0
-Ws
v 2 P g = z + + +F 2. g c gc = 10 + 0 + 0 + 0,2208 = 10,2208 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80% Tenaga pompa, P
Ws.Q. 0,0211 hp 550 0,8
Dengan demikian, dipilih pompa dengan tenaga 0,05 hp.
Universitas Sumatera Utara
Limbah Proses
11.
Limbah yang berasal dari heavy dekanter dimana konsentrasinya harus dikurangi dengan cara menguapkan air melalui flash drum. Tabel LD.2 Komposisi Umpan Masuk Flash Drum Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Total
Berat Molekul 117,15 98,08 18,02 136,15
F (kg/jam) 6,0219 427,8595 1.204,3767 19,9927 1.658,2508
F (kmol/jam) 0,0514 4,3624 66,8356 0,1468 71,3962
zF 0,0007 0,0611 0,9361 0,0021 1,0000
Di mana kondisi operasi flash drum :
Tekanan 1 atm = 760 mmHg
Temperatur 120oC = 393,15 K
Tekanan uap pada suhu proses yaitu : Tabel LD.3 Tekanan Uap Komponen Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat (Perry, 1999)
Psat (mmHg) 20,7101 0,1905 925,4054 4,0667
pbubble
x p i
sat
(0,0007 20,7101) 0,0611 0,1905 0,9361 925,4054 0,0021 4,0667
= 866,3279 mmHg pdew point =
1 yi
P sat
1 = 3,1030 mmHg 0,0007 0,0611 0,9361 0,0021 20,7101 0,1905 925,4054 4,0667
pdew < p < pbubble = 3,1030 mmHg < 760 mmHg <866,3279 mmHg (memenuhi) Ki
pisat = p
Diperoleh : K benzil sianida
= 0,0273
K asam sulfat
= 0,0003
Universitas Sumatera Utara
K air
= 1,2176
K asam fenil asetat
= 0,0054
Prosedur perhitungan untuk flash drum :
F V L zi * F yi *V xi * L yi Ki * xi zi * V L yi *V xi * L zi * 1 L / V yi xi * L / V L /V 1 * yi Ki zi 1 L / V 1 L / V * zi yi L / V 1 1 Ki Untuk memperoleh Σ yi = 1 maka nilai L/V dilakukan trial and error Trial 1 : L/V = 0,5580 Tabel LD.4 Data Perhitungan Σ yi Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Total xi
=
Yi 0,0001 0,00004 1,0000 0,00003 1,0003 ≈ 1
yi Ki
Maka diperoleh : x benzil sianida
= 0,0019
x asam sulfat
= 0,1705
x air
= 0,8214
x asam fenil
= 0,0057
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian, diperoleh komposisi keluar flash drum Tabel LD.5 Komposisi Pada Flash Drum Komponen
zF
xL
yV
Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Total
0,0007 0,0611 0,9361 0,0021 1,0000
0,0019 0,1705 0,8214 0,0057 0,9995
0,0001 0,0000 1,0001 0,0000 1,0003
F (kmol/jam) 0,0257 2,1811 33,4161 0,0734 35,6963
L (kmol/jam) 0,0245 2,1801 10,5011 0,0727 12,7847
V (kmol/jam) 0,0012 0,0010 22,9150 0,0007 22,9116
Jenis-jenis limbah beracun (B3) antara lain:
Limbah mudah meledak adalah limbah yang melalui reaksi kimia dapat menghasilkan gas dengan suhu dan tekanan tinggi yang dengan cepat dapat merusak lingkungan.
Limbah mudah terbakar adalah limbah yang bila berdekatan dengan api, percikan api, gesekan atau sumber nyala lain akan mudah menyala atau terbakar dan bila telah menyala akan terus terbakar hebat dalam waktu lama.
Limbah reaktif adalah limbah yang menyebabkan kebakaran karena melepaskan atau menerima oksigen atau limbah organik peroksida yang tidak stabil dalam suhu tinggi.
Limbah beracun adalah limbah yang mengandung racun yang berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Limbah B3 dapat menimbulkan kematian atau sakit bila masuk ke dalam tubuh melalui pernapasan, kulit atau mulut.
Limbah yang menyebabkan infeksi adalah limbah laboratorium yang terinfeksi penyakit atau limbah yang mengandung kuman penyakit, seperti bagian tubuh manusia yang diamputasi dan cairan tubuh manusia yang terkena infeksi.
Limbah yang bersifat korosif adalah limbah yang menyebabkan iritasi pada kulit atau mengkorosikan baja, yaitu memiliki pH sama atau kurang dari 2,0 untuk limbah yang bersifat asam dan lebih besar dari 12,5 untuk yang bersifat basa (BAPPEDAL, 1995). Sehingga uap yang keluar dari flash drum merupakan limbah cair yang
merupakan limbah B3 menurut keterangan di atas, dimana harus dikumpulkan
Universitas Sumatera Utara
sebelum dikirim. Dimana volume limbah cair didinginkan hingga mencapai suhu ruangan dan cairan yang tertinggal diumpankan kembali ke reaktor (R-01). Tabel LD.6 Volume limbah Cair B3 V (kmol/jam) 0,0012 0,0010 22,9150 0,0007 22,9116
Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Total
Berat Molekul 117,15 98,08 18,02 136,15
V (kg/jam) 0,1402 0,0961 412,9281 0,0949 413,2593
Densitas (kg/m3) 1.015,0 1.826,1 995,68 1.080,9 1.015,0
Volume (m3) 0,0001 0,0001 0,4147 0,0001 0,4150
Perincian limbah B3 Pabrik Asam Fenil Asetat yaitu limbah proses, bola lampu, pecahan kaca, dan oli bekas. Karena laju limbah ini cukup kecil, maka penanganannya yaitu dengan cara mengumpulkannya sampai volume 2 m3 dan mengirimkannya ke unit penyediaan jasa pengolahan limbah B3 PT. Prasadhe Pamunah Limbah Industri di daerah Cileungsi Bogor Jawa Barat.
12.
Flash Drum (FD)
Fungsi
: Membuat konsentrasi limbah menjadi kecil
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Laju alir massa total
= 1.658,2508 kg/jam
Densitas campuran
= 1.044,3873 kg/m3
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20%
Desain tangki, Diameter tangki,
kg 1.658,2508 1 jam jam Volume tangki (Vl) = = 1,5878 m3 kg 1.044,3873 3 m Volume tangki (VT) = (1,2 ) (1,5878 m3) = 1,9053 m3
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan : Perbandingan Hs : D = 3 : 2 Hh : D = 1 : 4 Volume shell tangki (Vs) 1 1 3 D2 H Vs = (3,14) D2 D Vs = 1,1775 D3 2 4 4
Volume tutup tangki (Vs) 1 D3 Vh = 0,1309 D3 24
Volume tangki (V) V
= Vs + 2 Vh = 1,1775 D3 + (2 x 0,1309 D3)
1,9053 m3
= 1,4393 D3
Maka, D
= 0,4413 m
Hs
= 0,6619 m
Diameter dan tutup tangki Diameter tutup = diameter tangki = 0,4413 m Hh
= 0,25 D = 0,1103 m
Ht
= Hs + 2 Hh = 0,6619 m + (2 x 0,1103 m) = 0,8825 m
1,5878 m 3 0,8825 m = 0,7354 m Tinggi cairan dalam tangki = 1,9053 m 3 Tebal dinding tangki, phidrostatis
=ρ.g.h = (1.044 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,7354 m) = 7.527,2043 Pa = 7,5272 kPa
poperasi
= 101,325 kPa
pT
= (101,325 + 7,5272) kPa = 108,8422 kPa
Faktor kelonggaran 5%, maka pdesign
= (1,05) (108,8422 kPa) = 114,2843 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.218,7140 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell tangki, t=
114,2843 kPa 0,4413m pD = = 0,0003 m = 0,0114 in 2SE 1,2 p 287.218,7140 kPa 0,8 1,2114,2843 kPa
Faktor korosi = 1/8 in Tebal shell yang dibutuhkan = (0,0114 + 10 x 0,125) in = 1,2614 in Tebal shell standar 1,375 in
(Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik pembuatan Asam Fenil Asetat ini digunakan asumsi sebagai berikut : Pabrik beroperasi selama 350 hari dalam setahun. Kapasitas maksimum adalah 2.000 ton/tahun. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peters, dkk., 2004). Harga alat disesuaikan dengan basis 21 Mei 2012, dimana nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah US$ 1 = Rp 9.280,00 (Bank Mandiri, 21 Mei 2012).
E.1
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) A.
Biaya Tanah Lokasi Pabrik
Harga tanah untuk kebutuhan pabrik dan industri di daerah Gresik adalah Rp. 300.000,00 /m2 Luas tanah seluruhnya
= 11.323 m2
Harga tanah seluruhnya
= 11.323 m2 Rp 300.000,00/m2 = Rp 3.396.900.000,00
Biaya perataan tanah diperkirakan 5 dari harga tanah seluruhnya (Peters, dkk., 2004). Biaya perataan tanah = 0,05 Rp 3.396.900.000,00 = Rp 169.845.000,00 Total biaya tanah (A) = Rp 3.396.900.000,00 + Rp 169.845.000,00 = Rp 3.566.745.000,00
Universitas Sumatera Utara
B.
Harga Bangunan
Tabel LE.1 Estimasi Perincian Harga Bangunan 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.
Nama Bangunan Pos Keamanan Parkir RTH Areal Bahan Baku Areal Proses Produksi Areal Produk Ruang Kontrol Perkantoran Gudang Peralatan Unit Pengolahan Air Ruang Boiler Unit Pembangkit Listrik Laboratorium Gudang Penyimpanan Limbah B3 Rumah Timbangan Unit Pengolahan Limbah Cair Bengkel Poliklinik Tempat Ibadah Kantin Areal Perluasan Perumahan Karyawan Unit Pemompaan Jalan Pemadam Kebakaran Perpustakaan Total
Luas (m2) 50 330 1.132 100 2.000 500 80 250 50 900 100 100 100 50 50 400 100 50 25 60 1.000 2.880 20 796 100 100 11.323
Harga (Rp/m2) 800.000 700.000 500.000 2.000.000 2.500.000 2.000.000 2.000.000 3.500.000 1.000.000 2.000.000 1.500.000 1.500.000 3.500.000 1.000.000 1.000.000 2.000.000 800.000 1.700.000 600.000 1.000.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 700.000 1.500.000 1.500.000
Jumlah (Rp) 40.000.000 231.000.000 566.000.000 200.000.000 5.000.000.000 1.000.000.000 160.000.000 875.000.000 50.000.000 1.800.000.000 150.000.000 150.000.000 350.000.000 50.000.000 50.000.000 800.000.000 80.000.000 85.000.000 15.000.000 60.000.000 1.000.000.000 4.320.000.000 40.000.000 557.200.000 150.000.000 150.000.000 17.929.200.000
Total biaya bangunan (B) = Rp 17.929.200.000,00
Universitas Sumatera Utara
C.
Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dibagi menjadi 2 bagian yaitu :
C.1
Harga Peralatan non-Impor Tabel LE.2 Estimasi Harga Peralatan Proses non-Impor Jumlah Harga / Unit Harga Total (unit) (Rp) (Rp) 1. P-01 2 2.300.000 4.600.000 2. P-02 2 2.300.000 4.600.000 3. P-03 2 2.300.000 4.600.000 4. P-04 2 2.300.000 4.600.000 5. P-05 2 5.760.000 11.520.000 6. P-06 2 5.760.000 11.520.000 7. P-07 2 5.760.000 11.520.000 8. P-08 2 2.300.000 4.600.000 9. P-09 2 5.760.000 11.520.000 10. P-10 2 2.300.000 4.600.000 11. P-11 2 2.300.000 4.600.000 12. P-12 2 2.300.000 4.600.000 13. P-13 2 2.300.000 4.600.000 14. P-14 2 2.300.000 4.600.000 15. P-15 2 2.300.000 4.600.000 16. P-16 2 2.300.000 4.600.000 17. P-17 2 2.300.000 4.600.000 18. BL-01 2 4.300.000 8.600.000 19. BM-01 1 139.200.000 139,200,000 20. BE-01 1 11.961.920 11.961.920 21. BC-01 1 48.274.560 48.274.560 Total 313.916.480 Harga Pompa : PT. Aneka Pompa Teknik Rekayasa, 2012 No.
Ket :
Kode
Harga Belt Convenyor : diasumsikan sama dengan harga impor (www.alibaba.com, 2012) Harga Ball Mill : diasumsikan sama dengan harga impor (www.alibaba.com, 2012) Harga Bucket Elevator : diasumsikan sama dengan harga impor (www.alibaba.com, 2012) Harga Blower : PT. Aquaria, 2012
Untuk beberapa peralatan proses seperti yang ditabelkan di Tabel E.3, harga per alat tersebut merupakan total harga dari tiap bagian peralatan. Contoh : Estimasi Harga TK-01
Universitas Sumatera Utara
Tangki Penyimpanan Benzil Sianida (TK-01) dari Lampiran C, dengan bagian :
Silinder Diameter : 3,7446 m Tinggi
: 11,2339 m
Tebal
: 0,0349 m (1,375 in)
Maka volume silinder tersebut dapat dihitung : V = 3,7446 × 11,2339 × 0,0349 = 1,4692 m3. Densitas carbon steel = 7.801 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Maka massa silinder = 11.461,0273 kg Harga per kg carbon steel = Rp 14.500,00
(PT. Krakatau Steel, 2012)
Maka harga silinder = 11.461,0273 × 14.500 = Rp 166.184.896,1780
Tutup Atas Diameter : 3,7446 m → r = 1,8723 m Tinggi
: 0,9362 m
Tebal
: 0,0762 m (3 in)
Maka volume tutup atas (selimut bola kosong) dapat dihitung : V = 4/6 × 3,14 × (1,87233 – (1,8723 – 0,0762)3) V = 1,6102 m3 Densitas carbon steel = 7.801 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Maka massa tutup atas = 12.560,9233 kg Harga per kg carbon steel = Rp 14.500,00
(PT. Krakatau Steel, 2012)
Maka harga tutup atas = 12.560,9233 × 14.500 = Rp 182.133.387,1336
Tutup Bawah Diameter : 3,7446 m → r = 1,8723 m Tinggi
: 0,9362 m
Tebal
: 0,0762 m (3 in)
Maka volume tutup atas (selimut bola kosong) dapat dihitung : V = 4/6 × 3,14 × (1,87233 – (1,8723 – 0,0762)3) V = 1,6102 m3 Densitas carbon steel = 7.801 kg/m3
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Maka massa tutup atas = 12.560,9233 kg Harga per kg carbon steel = Rp 14.500,00
(PT. Krakatau Steel, 2012)
Maka harga tutup atas = 12.560,9233 × 14.500 = Rp 182.133.387,1336 Maka harga total = harga silinder + harga tutup atas + harga tutup bawah Harga total = 166.184.896,1780 + 182.133.387,1336 + 182.133.387,1336 Harga total = Rp 530.451.670,4452 = Rp 530.451.670 Dengan cara yang sama untuk mendapatkan perkiraan harga untuk alat-alat lainnya seperti ditabelkan di Tabel E.3. Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses - Terangkai No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Untuk
Kode TK-01 TK-02 M-01 R-01 D-01 W-01 TK-03
R-01,
Jumlah (unit) 1 1 1 1 1 1 1 Total
peralatan
mixer
Harga / Unit (Rp) 530.451.670 515.625.012 78.249.823 121.027.946 10.070.225 33.456.164 5.132.482
diimpor
dengan
Harga Total (Rp) 530.451.670 515.625.012 78.249.823 121.027.946 10.070.225 33.456.164 5.132.482 1.294.013.322
harga
Rp
15.680.000
(http://www.mesinbejegroup.com, 22 Mei 2012)
Untuk R-01, peralatan koil pendingin dibeli non-impor dengan harga Rp 1.200.000 (http://jayateknik-waterheater.blogspot.com, 22 Mei 2012)
Maka harga total peralatan proses non impor = Rp 313.916.480 + Rp 1.294.013.322 = Rp 1.607.929.802
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Pengolahan Air - non-Impor *) No. Kode Jumlah Harga / Unit Harga Total (unit) (Rp) (Rp) 1. PU-01 2 5.760.000 11.520.000 2. PU-02 2 5.760.000 11.520.000 3. PU-03 2 2.300.000 4.600.000 4. PU-04 2 2.300.000 4.600.000 5. PU-05 2 2.300.000 4.600.000 6. PU-06 2 2.300.000 4.600.000 7. PU-07 2 2.300.000 4.600.000 8. PU-08 2 2.300.000 4.600.000 9. PU-09 2 2.300.000 4.600.000 10. PU-10 2 2.300.000 4.600.000 11. PU-11 2 2.300.000 4.600.000 12. PU-12 2 2.300.000 4.600.000 13. PU-13 2 2.300.000 4.600.000 14. PU-14 2 2.300.000 4.600.000 15. PU-15 2 2.300.000 4.600.000 16. PU-16 2 5.760.000 11.520.000 17. PU-17 2 2.300.000 4.600.000 18. PU-18 2 5.760.000 11.520.000 19. PU-19 2 5.760.000 11.520.000 Total 122.000.000 *) sumber : PT. Aneka Pompa Teknik Rekayasa, 2012 Tabel LE.5 Estimasi Harga Peralatan Utilitas - Terangkai Jumlah Harga / Unit No. Kode (unit) (Rp) 1. SC-01 1 2.262.290 2. TP-01 1 45.519.700 3. TP-02 1 35.819.198 4. CL-01 1 63.742.820 5. SF-01 1 16.557.700 6. TU-01 1 70.027.444 7. TP-03 1 617.618.428 8. CE-01 1 5.240.994 9. TP-04 1 55.750.372 10. AE-01 1 5.240.994 11. TP-05 1 18.135.797 12. TU-02 1 108.991.977 13. TB-01 1 115.044.627 Total
Harga Total (Rp) 2.262.290 45.519.700 35.819.198 63.742.820 16.557.700 70.027.444 617.618.428 5.240.994 55.750.372 5.240.994 18.135.797 108.991.977 115.044.627 1.159.952.049
Perbandingan semen : pasir cor : batu bata = 1 : 2 : 3 Harga pasir
= Rp 140.000,00 per m3
Harga semen
= Rp 52.000,00 per kg
(CV. Indah Traso, 2012) (PT. Holcim Indonesia, 2012)
Universitas Sumatera Utara
Harga batu bata
= Rp 1,000,00 per buah
(CV. Indah Traso, 2012)
Maka estimasi biaya untuk membuat suatu bangunan dapat dihitung : BP : Panjang
= 1 ft = 0,3048 m
Lebar
= 2 ft = 0,6096 m
Tinggi
= 10 ft = 3,0480 m
Tebal
= 0,0048 m
Luas bangunan = 22,2882 m2.
Untuk biaya bangunan disusun dengan menggunakan RAB yaitu Rencana Anggaran Biaya Bangunan yaitu perhitungan biaya bangunan berdasarkan gambar bangunan dan spesifikasi pekerjaan konstruksi yang akan dibangun sehingga dengan adanya RAB
dapat
dijadikan
sebagai
acuan
pelaksanaan
pekerjaan
nantinya
2
(www.ilmusipil.com, 24 Mei 2012) dengan biaya per m = Rp 35.323,00 Harga = 22,2882 × 35.323 = Rp 787.287,00 Maka total harga peralatan utilitas non impor = Rp 122.000.000 + Rp 1.159.952.049 + Rp 787.287 = Rp 1.282.739.336 Cara pehitungan yang sama dilakukan untuk beberapa peralatan lainnya seperti yang ditabelkan di Tabel LE.6
Tabel LE.6 Estimasi Harga Peralatan Pengolahan Limbah Non B3 - Terangkai No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Kode POND BPA BN KA TS PU-20 PU-21 PU-22 PU-23 PU-24
Jumlah (unit) 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 Total
Harga / Unit Harga Total (Rp) (Rp) 4.798.523 4.798.523 1.032.561 1.032.561 655.920 655.920 8.656.017 2.889.671 953.389 1.032.561 2.300.000 4.600.000 2.300.000 4.600.000 2.300.000 4.600.000 2.300.000 4.600.000 2.300.000 4.600.000 39.096.410
Universitas Sumatera Utara
Harga Peralatan Impor
C.2
Harga peralatan yang diimpor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :
X Cx Cy 2 X1 dimana: Cx
m
Ix I y
(Peters, dkk., 2004)
= harga alat pada tahun 2012
Cy
= harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia
X1
= kapasitas alat yang tersedia
X2
= kapasitas alat yang diinginkan
Ix
= indeks harga pada tahun 2012
Iy
= indeks harga pada tahun yang tersedia
m
= faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2012 digunakan metode regresi koefisien korelasi :
r
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2 n ΣYi 2 ΣYi 2
(Montgomery, 1992)
Tabel LE.7 Harga Indeks Marshall dan Swift No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Total
Tahun (Xi) 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 27937
Indeks (Yi) 895 915 931 943 967 993 1028 1039 1057 1062 1068 1089 1094 1103 14184
Xi.Yi 1780155 1820850 1853621 1878456 1927231 1980042 2050860 2073844 2110829 2121876 2134932 2178000 2189094 2208206 28307996
Xi ² 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000 4004001 4008004 55748511
Yi ² 801025 837225 866761 889249 935089 986049 1056784 1079521 1117249 1127844 1140624 1185921 1196836 1216609 14436786
(Sumber : Tabel 6-2, Peters, dkk., 2004)
Universitas Sumatera Utara
n = 14 ∑ Xi = 27937 ∑ XiYi = 28307996 ∑ Xi ² = 55748511
Data :
∑ Yi = 14184 ∑ Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE.2, maka diperoleh harga koefisien korelasi : r=
(14) (28307996) - (27937)(14184) 0.984 {[(14) (55748511) - (27937)²]× [(14)(14436786) - (14184)²]}½
r = 0,984 ≈ 1 Harga koefisien yang mendekati + 1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b X dengan:
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2012)
X
= variabel tahun ke n
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi a n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : b =
(14)(28307996) (27937)(14184) 53536 16,8088 3185 (14)(55748511) (27937) 2
a =
(14184)(55748511) (27937)(28307996) 103604228 32528,8 3185 (14)(55748511) (27937) 2
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah : Y=a+bX Y = – 32528,8 + 16,8088 X Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2012 adalah : Y = – 32528,8 + 16,8088 (2012) Y = 1290,5056 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall dan Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters, dkk. (2004). Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya diasumsikan sebesar 0,6 (Peters, dkk., 2004).
Universitas Sumatera Utara
Contoh perhitungan harga peralatan : a. Heater (HE-01) Kapasitas Heater, X2 = 104 ft2. Dari Gambar 14-15 Peters, 2004 diperoleh untuk luas perpindahan panas (X1) 100 ft2 adalah US $ 2.450. Dari tabel 6-4, Peters et al, 2004, faktor eksponen untuk (m) 0,44. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) adalah 1103. Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1290,5056. Maka estimasi harga cooler untuk X2 = 104 ft2 adalah : 104,4 Cx = US$ 20.000 100
0 , 44
×
Rp 9280 1290,5056 × 1 US$ 1103
Cx = Rp 221.304.667,00/unit Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel E.8 untuk peralatan proses, Tabel E.9 untuk peralatan utilitas, Tabel E.10 pengolahan limbah Tabel LE.8 Estimasi Harga Peralatan Proses - Impor No.
Kode
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
HE-01 HE-02 HE-03 HE-04 HE-05 HE-06 PT-01 MD-01 CD-01 RB-01 F-01 SC-01
Jumlah (unit) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Total
Harga / Unit (Rp) 221.304.667 7.255.602 74.679.919 74.679.919 26.755.569 13.860.525 194.095.408 345.544.160 13.860.525 13.860.525 30.841.920 1.771.578
Tabel LE.9 Estimasi Harga Peralatan Utilitas - Impor Jumlah Harga / Unit No. Kode (unit) (Rp) 1. Generator 1 210.000.000 2. CT 1 280.676.440 3. DE 1 136.628.385 4. KU 1 10.114.032.801 Total Harga generator : www.tokobagus.com, 24 Mei 2012
Harga Total (Rp) 221.304.667 7.255.602 74.679.919 74.679.919 26.755.569 13.860.525 194.095.408 345.544.160 13.860.525 13.860.525 30.841.920 1.771.578 4.632.043.397
Harga Total (Rp) 210.000.000 280.676.440 136.628.385 10.114.032.801 10.741.337.626
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.10 Estimasi Harga Peralatan Pengolahan Limbah Jumlah Harga / Unit No. Kode (unit) (Rp) 1. FD 1 6.435.808 2. HU-01 1 221.304.667 3. HU-02 1 7.255.602 4. HU-03 1 7.255.602 Total
Harga Total (Rp) 6.435.808 221.304.667 7.255.602 7.255.602 242.251.680
Total Harga peralatan Tabel LE.11 Rangkuman Total Harga Peralatan dan Jumlah Peralatan No. 1. 2.
Harga (Rp) 15.615.632.702 2.929.765.548 18.545.398.250
Asal Impor Non-Impor Total
Jumlah alat 24 113 137
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
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
PPn PPh Transportasi lokal Biaya tak terduga Total Maka, total harga peralatan adalah: Harga impor
= = = = =
10 1,5 0,5 0,5 12,5
= 1,43 x (Rp 15.615.632.702)
Harga non impor = 1,125 (Rp 2.929.765.548,00)
(Pasal 22 UU No 21/1997)
= Rp 22.330.354.765,00 = Rp 3.295.986.241,00 Rp 25.626.341.006,00
Universitas Sumatera Utara
Biaya pemasangan diperkirakan 39 dari total harga peralatan (Peters, dkk., 2004) Biaya pemasangan = 0,39 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 9.994.272.992,00 Sehingga biaya peralatan + pemasangan (C): = Rp 25.626.341.006,00 + Rp 9.994.272.992,00 = Rp 35.620.613.998,00
Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26 dari total harga
peralatan (Timmerhaus, dkk., 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D)
= 0,26 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 6.662.848.661,00
Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 60 dari total harga peralatan (Peters, dkk.,
2004). Biaya perpipaan (E) = 0,60 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 15.375.804.603,00
Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 10 dari total harga peralatan (Peters,
dkk., 2004). Biaya instalasi listrik (F)
= 0,10 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 2.562.634.101,00
Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 12 dari total harga peralatan (Peters, dkk.,
2004). Biaya insulasi (G)
= 0,12 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 3.075.160.921,00
Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 5 dari total harga peralatan (Peters,
dkk., 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,05 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 1.281.317.050,00
Universitas Sumatera Utara
Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 2 dari total
harga peralatan (Peters, dkk., 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan (I)
= 0,02 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 512.526.820,00
Sarana Transportasi Untuk mempermudah pekerjaan, perusahaan memberi fasilitas sarana
transportasi (J) seperti pada tabel berikut. Tabel LE.12 Biaya Sarana Transportasi No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Jenis Kendaraan
Unit
Mobil Dewan Komisaris
Harga/unit Harga/total (Rp) (Rp) 542.082.500 1.626.247.500
Tipe
3
Chevrolet Tahoe Mobil Direktur 1 New KIA 390.500.000 390.500.000 Sorento Mobil Manager 4 Honda Odyssey 380.000.000 1.140.000.000 Mobil Pemasaran 4 Minibus L-300 120.000.000 480.000.000 Ambulance 1 Minibus 108.000.000 108.000.000 Bus Karyawan 1 Bus 380.000.000 380.000.000 Truk 2 Truk 346.000.000 692.000.000 Mobil Pemadam Kebakaran 2 Truk 270.000.000 540.000.000 Sepeda motor 10 Honda 14.500.000 145.000.000 Total Biaya Transportasi 5.501.747.500 Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 92.088.598.654,00
E.1.2 Modal Investasi Tetap Tidak Langsung (MITTL) Pra Investasi Diperkirakan 7 dari total harga peralatan (Peters, dkk., 2004). Pra Investasi (K)
= 0,07 x Rp 25.626.341.006,00 = Rp 1.793.843.870,00
Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 32 dari total harga peralatan (Peters, dkk., 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,32 x Rp 25.626.341.006,00 = Rp 8.200.429.122,00
Universitas Sumatera Utara
Biaya Legalitas Diperkirakan 4 dari total harga peralatan (Peters, dkk., 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,04 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 1.025.053.640,00
Biaya Kontraktor Diperkirakan 10 dari total harga peralatan (Peters, dkk., 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,1 Rp 25.626.341.006,00 = Rp 2.562.634.101,00
Biaya Tak Terduga Diperkirakan 37 dari total harga peralatan (Peters, dkk., 2004). Biaya Tak Terduga (O)
= 0,37 x Rp 25.626.341.006,00 = Rp 9.481.746.172,00
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp 23.063.706.905,00
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 92.088.598.654,00 + Rp 23.063.706.905,00 = Rp 115.152.305.559,00
E.2
Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (90 hari).
E.2.1 Persediaan Bahan Baku A. Bahan Baku Proses 1. Benzil Sianida Kebutuhan
= 228,7051 kg/jam
Harga
= Rp 27.840,00/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 228,7051 kg/jam Rp 27.840,00/kg
(Veifang Union Biochemistry Co., Ltd, 2012)
= Rp 13.753.043.965,00 Benzil Sianida diimpor dari China sehingga harganya menjadi : = 1,43 x Rp 13.753.043.965,00 = Rp 19.666.852.871,00
Universitas Sumatera Utara
2. Asam Sulfat 98% Kebutuhan
= 106,4006 L/jam
Harga
= Rp 193.000,00/L
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 106,4006 L/jam x Rp 193.000,00/L
(PT. Bratachem, 2012)
= Rp 44.356.273.987,00
B. Persediaan Bahan Baku Utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 0,2261 kg/jam
Harga
= Rp 3.400,00/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 0,2261 kg/jam Rp 3.400,00/kg
(PT. Bratachem, 2012)
= Rp 1.660.478,00 2. Soda Abu, Na2CO3 Kebutuhan = 0,1221 kg/jam Harga
= Rp 4.600,00/kg
(PT. Bratachem, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari 0,1221 kg/jam Rp 4.600,00/kg = Rp 1.213.186,00 3. Kaporit Kebutuhan = 0,0031 kg/jam Harga
= Rp 12.200,00/kg
(PT. Bratachem, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari 0,0031 kg/jam Rp 12.200,00/kg = Rp 81.691,00 H2SO4 Kebutuhan = 2,6987 kg/jam = 1,4778 ltr/jam Harga
= Rp 193.000,00/L
(PT. Bratachem, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam 1,4778 L/jam Rp 193.000,00/L = Rp 616.085.678,00 4. NaOH Kebutuhan
= 0,0549 kg/jam
Harga
= Rp 12.500,00/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam 0,0549 kg/jam Rp 12.500,00/kg
(PT. Bratachem, 2011)
= Rp 1.482.300,00
Universitas Sumatera Utara
5. Solar Kebutuhan = 115,8508 L/jam Harga solar untuk industri 15 Mei 2012 = Rp 11.000,00/L (PT. Pertamina, 2012) Harga total = 90 hari 24 jam/hari 115,8508 L/jam Rp 11.000,00/L = Rp 2.752.615.008,00
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) : = Rp 67.396.265.199,00
E.2.2 Kas 1. Gaji Pegawai Tabel LE.13 Perincian Gaji Karyawan Jabatan
Jumlah
Dewan Komisaris Direktur Staf Ahli Sekretaris Manajer Teknik dan Produksi Manajer Pemasaran dan Keuangan Manajer Personalia Kepala Bagian Teknik Kepala Bagian Produksi Kepala Bagian Personalia Kepala Bagian Keuangan Kepala Bagian Pemasaran Kepala Bagian Riset Kepala Seksi Karyawan Produksi Karyawan Teknik Karyawan Personalia Karyawan Keuangan Karyawan Pemasaran Karyawan Riset dan Pengembangan Dokter Perawat Petugas Keamanan Petugas Kebersihan Supir Total
3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16 20 8 5 5 5 5 1 2 6 5 5 100
Gaji/bulan (Rp) 25.000.000 30.000.000 18.000.000 4.500.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 7.000.000 4.000.000 4.000.000 4.000.000 4.000.000 4.000.000 4.000.000 6.000.000 3.000.000 2.000.000 2.000.000 2.000.000
Jumlah Gaji/bulan (Rp) 75.000.000 30.000.000 54.000.000 4.500.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 9.000.000 112.000.000 80.000.000 32.000.000 20.000.000 20.000.000 20.000.000 20.000.000 6.000.000 6.000.000 12.000.000 10.000.000 10.000.000 601.500.000
Universitas Sumatera Utara
Total gaji pegawai selama 3 bulan = 3 × Rp 601.500.000 = Rp 1.804.500.000,00
2. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20% dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 1.804.500.000,00 = Rp 360.900.000,00 3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 1.804.500.000,00 = Rp 360.900.000,00 4. Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang-Undang RI No. 20 Tahun 2000 dan 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 Asam Fenil Asetat Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah
Rp
3.566.745.000,00
Bangunan
Rp
17.929.200.000,00
Total NJOP
Rp
21.495.945.000,00
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
(Rp
30.000.000,00
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
21.465.945.000,00
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP)
Rp
1.073.297.250,00
Universitas Sumatera Utara
–
Tabel E.14 Perincian Biaya Kas No. 1. 2. 3. 4.
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total
Jumlah (Rp) 1.804.500.000 360.900.000 360.900.000 1.073.297.250 3.599.597.250
5. Biaya Start – Up Diperkirakan 8 dari Modal Investasi Tetap (Peters, dkk., 2004). = 0,08 Rp 115.152.305.559,00 = Rp 9.212.184.445,00
E.2.3 Piutang Dagang PD
IP HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : 1. Harga jual asam fenil asetat = 19,64 US$ = Rp 182.259,00/kg (BioWorld, 2012) Produksi asam fenil asetat
= 240,5028 kg/jam
Hasil penjualan asam fenil asetat tahunan = 240,5028 kg/jam 24 jam/hari 350 hari/thn Rp 182.259,00/kg = Rp 368.204.322.576,00
2. Harga jual Produk samping yang dijual sebagai campuran Ammonium Bisulfat yang digunakan sebagai bahan baku pupuk. Harga jual campuran NH4(HSO4) = Rp 46.400,00/kg (Santa Cruz Biotechnology Inc., 2012) Produksi campuran NH4(HSO4) = 240,5959 kg/jam Hasil penjualan campuran NH4(HSO4) tahunan = 240,5959 kg/jam 24 jam/hari 350 hari/thn Rp 46.400,00/kg = Rp 93.774.657.984,00
Universitas Sumatera Utara
Total penjualan = Rp 461.978.980.560,00 Piutang Dagang =
1 Rp 461.978.980.560,00 12
= Rp 38.498.248.380,00
E.2.4 Pengolahan Limbah B3 Harga pengolahan limbah B3 = 338 US$/14,70 m3 = Rp 3.136.640,00 /14,70 m3 = Rp 213.377,00/m3 (Vaaldiam Mining Inc., 2012) Kapasitas Limbah B3 = 0,8317 kg/jam Total harga pengolahan limbah B3 tahunan = 0,8317 m3/jam 24 jam/hari 350 hari/thn Rp 213.377,00/m3 = Rp 1.490.710.565,00 Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.15 Perincian Modal Kerja No. 1. 2. 3. 4. 5.
Biaya Bahan baku proses dan utilitas Kas Start up Piutang Dagang Pengolahan Limbah B3 Total
Total Modal Investasi
Jumlah (Rp) 67.396.265.199 1.804.500.000 9.212.184.445 38.498.248.380 1.490.710.565 118.401.908.588
= Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 115.152.305.559,00 + Rp 118.401.908.588,00 = Rp 233.554.214.147,00
Modal ini berasal dari : - Modal sendiri
= 60 dari total modal investasi = 0,6 Rp 233.554.214.147,00 = Rp 140.132.528.488,00
- Pinjaman dari Bank
= 40 dari total modal investasi = 0,4 Rp 233.554.214.147,00 = Rp 93.421.685.659,00
Universitas Sumatera Utara
E.3
Biaya Produksi Total
E.3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) A. Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P) Gaji total = (12 + 2) Rp 601.500.000 = Rp 8.421.000.000,00
B. Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012). Bunga bank (Q) = 0,15 Rp 97.996.663.865,00 = Rp 14.699.499.580,00
C. Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan melalui penyusutan (Rusdji, 2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Pasal 11 ayat 6 dapat dilihat pada tabel LE.16. Tabel LE.16 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta Masa Tarif Beberapa Jenis Harta Berwujud (tahun) (%) I. Bukan Bangunan 1. Kelompok 1 4 25 Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri 2. Kelompok 2 8 12,5 Mobil, truk kerja 3. Kelompok 3 16 6,25 Mesin industri kimia, mesin industri mesin II. Bangunan Permanen 20 (Waluyo, 2000; Rusdji, 2004)
5
Bangunan sarana dan penunjang
Universitas Sumatera Utara
Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D
PL n
dimana: D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
n
= umur peralatan (tahun)
Tabel LE.17 Perhitungan Biaya Depresiasi Komponen
Biaya (Rp)
Bangunan Peralatan proses dan utilitas Instrumentrasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi TOTAL
17.929.200.000 35.620.613.998 6.662.848.661 15.375.804.603 2.562.634.101 3.075.160.921 1.281.317.050 512.526.820 5.501.747.500
Umur (tahun) 20 16 4 4 4 4 4 4 8
Depresiasi (Rp) 896.460.000 2.226.288.375 1.665.712.165 3.843.951.151 640.658.525 768.790.230 320.329.263 128.131.705 687.718.438 11.178.039.851
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 23.063.706.905,00 = Rp 5.765.926.726,00
Universitas Sumatera Utara
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 11.178.039.851,00 + Rp 5.765.926.726,00 = Rp 16.943.966.578,00 D. Biaya Tetap Perawatan 1. Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20 %, diambil 10 % dari harga peralatan terpasang di pabrik (Peters, dkk., 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 Rp 35.620.613.998,00 = Rp 3.955.976.932,00
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 dari harga bangunan (Peters, dkk., 2004). Perawatan bangunan
= 0,1 Rp 17.929.200.000,00 = Rp 1.792.900.000,00
3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 dari harga kendaraan (Peters, dkk., 2004). Perawatan kenderaan
= 0,1 Rp. 5.501.747.500,00 = Rp 550.174.750,00
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Peters, dkk., 2004). Perawatan instrumen
= 0,1 Rp 6.662.848.661,00 = Rp 666.284.866,00
5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 % dari harga perpipaan (Peters, dkk., 2004). Perawatan perpipaan
= 0,1 Rp 15.375.804.603,00 = Rp 1.537.580.460,00
6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 dari harga instalasi listrik (Peters, dkk., 2004). Perawatan listrik
= 0,1 Rp 2.562.634.101,00 = Rp 256.263.410,00
Universitas Sumatera Utara
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 dari harga insulasi (Peters, dkk., 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 Rp 3.075.160.921,00 = Rp 307.516.092,00
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 dari harga inventaris kantor (Peters, dkk., 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 Rp 1.281.317.050,00 = Rp 128.131.705,00 9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 dari harga perlengkapan kebakaran (Peters, dkk., 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 Rp 512.526.820,00 = Rp 51.252.682,00 Total biaya perawatan (S)
= Rp 3.497.203.966,00
E. Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 dari modal investasi tetap (Peters, dkk., 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 Rp 115.152.305.559,00 = Rp 23.030.461.112,00
F. Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 3 bulan adalah Rp 360.900.000,00 Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U)
= 4 Rp 360.900.000,00 = Rp 1.443.600.000,00
G. Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp 360.900.000,00 Biaya pemasaran selama 1 tahun
= 4 Rp 360.900.000,00 = Rp 1.443.600.000,00
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi
= 0,5 Rp 1.443.600.000,00 = Rp 721.800.000,00
Universitas Sumatera Utara
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 2.165.400.000,00
H. Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5 dari biaya tambahan industri (Peters, dkk., 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,05 Rp 23.030.461.112,00 = Rp 1.151.523.056,00
I. Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1 % dari modal investasi tetap (Peters, dkk., 2004). Biaya hak paten dan royalti (X)
= 0,01 Rp 115.152.305.559,00 = Rp 1.151.523.056,00
J. Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2007). = 0,0031 Rp 92.088.598.654,00 = Rp 285.474.656,00 2. Biaya asuransi karyawan Premi asuransi = Rp. 375.000,00/tenaga kerja (Asuransi Jiwa Bersama Bumiputera, 2008) Maka biaya asuransi karyawan
= 100 orang Rp. 375.000,00/orang = Rp 37.500.000,00
Total biaya asuransi (Y)
= Rp 322.974.656,00
K. Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp 1.073.297.250,00
Total Biaya Tetap
= P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z = Rp 73.214.202.521,00
Universitas Sumatera Utara
E.3.2 Biaya Variabel A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah = Rp 67.396.265.199,00 Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun = Rp 67.396.265.199,00 350
90
= Rp 262.096.586.884,00
B. Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan = 0,1 Rp 262.096.586.884,00 = Rp 26.209.658.688,00 2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku Biaya variabel pemasaran
= 0,01 Rp 262.096.586.884,00 = Rp 2.620.965.869,00
Total biaya variabel tambahan
= Rp 28.830.624.557,00
C. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan = 0,05 Rp 28.830.624.557,00 = Rp 1.441.531.228,00 Total biaya variabel
= Rp 292.368.742.669,00
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 73.214.202.521,00 + Rp 292.368.742.669,00 = Rp 365.582.945.190,00
Universitas Sumatera Utara
E.4
Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
E.4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi = (Rp 461.978.980.560,00) – (Rp 365.582.945.190,00) = Rp 96.396.035.371,00
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 Rp 96.396.035.371,00 = Rp 481.980.177,00
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 96.396.035.371,00 – Rp 481.980.177,00 = Rp 95.914.055.194,00
E.4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (Rusjdi, 2004) :
Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,00 dikenakan pajak sebesar 10.
Penghasilan Rp 50.000.000,00 sampai dengan Rp 100.000.000,00 dikenakan pajak sebesar 15 .
Penghasilan di atas Rp 100.000.000,00 dikenakan pajak sebesar 30 . Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: - 10 Rp 50.000.000
= Rp
5.000.000,00
- 15 (Rp 100.000.000 – Rp 50.000.000)
= Rp
7.500.000,00
- 30 (Rp 95.914.055.194 – Rp. 100.000.000) = Rp 28.744.216.558,00 Total PPh
= Rp 28.756.716.558,00
E.4.3 Laba Setelah Pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp 95.914.055.194,00 – Rp 28.756.716.558,00 = Rp 67.157.338.636,00
Universitas Sumatera Utara
E.5
Analisa Aspek Ekonomi
A. Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak 100 total penjualan Rp 95.914.055.194,00 100% Rp 461.978.980.560,00
PM =
PM = 20,7616 %
B. Break Even Point (BEP) Biaya Tetap 100 Total Penjualan Biaya Variabel
BEP
=
BEP
=
BEP
= 43,1661 %
Rp 73.214.202.521,00 Rp 461.978.980.560,00 - Rp 296.368.742.669,00
Kapasitas produksi pada titik BEP
100%
= 43,1661 % 2.000 ton/tahun = 863,3229 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 43,1661 % Rp 461.978.980.560,00 = Rp 199.418.520.153,00
C. Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak 100 Total modal investasi
ROI
=
Rp 67.157.338.636,00 100% Rp 233.554.214.147,00
ROI
= 28,7545 %
D. Pay Out Time (POT)
1 x 1 tahun 0,2875
POT
=
POT
= 3,4777 tahun
Universitas Sumatera Utara
E. Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak 100 Modalsendiri
RON =
Rp 67.157.338.636,00 100% Rp 140.132.528.488,00
RON = 47,9242 %
F. Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut : - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan - Dari Tabel E.18 diperoleh nilai IRR sebesar 30,53 %
Universitas Sumatera Utara
BREAK EVEN POINT PABRIK PEMBUATAN ASAM FENIL ASETAT DARI BENZIL SIANIDA DAN ASAM SULFAT DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 2.000 TON/TAHUN
Universitas Sumatera Utara
Tabel Data Perhitungan IRR Tahun
Laba Sebelum Pajak
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
95.914.055.194 105.505.460.713 116.056.006.784 127.661.607.463 140.427.768.209 154.470.545.030 169.917.599.533 186.909.359.486 205.600.295.435 226.160.324.979
Pajak
Laba Sesudah Pajak
Depresiasi
Net Cash Flow
28.756.716.558 31.634.138.214 34.799.302.035 38.280.982.239 42.110.830.463 46.323.663.509 50.957.779.860 56.055.307.846 61.662.588.631 67.830.597.494
67.157.338.636 73.871.322.499 81.256.704.749 89.380.625.224 98.316.937.746 108.146.881.521 118.959.819.673 130.854.051.641 143.937.706.805 158.329.727.485
16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578 16.943.966.578
-233.554.214.147 84.101.305.213 90.815.289.077 98.200.671.327 106.324.591.802 115.260.904.324 125.090.848.099 135.903.786.251 147.798.018.218 160.881.673.382 175.273.694.063
P/F pada i = 30%
PV pada i = 30%
1,0000 0,7692 0,5917 0,4552 0,3501 0,2693 0,2072 0,1594 0,1226 0,0943 0,0725 Total
-233.554.214.147 64.690.723.970 53.735.406.547 44.700.945.588 37.224.239.590 31.039.761.535 25.918.823.726 21.663.063.528 18.120.037.034 15.171.141.800 12.707.342.820 91.417.271.990
P/F pada i PV pada i = 31% = 31% 1,0000 0,7634 0,5827 0,4448 0,3396 0,2592 0,1979 0,1510 0,1153 0,0880 0,0672 Total
-233.554.214.147 51.779.668.207 34.417.912.042 22.909.980.939 15.273.612.672 10.190.576.165 6.810.232.229 4.551.662.428 3.048.654.847 2.042.939.841 1.371.004.857 -81.157.969.920
Dengan cara interpolasi. diperoleh nilai IRR : 91.417.271.990 31% 30% IRR = 30 % + 91.417.271.990 (-81.157.969.920) IRR = 30,53 %
Universitas Sumatera Utara
STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN PABRIK PEMBUATAN ASAM FENIL ASETAT DARI BENZIL SIANIDA DAN ASAM SULFAT
Universitas Sumatera Utara
FLOWSHEET PROSES PRODUKSI PEMBUATAN ASAM FENIL ASETAT DARI BENZIL SIANIDA DAN ASAM SULFAT
Universitas Sumatera Utara
FLOWSHEET UTILITAS PEMBUATAN ASAM FENIL ASETAT DARI BENZIL SIANIDA DAN ASAM SULFAT
Universitas Sumatera Utara