LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan berat
: Kilogram (kg)
Kapasitas produksi
: 9.000 ton/tahun
Waktu operasi
: 330 hari/tahun
Berat Molekul
: Cl2
= 70,914 kg/mol
CO
= 28,010 kg/mol
CH4
= 16,042 kg/mol
CO2
= 44,011 kg/mol
H2
= 2,016 kg/mol
HCl
= 36,465 kg/mol
COCl2
= 98,92 kg/mol
Bahan baku
: Karbonmonoksida (CO) : Klorin (Cl2)
Produk akhir
: Fosgen (COCl2)
Impuritas produk
: COCl2 99,69 % CO 0,1 % Cl2 0,1 % HCl 0,1 % (Anthony, 1996).
Kapasitas produksi
=
9.000 ton 1000 kg 1 thn 1 hari x x x 1 tahun 1 ton 330 hari 24 jam
= 1136,3636 kg/jam Berdasarkan perhitungan neraca massa alur mundur, dengan kapasitas produksi COCl2 yang keluar dari KO Drum sebesar 1136,3636 kg/jam dan COCl2 solution dengan kapasitas produksi 59,8086 kg/jam, maka diperoleh laju alir keluaran kondensor sebesar 1196,1722 kg/jam, dimana laju alir ini juga sama dengan laju alir keluaran reaktor. Dengan konversi Cl2 99% pada reaktor, maka diperoleh laju alir Cl2 masuk ke reaktor sebesar 863,5685 kg/jam. Sehingga diperoleh laju alir CO masuk ke reaktor sebesar 332,6037 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
Sehingga dari perhitungan mundur berdasarkan kapasitas produksi dan impuritas produk diperoleh data umpan masuk bahan baku, CO dan Cl2 yaitu : Umpan masuk Cl2 : F3Cl2
= 863,5685 kg/jam
Umpan masuk CO : F6CO
= 332,6037 kg/jam
Peralatan yang mengalami peneracaan massa, yaitu : - Reaktor - KO Drum - Absorber
LA.1 Reaktor (R-210) 3 Cl2 (g)
R-210
6 CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g)
7 COCl2 (g) CO2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) HCl (g) CH4 (g)
Dari perhitungan alur mundur diperoleh : F3Cl2
= 863,5685 kg/jam
F6CO
= 332,6037 kg/jam
τ
= 16 detik
Reaksi : CO (g)
+
Cl2 (g)
COCl2 (g)
Konversi Cl2 = 99% (Anthony, 1996).
Universitas Sumatera Utara
Neraca masssa reaktor F3 + F6 = F7 863,5685 kg/jam + 332,6037 kg/jam = 1196,1722 kg/jam Diketahui fraksi komposisi umpan CO pada alur 6 (Anthony, 1996) : CO
= 0,99
CH4
= 0,001
CO2
= 0,004
H2
= 0,005
Komposisi pada alur 6 : F6CO
= 332,6037 x 0,99
F6CH4 = 332,6037 x 0,001 6
F
CO2
F6H2
= 329,2776 kg/jam =
0,3326 kg/jam
= 332,6037 x 0,004
=
1,3304 kg/jam
= 332,6037 x 0,005
=
1,6630 kg/jam
Diketahui fraksi komposisi produk COCl2 pada alur 7 (Anthony, 1996) : COCl2
= 0,995
Cl2
= 0,001
CO
= 0,0005
CH4
= 0,0005
CO2
= 0,001
H2
= 0,001
HCl
= 0,001
Komposisi pada alur 7 : F7COCl2
= 1196,1722 kg/jam x 0,995
= 1190,1913 kg/jam
F7Cl2
= 1196,1722 kg/jam x 0,001
=
1,1961 kg/jam
F7CO
= 1196,1722 kg/jam x 0,0005
=
0,5980 kg/jam
7
= 1196,1722 kg/jam x 0,0005
=
0,5980 kg/jam
F7CO2
= 1196,1722 kg/jam x 0,001
=
1,1961 kg/jam
F7H2
= 1196,1722 kg/jam x 0,001
=
1,1961 kg/jam
F7HCl
= 1196,1722 kg/jam x 0,001
=
1,1961 kg/jam
F
CH4
Total
= 1196,1722 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.1 Neraca Massa Reaktor (R-210) Input (kg/jam) Alur 3 Alur 6 329,2776 863,5685 0,3326 1,3304 1,6630 863,5685 332,6037 1196,1722
Komponen COCl2 CO Cl2 CH4 CO2 H2 HCl Total
Output (kg/jam) Alur 7 1190,1913 0,5980 1,1961 0,5980 1,1961 1,1961 1,1961 1196,1722
Jumlah katalis yang dibutuhkan : Perbandingan katalis 0,5 kg untuk 1000 kg/jam COCl2 (Anthony, 1996). Maka untuk jumlah COCl2 sebesar 1190,1913 kg/jam diperlukan karbon aktif sebanyak : =
1190,1913 0,5 595,0956 = = 0,5950 kg katalis karbon aktif 1000 1000
LA.2 KO Drum (V-320) Untuk memisahkan COCl2 fasa gas dan cair, maka dibutuhkan pemisahan menggunakan KO Drum dengan hasil pada alur 9 fasa gas dan alur 10 fasa cair, dengan perhitungan sebagai berikut : 9 COCl2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g) COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) CO (l) H2 (l) HCl (l) CH4 (l)
8
V-320
COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) HCl (l) 10
Asumsi efisiensi KO Drum 95%, maka : F8 = F9 + F10
Universitas Sumatera Utara
F8 =
F 10 1136,3636 = = 1196,1722 kg/jam eff .kondensor 0,9500
sehingga : F9 = F8 – F10 = 1196,1722 – 1136,3636 = 59,8086 kg/jam Diketahui fraksi komposisi hasil produk COCl2 pada alur 10 (Anthony, 1996) : COCl2
= 0,9969
Cl2
= 0,001
CO2
= 0,001
HCl
= 0,001
Komposisi pada alur 10 : F10COCl2
= 1136,3636 x 0,9969
= 1132,8408 kg/jam
F10Cl2
= 1136,3636 x 0,001
=
1,1363 kg/jam
F10CO2
= F8CO2
=
1,1961 kg/jam
F10HCl
= F8HCl
=
1,1961 kg/jam
Total
= 1136,3636 kg/jam
Neraca COCl2 : F9COCl2 = F8COCl2 – F10COCl2 = 1190,1913 – 1132,8408 = 57,3505 kg/jam Neraca Cl2 : F9Cl2
= F8Cl2 – F10Cl2 = 1,1961 – 1,1363 = 0,0598 kg/jam
Komposisi pada alur 9 : F9COCl2 9
F
Cl2
F9CO
= F8CO
=
57,3505 kg/jam
=
0,0598 kg/jam
=
0,5980 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F9H2 9
F
= F8H2 8
=F
CH4
CH4
Total
=
1,1961 kg/jam
=
0,5980 kg/jam
=
59,8086 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa KO Drum (V-320)
COCl2 CO
Input (kg/jam) Alur 8 1190,1913 0,5980
Cl2 CH4 CO2 H2 HCl
1,1961 0,5980 1,1961 1,1961 1,1961
Total
1196,1722
Komponen
Output (kg/jam) Alur 9 Alur 10 57,3505 1132,8408 0,5980 0,0598 0,5980 1,1961 59,8086
1,1363 1,1961 1,1961 1136,3636 1196,1722
LA.3 Absorber (V-330) Hasil keluaran KO Drum pada alur 9 diturunkan suhunya menggunakan Cooler. Karena tidak terjadi perubahan massa, maka pada alur 11 hasil keluaran Cooler memiliki laju alir COCl2 yang sama pada alur 9 sebesar 59,8086 kg/jam. Untuk menghasilkan COCl2 solution, maka umpan pada alur 11 dikontakkan dengan pelarut C7H8 dengan perhitungan sebagai berikut : 15 C7H8 (l)
13 Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g) 11 COCl2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)
COCl2 (l) C7H8 (l) 14
Universitas Sumatera Utara
Konsentrasi COCl2 pada alur 14 direncanakan 20 % Komposisi alur 14 : W14COCl2 = 20 % W14C7H8 = 100 % - 20 % = 80 % Persamaan neraca total : F11 + F12 = F13 + F14 59,8086 kg/jam + F12 = F13 + F14 Persamaan neraca komponen : Alur 13 : F11Cl2
= F13Cl2
=
0,0598 kg/jam
13
CO
=
0,5980 kg/jam
F11H2
= F13H2
=
1,1961 kg/jam
F11CH4
= F13CH4
=
0,5980 kg/jam
F14COCl2
= F11COCl2
= 57,3505 kg/jam
F14COCl2
= F14 x w14COCl2
F14COCl2
= F14 x w14COCl2
11
F
=F
CO
Alur 14 : - COCl2 :
14 FCOCl2 = 57,3505 kg/jam 14 20 % w COCl2
F14
=
F14
= 286,7525 kg/jam
- C7H8 : F12C7H8 = F14C7H8 F12C7H8 = F14 . w14C7H8 F12C7H8 = 286,7525 kg/jam x 80 % = 229,4020 kg/jam F12C7H8 = F14C7H8 = 229,4020 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.3 Neraca Massa Absorber V-330 Komponen COCl2 CO Cl2 CH4 CO2 H2 HCl C7H8 Total
Input (kg/jam) Alur 11 Alur 12 57,3505 1132,8408 0,5980 0,0598 1,1363 0,5980 1,1961 1,1961 1,1961 1136,3636 59,8086 1132,8408 289,2106
Output (kg/jam) Alur 13 Alur 14 57,3505 0,5980 0,0598 0,5980 1,1961 229,4020 2,4519 286,7525 289,2106
LA.4 Absorber Cl2 (V-340) Karena diperoleh sisa Cl2 hasil keluaran Absorber V-330 dengan fasa gas, maka gas ini harus di treatment terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air, dimana dalam proses ini di kontakkan dengan campuran antara NaOH dan air pada Absorber V340. Perhitungannya adalah sebagai berikut : 17 NaOH (l) H2O (l0
18 CO (g) H2 (g) CH4 (g) 13 Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)
Cl2 (l) H2O (l) NaOH (l) 19
Konsentrasi Cl2 pada alur 19 direncanakan 1 % Komposisi alur 19 : W19Cl2 = 1 % W19NaOH = 20 % W19H2O = 100 % - 1 % - 20 % = 79 %
Universitas Sumatera Utara
Komposisi alur 17 direncanakan : W19NaOH = 20 % W19H2O = 100 % - 20 % = 80 % Persamaan neraca total : F13 + F17 = F18 + F19 2,4519 kg/jam + F12 = F13 + F14 Persamaan neraca komponen : Alur 13 : F13CO
= F18CO
=
0,5980 kg/jam
F13H2
= F18H2
=
1,1961 kg/jam
F13CH4
= F18CH4
=
0,5980 kg/jam
= F13Cl2
= 0,0598 kg/jam
Alur 19 : - Cl2 : F19Cl2 19
F
Cl2
19
=F x
w19Cl2
19 FCl2 0,0598 kg/jam = 19 0,01 % w Cl2
F19
=
F19
= 5,98 kg/jam
- H2O & NaOH : F17H2O
= F19H2O
F19H2O
= F19 . w19H2O
F19H2O
= 5,98 kg/jam x 99 % = 5,9202 kg/jam
17
F
= F19H2O = 5,9202 kg/jam
Alur 17 : F17
= 5,9202 kg/jam
F17NaOH = F17 . w17NaOH = 5,9202 kg/jam x 20 % = 1,1840 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F17H2O = F17 . w17H2O = 5,9202 kg/jam x 80 % = 4,7361 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa Absorber V-340 Komponen Cl2 CO H2 CH4 NaOH H2O Total
Input (kg/jam) Alur 13 Alur 17 0,0598 0,5980 1,1961 0,5980 1,1840 4,7361 2,4519 5,9201 8,3720
Output (kg/jam) Alur 18 Alur 19 0,0598 0,5980 1,1961 0,5980 1,1840 4,7361 2.3921 5.9799 8,3720
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan operasi
: kJ/jam
Temperatur basis
: 25 0 C = 298,15 K
Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut : Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar Q=H=
T
Tref
n x Cp x dT
(Smith, 2001)
Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas gas adalah sebagai berikut :
Cp ( g ) a bT cT 2 dT 3 eT 4 Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Gas (J/mol.K) Komponen a b c Cl2 2,8546E+01 2,3879E-02 -2,1363E-05 CO 2,9006E+01 2,4923E-03 -1,8644E-05 CH4 3,8387E+01 -7,3663E-02 2,9098E-04 CO2 1,9022E+01 7,9629E-02 -7,3706E-05 H2 1,7638E+01 6,7005E-02 -1,3148E-04 HCl 3,0308E+01 -7,6090E-03 1,3260E-05 COCl2 2,2127E+01 2,1108E-01 -3,4969E-04 (Reklaitis, 1983)
d 6,4726E-09 4,7989E-08 -2,6384E-07 3,7457E-08 1,0588E-07 -4,3336E-09 2,8609E-07
e 0 -2,8726E-11 8,0067E-11 -8,1330E-12 -2,9180E-11 0 -9,1349E-11
Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas cairan adalah sebagai berikut :
Cp (l ) a bT cT 2 dT 3 Tabel LB.2 Data Kapasitas Panas Cairan (J/mol.K) Komponen a b c Cl2 1,5412E+01 7,2310E-01 -3,9726E-03 CO 1,4967E+01 2,1439 -3,2470E-02 CH4 -5,7070 1,0256 -1,6656E-03 CO2 1,1041E+01 1,1595 -7,3213E-03 H2 5,8866E+01 -2,3069E-01 -8,0421E-02 HCl 1,7722E+01 9,0426E-01 -5,6449E-03 COCl2 1,3584E+01 9,0421E-01 -3,4122E-03 (Reklaitis, 1983)
d 5,2623E-06 1,5804E-04 -1,9750E-05 1,5501E-05 1,3777E-03 1,1338E-05 4,6598E-06
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.3 Data Panas Laten BM Komponen (gr/mol) Cl2 70,914 CO 28,010 CH4 16,042 CO2 44,011 H2 2,016 HCl 36,465 COCl2 98,92 (Reklaitis, 1983)
BP (K) 239,111 81,691 111,671 194,681 20,381 188,127 280,721
Hvl (J/mol) 20410 6065,3 8179,5 16560,9 1334,6 16150,3 24402,8
Tabel LB.4 Data Panas Reaksi Pembentukan Hf Komponen (J/mol) Cl2 0 CO -110,615 CH4 -74,901 CO2 -393,768 H2 0 HCl -92,36 COCl2 -108 (Reklaitis, 1983)
Tabel LB.5 Tekanan uap Antoine (kPa) ln P = A-(B/(t+C)) Komponen A B C Cl2 14,1372 2055,15 -23,3117 CO 13,8722 769,93 1,6369 CH4 13,5840 968,13 -3,72 CO2 15,3768 1956,25 -2,1117 H2 12,7844 232,32 8,08 HCl 14,7081 1802,24 -9,6678 COCl2 14,5141 2525,43 -26,1643 (Reklaitis, 1983)
Tabel LB.6 Data steam dan air pendingin yang digunakan T (oC) λ (kJ/kg) 30 Air pendingin 3015,9484 70 Saturated steam 350 895,228 (Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
Peralatan yang mengalami peneracaan energi, yaitu : - Vaporizer Cl2
- Kondensor
- Heater 1 Cl2
- Cooler 1 COCl2 Solution
- Heater 2 CO
- Cooler 2 COCl2 Produk
- Reaktor
- Tangki CO
LB.1 Vaporizer Cl2 (V-112) Pada reaktor, Cl2 yang digunakan adalah fasa gas, sedangkan dalam penyimpanannya Cl2 disimpan pada fasa cair, sehingga dibutuhkan vaporizer untuk merubah fasa Cl 2 dari fasa cair menjadi fasa gas. Perhitungan steam yang digunakan untuk merubah fasa Cl2 dari cair menjadi gas adalah sebagai berikut : Saturated steam pada 3500C T = -34,72 0C P = 1 atm
T = 50 0C P = 1 atm
1
2
Cl2 (l)
Cl2 (g)
V-112
Kondensat pada 800C
Panas masuk pada alur 1 : T = 238,43 K (-34,72 oC), P = 1 atm; Panas masuk vaporizer Cl2, Qin =
N
1 Senyawa
238, 43
298,15
Cpl dT
Laju alir Cl2 pada alur 1 adalah : N1 = 12,1776 kmol/jam Maka panas masuk vaporizer Cl2, Qin = 238,43
N
1
N
1 Senyawa
15,4120 0,7231T
238,43
Cp (l) dT N
298,15
1
2
238, 43
298,15
Cpl dT
- 0,0039 T 3 5,2623 x 10-6 T 4 dT
298,15
0,7231 2 2 15,4120(238,43 - 298,15) 2 (238,43 298,15 ) (12,1776) 6 0,0039 (238,433 298,153 ) 5,2623x10 (238,434 298,154 ) 3 4
Qin = 18302,6627 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar pada alur 2 : T = 323,15 K (50 oC), P = 1 atm; BP Panas keluar vaporizer Cl2, Qout = N i Cp (l) dT Hvl 298,15
Cp dT (g) BP
323,15
Untuk Cl2 : 239,111
Cp (l) dT
298,15
15,4120 0,7231T
239,111
2
- 0,0039 T 3 5,2623 x 10-6 T 4 dT
298,15
0,7231 2 2 15,4120(239,111- 298,15) 2 (239,111 298,15 ) 6 0,0039 (239,1113 298,153 ) 5,2623x10 (239,1114 298,154 ) 3 4
Cp(l) = -1480,3568 J/mol
323,15
28,55 0,0236 T
323,15
Cp (g) dT
239,111
2
2,1363 x 10-5 T 3 6,473 x 10-9 T 4 0 dT
239,111
0,0236 2 2 28,55(323,15 - 239,111) 2 (323,15 239,111 ) 5 9 2,1363x10 (323,153 239,1113 ) 6,473x10 (323,154 239,1114 ) 3 4
Cp(g) = 2874,5683 J/mol Hvl Cl2 : 20410 J/mol (Reklaitis, 1983) Maka : 323,15 BP N Cp dT Hvl Cp (g) dT i (l) 298,15 BP = 12,1776 [-1480,3568 J/mol + 20410 J/mol + 2874,5683 J/mol]
Qout = Qout
= 265522,9656 kJ/jam
Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin Q = 265522,9656 kJ/jam – (18302,6627) kJ/jam Q = 247220,303 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu 623,15 K (350 oC) dan keluar sebagai kondensat pada suhu 353,15 K (80 oC). Dari steam tabel (Reklaitis, 1983) diperoleh : H (350 oC) = 2566,5 kJ/kg H (80 oC)
= 334,9 kJ/kg
Kandungan panas steam : ∆H
= H (350 oC) - H (80 oC) = 2566,5 kJ/kg – 334,9 kJ/kg = 2231,6 kJ/kg
Jumlah steam yang diperlukan: m =
Q H
247220,303kJ/jam 2231,6 kJ/kg 110,7816 kg/jam
m
Tabel LB.7 Neraca Panas Vaporizer Cl2 (V-112) Umpan Produk Steam Total
Alur masuk (kJ/jam) 18302,6627 247220,303 265522,9656
Alur keluar (kJ/jam) 265522,9656 265522,9656
LB.2 Heater 1 Cl2 (E-114) Saturated steam pada 3500C T = 1350C P = 1 atm
T = 50 0C P = 1 atm 2 Cl2 (g)
3
E-114
Cl2 (g)
Kondensat pada 800C
Panas masuk Heater 1 Cl2 (E-114) = Panas keluar Vaporizer V-112 = 265522,9656 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar pada alur 3 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; Panas keluar Heater 1 Cl2 (E-114), Qout = 408,15
N3
N
3 Senyawa
28,55 0,0236 T
408,15
298,15
Cp ( g ) dT
408,15
Cp (g) dT N 3
298,15
2
- 2,1363 x 10-5 T 3 6,473 x 10-9 T 4 dT
298,15
0,0236 2 2 28,55(408,15 - 298,15) 2 (408,15 298,15 ) (12,1776) 5 9 2,1363x10 (408,153 298,153 ) 6,473x10 (408,154 298,154 ) 3 4 Qout = 52647,2005 kJ/jam
Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin Qin
= 265522,9656 kJ/jam
Qout
= 52647,2005 kJ/jam
dQ/dt = Qout – Qin
= 52647,2005 kJ/jam – 265522,9656 kJ/jam = -212875,765 kJ/jam
Kandungan panas steam : ∆H
= H (350 oC) - H (80 oC) = 2566,5 kJ/kg – 334,9 kJ/kg = 2231,6 kJ/kg
Jumlah steam yang diperlukan: m =
Q H
m
212875,765kJ/jam 2231,6 kJ/kg
95,3915 kg/jam
Tabel LB.8 Neraca Panas Heater 1 Cl2 (E-114) Umpan Produk Steam Total
Alur masuk (kJ/jam) 265522,9656 -212875,765 52647,2005
Alur keluar (kJ/jam) 265522,9656 -212875,765 52647,2005
Universitas Sumatera Utara
LB.3 Heater 2 CO (E-124) Saturated steam pada 3500C T = -185 0C P = 1 atm
T = 1350C P = 1 atm
5
6
CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g)
CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g)
E-124 Kondensat pada 800C
Panas masuk pada alur 5 : T = 88,15 K (-185 oC), P = 1 atm; Panas masuk Heater 2 CO (E-124), Qin =
N
5 Senyawa
298,15
88,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 5 adalah : N5 = 11,7557 kmol/jam Maka panas masuk Heater 2 CO (E-124), Qin = 298,15
N
5
5 Senyawa
298,15
88,15
Cp ( g ) dT
29,006 0,0024 T 2 - 1,8644 x 10-5 T 3 dT dT N -8 4 -11 5 4,7989 x 10 T 2,8726 x 10 T 88,15 298,15
Cp (g)
88,15
N
5
0,0024 (298,152 88,152 ) 29,006(298,15 - 88,15) 2 1,8644x10 5 8 4,7989x10 (11,7557) (298,153 88,153 ) (298,154 88,154 ) 3 4 2,8726x10 11 5 5 (298,15 88,15 ) 5 Qin = 63708,1717 kJ/jam Tabel LB.9 Panas Masuk Heater 2 CO (E-124) Komponen CO CH4 CO2 H2 Total
N5 (kmol/jam) 11,7557 0,0207 0,0302 0,8249
88,15
298,15
Cp(g) dT (J/mol) 5419,3431 7065,5957 6979,0300 6611,3765
N5 Cp(g) dT (kJ/jam) 63708,1717 146,2578 210,7667 5453,7245 69518,9208
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar pada alur 6 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; Panas keluar Heater 2 CO (E-124), Qout =
N
6 Senyawa
408,15
298,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 6 adalah : N6 = 11,7557 kmol/jam
Maka panas keluar Heater 2 CO (E-124), Qout = 408,15
N6
N
6 Senyawa
408,15
298,15
Cp ( g ) dT
29,006 0,0024 T 2 - 1,8644 x 10-5 T 3 dT -8 4 -11 5 T 298,15 4,7989 x 10 T 2,8726 x 10 408,15
Cp (g) dT N 6
298,15
0,0024 (408,152 298,152 ) 29,006(408,15 - 298,15) 2 1,8644x10 5 8 4,7989x10 (11,7557) (408,153 298,153 ) (408,154 298,154 ) 3 4 2,8726x10 11 (408,155 298,155 ) 5
Qout = 39484,1035 kJ/jam Tabel LB.10 Panas Keluar Heater 2 CO (E-124) Komponen CO CH4 CO2 H2 Total
N6 (kmol/jam) 11,7557 0,0207 0,0302 0,8249
298,15
408,15
Cp(g) dT (J/mol) 3358,7199 6550,7352 6033,7700 5888,3495
N6 Cp(g) dT (kJ/jam) 39484,1035 135,6002 182,2199 4857,2995 44659,2231
Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin Qin
= 69518,9208 kJ/jam
Qout
= 44659,2231 kJ/jam
dQ/dt = Qout – Qin
= 44659,2231 kJ/jam – 69518,9208 kJ/jam = -24859,6977 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Kandungan panas steam : ∆H
= H (350 oC) - H (80 oC) = 2566,5 kJ/kg – 334,9 kJ/kg = 2231,6 kJ/kg
Jumlah steam yang diperlukan : m =
Q H
m
24859,6977 kJ/jam 2231,6 kJ/kg
11,1399 kg/jam
Tabel LB.11 Neraca Panas Heater 2 CO (E-124) Alur masuk (kJ/jam) 69518,9208 -24859,6977 44659,2231
Umpan Produk Steam Total
Alur keluar (kJ/jam) 69518,9208 -24859,6977 44659,2231
LB.4 Reaktor (R-210) Air pendingin pada 300C
T = 1350C P = 1 atm 3 Cl2 (g)
T = 1350C P = 1 atm 7 COCl2 (g) CO2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) HCl (g) CH4 (g)
T = 1350C P = 1 atm 6
R-210
CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g)
Air pendingin bekas pada 700C
Panas masuk pada alur 3 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; dan Panas masuk pada alur 6 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm
Universitas Sumatera Utara
408,15 408,15 6 Cp dT N Cp dT Panas masuk reaktor (R-210), Qin = N S (g) (g) 408,15 408,15 3 S
Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 6 adalah : N6 = 11,7557 kmol/jam
Maka panas masuk reaktor (R-210), Qin = 408,15
N6
408,15 408,15 3 6 N Cp dT N S ( g ) S Cp ( g ) dT 408,15 408,15
29,006 0,0024 T 2 - 1,8644 x 10-5 T 3 dT -8 4 -11 5 T 408,15 4,7989 x 10 T 2,8726 x 10 408,15
Cp (g) dT N 6
408,15
0,0024 (408,152 408,152 ) 29,006(408,15 - 408,15) 2 1,8644x10 5 8 4,7989x10 3 3 4 4 (11,7557) (408,15 408,15 ) (408,15 408,15 ) 3 4 2,8726x10 11 (408,155 408,155 ) 5 Qin = 0 kJ/jam Tabel LB.12 Panas Masuk Reaktor (R-210) N3 N6 Komponen (kmol/jam) (kmol/jam) Cl2 12,1776 CO 11,7557 CH4 0,0207 CO2 0,0302 H2 0,8249 Total
408,15
Cp(g) dT N408,15 408,15 Cp(g) dT (J/mol) (kJ/jam) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 408,15
Panas keluar pada alur 7 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm Panas keluar reaktor (R-210), Qout =
N 7 S
408,15
298,15
Cp dT
Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 7 adalah : N7 = 0,0213 kmol/jam Maka panas keluar reaktor (R-210), Qout =
N 7 S
408,15
298,15
Cp dT
Universitas Sumatera Utara
408,15
N7
29,006 0,0024 T 2 - 1,8644 x 10-5 T 3 dT 4,7989 x 10-8 T 4 2,8726 x 10-11 T 5 298,15 408,15
Cp (g) dT N 7
298,15
0,0024 (408,152 298,152 ) 29,006(408,15 - 298,15) 2 1,8644x10 5 8 4,7989x10 (0,0213) (408,153 298,153 ) (408,154 298,154 ) 3 4 2,8726x10 11 5 5 (408,15 298,15 ) 5 Qin = 69,6003 kJ/jam Tabel LB.13 Panas Keluar Reaktor (R-210) Komponen Cl2 CO CH4 CO2 H2 HCl COCl2 Total
N7 (kmol/jam) 0,0168 0,0213 0,0372 0,0271 0,5933 0,0328 12,0318
298,15
408,15
Cp(g) dT (J/mol) 4323,2821 3267,6181 6404,0513 5888,0939 5747,6249 2795,5596 13884,5436
N7408,15 408,15Cp(g) dT (kJ/jam) 72,6311 69,6003 238,2307 159,5673 3410,0659 91,6944 167056,0513 171097,8410
Reaksi : CO
+
Cl2
COCl2
Hr (H 0f COCl 2 H 0f CO H 0f Cl ) 2
= (-108 – (-110,6150) - 0) = 2,6150 J/mol r = 12,0318 ΔHr
= r. ΔHr = 12,0318 . 2,6150 = 31,4632 kJ/jam
Panas yang dilepaskan : Q
= Qout – Qin + r.ΔHr = 171097,8410 – 0 + 31,4632 = 171129,3042
Universitas Sumatera Utara
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 30 0 C dan keluar pada suhu 70 0 C. Air pendingin yang dibutuhkan : Air
: H (70 0 C) - H (30 0 C) = [ H (70 0 C) - H (25 0 C) ] – [ H (30 0 C) - H (25 0 C) ] 343,15
303,15
301,15
301,15
Cp H 2O(l ) dT
=
Cp
H 2O ( l )
dT
= 3015,9484 kJ/kg Jumlah air pendingin yang diperlukan : m =
Q H
m
171129,3042 kJ/jam 3015,9484 kJ/kg
1021,3462 kg/jam
Tabel LB.14 Neraca Panas Reaktor (R-210) Alur masuk (kJ/jam) 171129,3042 171129,3042
Umpan Produk ΔHr Total
Alur keluar (kJ/jam) 475276,6555 31,4632 171129,3042
LB.5 Kondensor (E-310) Air pendingin pada 300C T = 1350C P = 1 atm
T = 400C P = 1 atm
7
8
COCl2 (g) CO2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) HCl (g) CH4 (g)
COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) CO (l) H2 (l) HCl (l) CH4 (l)
E-310 Air pendingin bekas pada 700C
Panas masuk pada alur 7 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; Panas masuk Kondensor (E-310), Qin =
N
7 Senyawa
298,15
408,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 7 adalah : N7 = 12,0318 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Maka panas masuk Kondensor (E-310), Qin = 298,15
N7
N
7 Senyawa
298,15
408,15
Cp ( g ) dT
22,1270 0,2110 T 2 - 3,4969 x 10-4 T 3 dT -7 4 -11 5 T 408,15 2,8609 x 10 T 9,1349 x 10 298,15
Cp (g) dT N 7
408,15
0,2110 (298,152 408,152 ) 22,1270(298,15 - 408,15) 2 3,4969x10 4 7 2,8609x10 3 3 4 4 (12,0318) (298,15 408,15 ) (298,15 408,15 ) 3 4 9,1349x10 11 (298,155 408,155 ) 5 Qin = -171019,8673 kJ/jam Tabel LB.15 Panas Masuk Kondensor (E-310) N7 (kmol/jam) 0,0168 0,0213 0,0372 0,0271 0,5933 0,0328 12,0318
Komponen Cl2 CO CH4 CO2 H2 HCl COCl2 Total
408,15
298,15
Cp(g) dT (J/mol) -4323,2821 -3358,7199 -6550,7352 -6033,7700 -5888,3495 -2876,4214 -14213,9885
N7408,15 298,15Cp(g) dT (kJ/jam) -72,6311 -71,5407 -243,6873 -163,5152 -3493,5578 -94,3466 -171019,8673 -175159,1461
Panas keluar pada alur 8 : T = 313,15 K (40 oC), P = 1 atm; Panas keluar Kondensor (E-310), Qout =
BP 8 N senyawa Cp (l) dT Hvl 298,15
313,15
Cp
BP
(g)
dT
Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 8 adalah : N8 = 12,0318 kmol/jam
Maka untuk COCl2 : 280,721
298,15
Cp (l) dT
13,5840 0,9042 T
280,721
2
- 0,0034 T 3 4,6598 x 10-6 T 4 dT
298,15
Universitas Sumatera Utara
0,9042 2 2 13,5840(280,721- 298,15) 2 (280,721 298,15 ) 6 0,0034 (280,7213 298,153 ) 4,6598x10 (280,7214 298,154 ) 3 4
Cp(l) = -1785,5329 J/mol 22,1270 0,2110 T 2 3,4969 x 10 -4 T 3 dT 2,8609 x 10 -7 T 4 9,1349 x 10 -11 T 5 280,721 280,721 0,0236 2 2 28,55(323,15 - 239,111) 2 (323,15 239,111 ) 5 9 2,1363x10 (323,153 239,1113 ) 6,473x10 (323,154 239,1114 ) 3 4 313,15
313,15
Cp (g) dT
Cp(g) = 1969,7102 J/mol Hvl COCl2 : 24402,8 J/mol (Reklaitis, 1983) Maka : 323,15 BP N Cp dT Hvl Cp (g) dT i (l) 298,15 BP = 12,0318 [-1785,5329 J/mol + 24402,8 J/mol + 1969,7102 J/mol]
Qout = Qout
= 24586,9773 kJ/jam Tabel LB.16 Panas Keluar Kondensor (E-310) Komponen Cl2 CO CH4 CO2 H2 HCl COCl2 Total
N8 (kmol/jam) 0,0468 0,0593 0,1035 0,0754 1,6481 0,0911 33,4218
298,15
313,15
Cp(l) dT (J/mol) -1480,3899 0,0000 0,0000 -9087,8094 0,0000 -7645,6179 -1785,5329
298,15
313,15
Cp(g) dT (J/mol) 20410,0000 0,0000 0,0000 16560,9000 0,0000 16150,3000 24402,8000
Hvl (J/mol) 2486,6333 6737,6856 1162,1426 0,0000 7326,7859 0,0000 1969,7102
Qo (kJ/jam) 21416,2434 6737,6856 1162,1426 7473,0906 7326,7859 8504,6821 24586,9773
359,7929 143,5127 43,2317 202,5208 4346,9821 278,9536 295825,5933 301200,5870
Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin Q = 301200,5870 kJ/jam – (-175159,1461) kJ/jam Q = 476359,7331 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 30 0 C dan keluar pada suhu 70 0 C. Air pendingin yang dibutuhkan : Air
: H (70 0 C) - H (30 0 C) = [ H (70 0 C) - H (25 0 C) ] – [ H (30 0 C) - H (25 0 C) ] 343,15
303,15
301,15
301,15
Cp H 2O(l ) dT
=
Cp
H 2O ( l )
dT
= 3015,9484 kJ/kg Jumlah air pendingin yang diperlukan : m =
Q H
476359,7331 kJ/jam 3015,9484 kJ/kg 2843,0444 kg/jam
m
Tabel LB.17 Neraca Panas Kondensor (E-310) Alur masuk (kJ/jam) -175159,1461 301200,5870 476359,7331
Umpan Produk Q Total
Alur keluar (kJ/jam) -175159,1461 301200,5870 476359,7331
LB.6 Cooler 1 COCl2 Solution (E-322) Air pendingin pada 300C T = 400C P = 1 atm
T = 320C P = 1 atm
9
11
COCl2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)
E-322
Air pendingin bekas pada 700C
COCl2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)
Panas masuk pada alur 9 : T = 313,15 K (40 oC), P = 1 atm; Panas masuk Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qin =
N
9 Senyawa
298,15
313,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 9 adalah : N9 = 0,5797 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Maka panas masuk Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qin = 298,15
N
9
N
9 Senyawa
298,15
313,15
Cp ( g ) dT
22,1270 0,2110 T 2 - 3,4969 x 10-4 T 3 dT dT N -7 4 -11 5 T 313,15 2,8609 x 10 T 9,1349 x 10 298,15
Cp (g)
313,15
9
0,2110 (298,152 313,152 ) 22,1270(298,15 - 313,15) 2 3,4969x10 4 7 2,8609x10 (0,5797) (298,153 313,153 ) (298,154 313,154 ) 3 4 9,1349x10 11 (298,155 313,155 ) 5 Qin = -973,4007 kJ/jam Tabel LB.18 Panas Masuk Cooler 1 COCl2 Solution (E-322) N9 (kmol/jam) 0,0008 0,0213 0,0372 0,5933 0,5797
Komponen Cl2 CO CH4 H2 COCl2 Total
313,15
N9 Cp(g) dT (kJ/jam) -0,4737 -9,7095 -27,8442 -423,9141 -973,4007 -1435,3423
298,15
Cp(g) dT (J/mol) -563,9278 -455,8465 -748,4995 -714,5021 -1679,1457
Panas keluar pada alur 11 : T = 305,15 K (32 oC), P = 1 atm; Panas keluar Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qout =
N
11 Senyawa
305,15
298,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 11 adalah : N11 = 0,5797 kmol/jam Maka panas keluar Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qout =
N
Cp (g)
22,1270 0,2110 T 2 - 3,4969 x 10 -4 T 3 dT dT N 2,8609 x 10 -7 T 4 9,1349 x 10-11 T 5 298,15
305,15
N
11
298,15
305,15
11 Senyawa
298,15
Cp ( g ) dT 305,15
11
Universitas Sumatera Utara
0,2110 (305,152 298,152 ) 22,1270(305,15 - 298,15) 2 3,4969x10 4 7 2,8609x10 (0,5797) (305,153 298,153 ) (305,154 298,154 ) 3 4 9,1349x10 11 5 5 (305,15 298,15 ) 5 Qout = 448,4907 kJ/jam Tabel LB.19 Panas Keluar Cooler 1 COCl2 Solution (E-322) Komponen Cl2 CO CH4 H2 COCl2 Total
N9 (kmol/jam) 0,0008 0,0213 0,0372 0,5933 0,5797
298,15
N9 Cp(g) dT (kJ/jam) 0,2202 4,5289 12,8181 195,8162 448,4907 661,8741
301,15
Cp(g) dT (J/mol) 262,1886 212,6241 344,5718 330,0458 773,6600
Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin Q = 661,8741 kJ/jam – (-1435,3423) kJ/jam Q = 2097,2164 kJ/jam
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 30 0 C dan keluar pada suhu 70 0 C. Air pendingin yang dibutuhkan : Air
: H (70 0 C) - H (30 0 C) = [ H (70 0 C) - H (25 0 C) ] – [ H (30 0 C) - H (25 0 C) ] 343,15
=
Cp H 2O(l ) dT
301,15
303,15
Cp
H 2O ( l )
dT
301,15
= 3015,9484 kJ/kg Jumlah air pendingin yang diperlukan : m =
Q H
2097,2164kJ/jam 3015,9484 kJ/kg 12,5168 kg/jam
m
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.20 Neraca Panas Cooler 1 COCl2 Solution (E-322) Alur masuk (kJ/jam) -1435,3423 2097,2164 661,8741
Umpan Produk Air pendingin Total
Alur keluar (kJ/jam) -1435,3423 2097,2164 661,8741
LB.7 Cooler 2 COCl2 Produk (E-324) Air pendingin pada 300C T = 400C P = 1 atm
T = 320C P = 1 atm
10
16
COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) HCl (l)
E-325
Air pendingin bekas pada 700C
Panas masuk pada alur 10 : T = 313,15 K (40 oC), P = 1 atm; Panas masuk Cooler 2 COCl2 Produk (E-324), Qin =
N
10 Senyawa
298,15
313,15
Cp (l ) dT
Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 10 adalah : N10 = 11,4520 kmol/jam Maka panas masuk Cooler 2 COCl2 Produk (E-324), Qin = 298,15
N
10
313,15
13,5840 0,9042 T
N
10 Senyawa
298,15
313,15
Cp (l ) dT
298,15
Cp (l) dT N
10
2
- 3,4122 x 10-3 T 3 4,6598 x 10-6 T 4 dT
313,15
0,9042 2 2 13,5840(298,15 - 313,15) 2 (298,15 313,15 ) (11,4520) 3 6 3,4122x10 (298,153 313,153 ) 4,6598x10 (298,154 313,154 ) 3 4 Qin = -17909,0066 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.21 Panas Masuk Cooler 2 COCl2 Produk (E-324) Komponen Cl2 CO2 HCl COCl2 Total
N10 (kmol/jam) 0,0160 0,0271 0,0328 11,4520
313,15
N10 Cp(l) dT (kJ/jam) -3,7386 -50,4968 -44,5706 -17909,0066 -18007,8126
298,15
Cp(l) dT (J/mol) -233,6617 -1863,3511 -1358,8598 -1563,8322
Panas keluar pada alur 12 : T = 305,15 K (32 oC), P = 1 atm; Panas keluar Cooler 2 COCl2 Produk (E-324), Qout =
N
12 Senyawa
305,15
298,15
Cp (l ) dT
Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 12 adalah : N12 = 11,4520 kmol/jam Maka panas keluar Cooler 2 COCl2 Produk (E-325), Qout = 305,15
N12
13,5840 0,9042 T
N
12 Senyawa
305,15
298,15
Cp (l ) dT
305,15
Cp (l) dT N12
298,15
2
- 3,4122 x 10-3 T 3 4,6598 x 10-6 T 4 dT
298,15
0,9042 2 2 13,5840(305,15 - 298,15) 2 (305,15 298,15 ) (11,4520) 3 6 3,4122x10 (305,153 298,153 ) 4,6598x10 (305,154 298,154 ) 3 4 Qout = 8362,5793 kJ/jam Tabel LB.22 Panas Keluar Cooler 2 COCl2 Produk (E-324) Komponen Cl2 CO CH4 COCl2 Total
N16 (kmol/jam) 0,0160 0,0271 0,0328 11,4520
298,15
301,15
Cp(l) dT (J/mol) 115,5002 840,8210 616,4968 726,3119
N16 Cp(l) dT (kJ/jam) 1,8480 22,7862 20,2211 8317,7240 8362,5793
Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin Q = 8362,5793 kJ/jam – (-18007,8126) kJ/jam Q = 26370,3919 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 30 0 C dan keluar pada suhu 70 0 C. Air pendingin yang dibutuhkan : Air
: H (70 0 C) - H (30 0 C) = [ H (70 0 C) - H (25 0 C) ] – [ H (30 0 C) - H (25 0 C) ] =
343,15
303,15
301,15
301,15
Cp H 2O(l ) dT
Cp
H 2O ( l )
dT
= 3015,9484 kJ/kg Jumlah air pendingin yang diperlukan : m =
Q H
m
26370,3919 kJ/jam 3015,9484 kJ/kg
157,3857 kg/jam
Tabel LB.23 Neraca Panas Cooler 2 COCl2 Produk (E-324) Umpan Produk Air pendingin Total
Alur masuk (kJ/jam) -18007,8126 26370,3919 8362,5793
Alur keluar (kJ/jam) -18007,8126 26370,3919 8362,5793
LB.8 Tangki CO (F-120) Refrigeran pada -1880C
T = -1850C P = 2 atm 4 CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g)
Refrigeran bekas pada -1850C
Panas masuk pada alur 4 : T = 85,15 K (-188 oC), P = 1 atm; Panas masuk Tangki CO (F-120), Qin =
N
4 Senyawa
85,15
85,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 4 adalah : N4 = 11,7557 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Maka panas masuk Tangki CO (F-120), Qin = 85,15
N
4
N
4 Senyawa
85,15
85,15
Cp ( g ) dT
29,006 0,0024 T 2 - 1,8644 x 10-5 T 3 dT dT N -8 4 -11 5 T 85,15 4,7989 x 10 T 2,8726 x 10 85,15
Cp (g)
85,15
4
0,0024 (85,152 85,152 ) 29,006(85,15 - 85,15) 2 1,8644x10 5 8 4,7989x10 (11,7557) (85,153 85,153 ) (85,154 85,154 ) 3 4 2,8726x10 11 (85,155 85,155 ) 5 Qin = 0 kJ/jam Tabel LB.24 Panas Masuk Tangki CO (F-120) Komponen CO CH4 CO2 H2 Total
N10 (kmol/jam) 11,7557 0,0207 0,0302 0,8249
313,15
298,15
Cp(l) dT (kJ/jam) 0 0 0 0
N10 Cp(l) dT (kJ/jam) 0 0 0 0 0
Panas keluar pada alur 4 : T = 117,15 K (-156 oC), P = 1 atm; Panas keluar Tangki CO (F-120), Qout =
N
4 Senyawa
117 ,15
85,15
Cp ( g ) dT
Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 4 adalah : N4 = 11,7557 kmol/jam Maka panas keluar Tangki CO (F-120), Qout = 117,15
N
4
85,15
Cp (g)
N
4 Senyawa
117 ,15
85,15
Cp ( g ) dT
29,006 0,0024 T 2 - 1,8644 x 10-5 T 3 dT dT N -8 4 -11 5 4,7989 x 10 T 2,8726 x 10 T 85,15 117,15
4
Universitas Sumatera Utara
0,0024 (117,152 85,152 ) 29,006(117,15 - 85,15) 2 1,8644x10 5 8 4,7989x10 (11,7557) (117,153 85,153 ) (117,154 85,154 ) 3 4 2,8726x10 11 5 5 (117,15 85,15 ) 5 Qout = 2873,4904 kJ/jam Tabel LB.25 Panas Keluar Tangki CO (F-120) Komponen
N4
CO 11,7557 CH4 0,0207 CO2 0,0302 H2 0,8249 Total Jumlah panas yang dibutuhkan :
85,15
N4 Cp(g) dT (kJ/jam) 11060,7750 22,6600 26,8640 677,4179 11787,7170
88,15
Cp(g) dT (kJ/jam) 940,8861 1094,6882 889,5370 821,2122
Q = Qout - Qin Q = 11787,7170 kJ/jam – 0 kJ/jam Q = 11787,7170 kJ/jam Refrigerant yang digunakan adalah propana yang masuk pada suhu -188 0 C dan keluar pada suhu -156 0 C. Refrigerant yang dibutuhkan : 117 ,15
Refrigerant = H (-156 0 C) - H (-188 0 C) =
CpC3H8 (l ) dT
85,15
117 ,15
Cp
C3 H 8 ( l )
dT
85,15
= 2532,5542 kJ/kg Jumlah refrigerant yang diperlukan : m =
Q H
m
11787,7170kJ/jam 2532,5542 kJ/kg
205,2652 kg/jam
Tabel LB.26 Neraca Panas Tangki CO F-120 (Kebutuhan Refrigerant) Umpan Produk Refrigerant Total
Alur masuk (kJ/jam) 11582,4518 205,2652 11787,7170
Alur keluar (kJ/jam) 11582,4518 205,2652 11787,7170
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
1. Tangki Penyimpanan Cl2 (F-110) Fungsi
: Menyimpan Cl2 untuk kebutuhan 30 hari
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= -34,72C
Laju alir massa
= 863,5685 kg/jam
= 719,5171 kg/m3 (Ullman, 2005).
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan: a. Volume tangki Volume bahan,Vl=
863,5685 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 864,1480 m3 3 719,5171 kg / m
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 864,1480 m3 = 1036,9776 m3 b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4) Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 D2 H 4
Vs
=
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh)
Universitas Sumatera Utara
Tinggi head (Hh) = 1/4 D Vh =
4
D2 H h
= /4 D2(1/4 D) = /16 D3 -
(Walas,1988)
Diameter dan tinggi shell V
= Vs + Vh
1036,9776
=
5 3 D 3 + D 16 16
D
= 9,5836 m = 377,31 in
Hs
= 5/4 x 9,5836 m = 11,98 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 9,5836 m
Hh
Hh 1 = D 9,5836 = 2,3959 m D 4
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 14,3754 m
d. Tebal shell tangki Tinggi bahan dalam tangki = PHidrostatik
864,1480 m 3 x 14,3754 m = 9,9829 m 1036,9776 m 3
=xgxl = 719,5171 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 9,9829 m= 70,3923 kPa
P0
= Tekanan operasi = 1 atm = 100 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2)(70,3923 + 100)
= 204,4708 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
PD 0,125 2SE 1,2P (204,4708 kPa) (377,31in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(204,4708 kPa) 0,4544 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
Universitas Sumatera Utara
e. Tebal tutup tangki
PD 0,125 2SE 1,2P (204,4708 kPa) (377,31in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(204,4708 kPa) 0,4544 in
t
Tebal shell standar yang digunakan
= 1 in
(Brownel & Young,1959)
2. Tangki Penyimpanan CO (F-120) Fungsi
: Menyimpan CO untuk kebutuhan 30 hari
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 15 atm
Temperatur
= -156C
Laju alir massa
= 332,6037 kg/jam
= 298,5139 kg/m3 (Ullman, 2005).
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan:
a. Volume tangki Volume bahan, Vl=
332,6037 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 802,2226 m3 3 298,5139 kg / m
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 802,2226 m3 = 962,6671 m3 b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4) Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4)
Universitas Sumatera Utara
-
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 D2 Hs 4
Vs
=
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) Vh =
-
16
D3
(Walas,1988)
Diameter dan tinggi shell V
= Vs + 2Vh
962,6671
=
5 D 3 + 2 D 3 16 16
D
= 8,8807 m = 349,6349 in
Hs
= 5/4 x 8,8807 m = 11,1009 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 8,8807 m
Hh
Hh 1 = D 8,8807 = 2,2202 m D 4
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + 2Hh
= 15,5413 m
d. Tebal shell tangki Tinggi bahan dalam tangki = PHidrostatik
802,2226 m 3 x 11,1009 m = 9,2507 m 962,6671 m 3
=xgxl = 298,5139 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 9,2507 m= 27,0150 kPa
P0
= Tekanan operasi = 15 atm
= 1500 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2) (27,0150 + 1500)
= 1832,4180 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD 0,125 2SE 1,2P (1832,4180 kPa) (349,6349in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(1832,4180 kPa) 2,8838in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
e. Tebal tutup tangki
PD 0,125 2SE 1,2P (1832,4180 kPa) (349,6349in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(1832,4180 kPa) 2,8838in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
3. Pompa Vaporizer Cl2 (L-111) Fungsi
: memompa Cl2 dari tangki menuju vaporizer
Jenis
: pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi
: -34,72 ºC dan 1 atm
Laju alir massa (F)
= 863,56585 kg/jam = 0,5288 lbm/s
Densitas ()
= 719,5171 kg/m3
= 44,9179 lbm/ft3 (Ullman, 2005)
Viskositas ()
= 0,0125 cP
= 0,00001 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,5288 lbm / s = 0,0118 ft3/s 3 44,9179 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0118 ft3/s )0,45 (44,9179 lbm/ft3)0,13 = 0,8665 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft
Universitas Sumatera Utara
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
Inside sectional area
2
: 0,006 ft
= 0,1096 ft
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0118 ft 3 / s = 1,9623 ft/s 0,006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(44,9179 lbm / ft 3 )(1,9623 ft / s )(0,0874 ft ) 0,00001lbm/ft.s
= 917264,3737 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga = 0,000046 Pada NRe = 917264,3737 dan /D =
(Geankoplis, 1983)
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,004 Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2g c
1,96232 2132,174
= 0,0329 ft.lbf/lbm
1,96232 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,1197 ft.lbf/lbm
= 0,55 1 0
Pipa lurus 80 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,004)
80. 1,96232 0,0874.2.32,174
= 0,8762 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 0,55 1 A2 2. .g c 1,96232 = 0,55 1 0 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0329 ft.lbf/lbm
= 1,0617 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
Universitas Sumatera Utara
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2 dimana :
(Geankoplis,1983)
v1 = v2 P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft² Z = 40 ft
Maka :
0
32,174 ft / s 2 40 ft 0 1,0617 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -41,0617 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 75 % = - x Wp
Ws -41,0617
= -0,75 x Wp
Wp
= 54,7489 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 863,5685 lbm/s 54,7489 ft.lbf/lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0526 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp
4. Vaporizer Cl2 (V-112) Fungsi
: Menaikkan temperatur Cl2 serta mengubah fasanya dari cair menjadi gas
-
-
Jenis
: 2 – 4 shell and tube exchanger
Dipakai
: 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass
Fluida panas Laju alir fluida panas
= 110,7816 kg/jam = 244,2291 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 350 °C
= 662 °F
Temperatur akhir (T2)
= 80 °C
= 176 °F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 863,5685 kg/jam = 19903,8231 lbm/jam
Universitas Sumatera Utara
Temperatur awal (t1)
= -34,72 °C = -30,496 °F
Temperatur akhir (t2)
= 50 °C
Panas yang diserap (Q)
= 122 °F
= 247220,3030 kJ/jam = 234318,7146 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 662 °F T2 = 176 °F T1 – T2 = 486 F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
LMTD
Fluida Dingin t2 = -30,496 °F t1 = 122 °F t2 – t1 = 152,496 F
Selisih t1 = 540 F t2 = 206,496 F t2 – t1 = -333,504 F
Δt 2 Δt1 - 333,504 346,9345F Δt 2 206,496 ln ln 540 Δt 1
R
T1 T2 486 3,1870 t 2 t 1 152,496
S
t 2 t1 152,496 0,2202 T1 t 1 662 (30,496)
Dari Gambar 19, Kern, 1965 diperoleh FT = 0,875 Maka t = FT LMTD = 0,875 346,9345 = 303,5677 F (2) Tc dan tc
Tc
T1 T2 662 176 419 F 2 2
tc
t 1 t 2 30,496 122 45,752 F 2 2
Dalam perancangan ini digunakan vaporizer dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in - Jenis tube = 18 BWG - Pitch (PT) = 11/4 in square pitch - Panjang tube (L) = 12 ft
Universitas Sumatera Utara
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, vaporizer untuk fluida panas steam dan fluida dingin heavy organics, diperoleh UD = 6 – 60, faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 30 Btu/jamft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A
Q U D Δt
234318,7146 Btu/jam 25,7294 ft 2 Btu o 30 303,5677 F jam.ft 2 .o F
Luas permukaan luar (a) = 0,2618 ft2/ft Jumlah tube, N t
(Tabel 10, Kern, 1965)
A 25,7294ft 2 8,1899 buah L a " 12 ft 0,2618ft 2 /ft
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 8 tube dengan ID shell 6 in. c. Koreksi UD
A L Nt a" 12 ft 8 0,2618 ft2/ft 25,1328 ft 2
UD
Q 234318,7146 Btu/jam Btu 30,7122 2 A Δt 25,1328ft 303,5677F jam.ft 2 .F
Fluida panas : steam, tube (3) Flow area tube,at’ = 0,639 in2
at
N t a 't 144 n
at
8 0,639 0,0178 ft 2 144 2
(Tabel 10, Kern, 1965) (Pers. (7.48), Kern, 1965)
(4) Kecepatan massa:
Gt Gt
w at
(Pers. (7.2), Kern, 1965)
244,2291 13759,3868 lbm/jam.ft 2 0,0178
(5) Bilangan Reynold:
Universitas Sumatera Utara
Pada tc = 45,752 F = 1,39 cP = 3,36255 lbm/ft2jam
(Gambar 14, Kern, 1965)
Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 0,902 in = 0,0752 ft
Re t
ID G t
Re t
0,902 13759,3868 3,36255
(Pers.(7.3), Kern, 1965)
307,5783
(6)
Taksir jH dari Gbr. 24 Kern (1965), diperoleh jH = 3 pada Ret = 307,5783
(7)
Pada tc = 45,752 F c = 1,05 Btu/lbm.F
(Gambar 2, Kern, 1965)
k = 0,334 Btu/jam lbm ft.F
c. k (8)
1
3
1,05 3,36255 0,334
hi k c. jH t ID k
hi
t
3
hio
t hio
t
hi
t
1
(Tabel 4, Kern, 1965) 1
3
2,1947
3
0,334 2,1947 29,2559 0,07517
ID OD
29,2559
0,902 26,3888 1
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil
hio
hio
t
t = 1
(Kern, 1965)
t
hio 26,3888 1 26,3888 Btu/jam ft 2 o F Fluida dingin : bahan, shell (3’) Flow area shell
as
Ds C' B 2 ft 144 PT
(Pers. (7.1), Kern, 1965)
Ds = Diameter dalam shell = 6 in
Universitas Sumatera Utara
B = Baffle spacing = 5 in PT = Tube pitch = 11/4 in C = Clearance = PT – OD = 11/4 – 1 = 0,25 in
6 0,25 5 0,0417 ft 2 144 1,25
as
(4’) Kecepatan massa
Gs Gs
w as
(Pers. (7.2), Kern, 1965)
1903,8231 45691,7548lbm/jam.ft2 0,0417
(5’) Bilangan Reynold Pada Tc = 419 0F = 0,0125 cP = 0,0302 lbm/ft2jam Dari Gambar 28, Kern, untuk 1 in dan 11/4 square pitch, diperoleh De = 0,72 in. De = 0,72/12 = 0,06 ft
Re s
De G s
Re s
0,06 45691,7548 90661,9912 0,0302
(Pers. (7.3), Kern, 1965)
(6) Taksir JH dari Gambar 28, Kern, diperoleh JH = 190 pada Res = 90661,9912 (7’) Pada Tc = 419 0F c = 3,1242 Btu/lbmF k = 0,3200 Btu/jam lbm ft.F
c. k
1
3
3,1242 0,0302 0,3200
h k c. (8’) o J H s De k
ho
s
190
1
1
3
0,6659
3
0,3200 0,6659 674,7402 0,72
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1
(Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
ho
ho
s
s 674,7402 1 674,7402 Btu/jam ft 2 o F
(10) Clean Overall Coefficient, UC
h io h o 26,3888 674,7402 25,3955 Btu/jam.ft 2 .F h io h o 26,3888 674,7402 (Pers. (6.38), Kern, 1965) (11) Faktor pengotor, Rd U U D 30,7122 25,3955 Rd C 0,00682 (Pers. (6.13), Kern, 1965) U C U D 25,3955 30,7122 UC
Rd hitung Rd ketentuan, maka spesifikasi pendingin dapat diterima.
Pressure drop Fluida panas : sisi tube (1)
Untuk Ret = 307,5783 f = 0,0016 ft2/in2
(Gambar 26, Kern, 1965)
s = 0,98
(Tabel 6, Kern, 1965)
t = 1 (2)
2 f Gt Ln ΔPt 5,22 1010 ID s φ ΔPt
(3)
(Pers. (7.53), Kern, 1965)
t
(0,0016) (13759,3867) 2 (12) (2) = 0,0018 psi (5,22 1010 ) (0,07517) (0,98) (1)
Dari Gambar 27, Kern, 1965 diperoleh
V
2
= 0,001
2g'
4n V 2 . s 2g' (4).(2) .0,001 0,98 0,0082 psi
ΔPr
PT
= Pt + Pr = 0,0018 psi + 0,0082 psi = 0,01 psi
Pt yang diperbolehkan = 2 psi
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : sisi shell (1) Untuk Res = 90661,9912 f = 0,0013 ft2/in2
(Gambar 29, Kern, 1965)
s =1 s = 0,99 (2)
N 1 12 x
L B
N 1 12 x
12 = 28,8 5
(Pers. (7.43), Kern, 1965)
Ds = 28,8/6 = 0,2083 ft (3)
f. G 2 . D . (N 1) s s P s 5,22.1010 . D .s. e s
(Pers. (7.44), Kern, 1965)
0,0013 (45691,7546) 2 (0,2083) (28,8) P = 0,0063 psi s 5,22.1010 (0,06) (0,99) (1) Ps yang diperbolehkan = 10 psi
5. Blower Cl2 (G-113) Fungsi
: Memompa gas Cl2 dari vaporizer menuju Heater
Jenis
: Blower sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 100 kPa
Temperatur
= 50 oC = 323,15 K
Laju alir
= 0,8636 kmol/jam
Laju alir volum gas Q
=
0,8636 kmol/jam x 8,314 m 3 kPa/kmol.K x 323,15 K 100 kPa
= 23,2012 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,
Universitas Sumatera Utara
P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1999)
Efisiensi blower, = 75 Sehingga, P
144 0,75 23,2012 = 0,0759 Hp 33000
Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp.
6. Heater 1 Cl2 (E-114) Fungsi
: Menaikkan temperatur Cl2 sebelum diumpankan ke reaktor
Jenis
: DPHE
Dipakai
: pipa 2 x 1 1
Jumlah
: 1 unit
4
in IPS, 12 ft hairpin
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 95,3915 kg/jam
= 210,3034 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 350°C
= 662°F
Temperatur akhir (T2)
= 80°C
= 176°F
Laju alir fluida dingin
= 863,5685 kg/jam
= 1903,8526 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 50°C
= 122°F
Temperatur akhir (t2)
= 135°C
= 275°F
Panas yang diserap (Q)
= 212875,7650 kJ/jam= 201766,5014 Btu/jam
Fluida dingin
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 662F T2 = 176F T1 – T2 = 486F
LMTD
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 275F t1 = 122F t2 – t1 = 153F
Selisih t1 = 387F t2 = 54F t2 – t1 = -333F
t 2 t1 - 333 169,0835F t 2 54 ln ln 387 t 1
(2) Tc dan tc
Universitas Sumatera Utara
Tc
T1 T2 662 176 419 F 2 2
tc
t 1 t 2 122 275 198,5 F 2 2
Fluida panas : anulus, steam (3) flow area D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,66 0,1383ft 12
aa
D 2 2 D1 2 4
(Tabel 11, kern)
0,1723
Equivalen diam
0,13832 0,0083ft 2 4
2
D
D1 D1
2 2
2
0,1723
0,13832 0,0761 0,1383 2
(4) kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
210,3034 lbm 25432,2767 0,0083 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 419 0F , μ = 0,0221 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0221 cP = 0,0221 x 2,42 = 0,0535 lbm/ft.jam Re a Re a
Da G a
0,0761 25432,2767 36211,1292 0,0535
(6) JH = 100
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 419 0F , c = 0,12 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0563 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c. k
1
3
(8) h o J H
0,12 . 0,0535 0,0563 k c. De k
1
3
1
3
W
0,4849
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
Universitas Sumatera Utara
100
0,0563 0,4849 1 0,0761
35,8485Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, Cl2 (3’)
D
1,38 0,115 ft 12
ap
D 2 4
(Tabel 11, kern)
0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp
W ap
Gp
1903,8526 lbm 183386,762 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 198,5 0F , μ = 0,0165 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0165 cP = 0,0165 x 2,42 = 0,03993 lbm/ft.jam
Re p Re p
Dp G p
0,115 183386,762 528161,2243 0,03993
(6’) JH = 140
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 198,5 0F , c = 0,115 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0266 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c. k
1
3
(8’) h i J H
0,115. 0,03993 0,0266 k c. De k
140
1
3
W
1
3
0,5568
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
0,0266 0,5568 1 0,115
18,0309 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io h i
ID 1,38 18,0309 14,9895 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) OD 1,66
(10) clean averall coefficient, Uc
Universitas Sumatera Utara
UC
h io h o 14,9895 35,8485 10,5699Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io h o 14,9895 35,8485
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 RD 0,002 UD UC 10,5699 U D 10,3511btu/jam ft2 F
(12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A
Q 201766,5014 115,2823ft 2 U D t 10,3511 169,0835
Panjang yang diperlukan
115,2823 265,0168ft 0,435
Berarti diperlukan 12 pipa hairpin 12 ft. (13) luas sebenarnya = 12 x 12 x 2 x 0,435 = 125,2800 ft2
Pressure drop Fluida panas : anulus, steam (1) De’ = (D2 – D1) = (0,1723 - 0,1383) = 0,0339 ft Rea’
De' Ga
F 0,0035
0,0339 25432,2767 16218,3806 0,0535
0,264 0,0080 16218,38060,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 4 fGa L 4 0,0064x25432,27672 240 0,0539 ft (2) ΔFa 2 g 2 De 2 4.18 108 62,52 0,0339 2
(3) V
Ga 25432,2767 0,1130 Fps 3600 3600 62,5
V 2 0,11302 10 0,0024 ft Fi 12 2 g ' 2 32 , 2
ΔPa
(0,0539 0,0024) 62,5 0,0244 psi 144
Universitas Sumatera Utara
Pa yang diperbolehkan = 2 psi
Fluida dingin : inner pipe, Cl2 (1’) Rep’= 528161,2243 F 0,0035
0,264 0,0045 528161,22430,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 0,98 , ρ = 1253 (2’) ΔFp
4 fGp 2 L 4 0,0045x 183386,7622 240 0,0012 ft 2 g 2 D 2 4.18.108 12532 0,115
(3’) ΔPp
0,0012 1253 0,0101psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
7. Ekspander CO (G-122) Fungsi
: Menurunkan tekanan
CO dari tangki
penyimpanan sebelum
diumpankan ke heater Jenis
: Ekspander centrifugal
Jumlah
: 1 unit
Data: Laju alir massa
= 332,6037 kg/jam
campuran
= 298,5139 kg/m3 = 18,636 lbm/ft3
Laju alir volumetrik (Q) =
332,6037 kg / jam 1,1141 m 3 / jam 3 298,5139 kg / m
= 0,6537 ft3/mnt = 0,0102 ft3/detik Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De = 3,9 (Q)0,45( )0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0102 ft3/detik)0,45(18,636 lbm/ft3)0,13 = 0,6947 in Dipilih material pipa commercial steel 1 inchi Sch 40 :
Diameter dalam (ID)
= 1,049 in = 0,0874 ft
Diameter luar (OD)
= 1,315 in = 0,1096 ft
Luas penampang (A)
= 0,275 ft2
Universitas Sumatera Utara
Tekanan masuk (P1)
= 15 atm = 220,44 psi
Tekanan keluar (P2)
= 1 atm = 14,696 psi
Temperatur masuk
= -1850C
Rasio spesifik (k)
= 1,4
k 1 1,41 P 2 k 1, 4 k x P2 x Q 1 1, 4 x 1 x 0,0102 1 1 P 220,44 1 Daya (P) = k 1
P
1,4 1
= -0,02806 HP
Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka : P=
- 0,02806 -0,03741 hp 0,75
8. Heater 2 CO (E-122) Fungsi
: Menaikkan temperatur CO sebelum diumpankan ke Reaktor
Jenis
: DPHE
Dipakai
: pipa 2 x 1 1
Jumlah
: 1 unit
4
in IPS, 12 ft hairpin
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 11,1399 kg/jam = 24,5594 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 350°C
= 662°F
Temperatur akhir (T2)
= 80°C
= 176°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 332,6037 kg/jam = 733,2695 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= -156°C
= -248,8°F
Temperatur akhir (t2)
= 135°C
= 275°F
Panas yang diserap (Q)
= 24859,6977 kJ/jam = 23562,3545 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 662F T2 = 176F T1 – T2 = 486F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 275F t1 = -248,8F t2 – t1 = 523,8F
Selisih t1 = 387F t2 = 424,8F t2 – t1 = 37,8F
Universitas Sumatera Utara
LMTD
Δt 2 Δt1 37,8 405,6065F Δt 2 424,8 ln ln 387 Δt1
(2) Tc dan tc Tc
T1 T2 662 176 419 F 2 2
tc
t 1 t 2 248,8 275 13,1 F 2 2
Fluida panas : anulus, steam (3) flow area tube D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,66 0,1383ft 12
aa
D 2 2 D1 2 4
Equivalen diam
(Tabel 11, kern)
0,1723
0,13832 0,0083ft 2 4
2
D
D1 D1
2 2
2
0,1723
0,13832 0,0761 0,1383 2
(4) kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
24,5594 lbm 2970,0028 0,0083 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 419 0F , μ = 0,0221 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0221 cP = 0,0221 x 2,42 = 0,0535 lbm/ft.jam Re a Re a
Da G a
0,0761 2970,0028 4228,7663 0,0535
(6) JH = 14
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 419 0F , c = 0,12 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0563 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c. k
1
3
0,12 . 0,0535 0,0563
1
3
0,4849
\
Universitas Sumatera Utara
(8) h o J H
k c. De k
14
1
3
W
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
0,0563 0,4849 1 0,0761
5,0188Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, Klorin (3’)
D
1,38 0,115 ft 12
ap
D 2 4
(Tabel 11, kern)
0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp
W ap
Gp
733,2695 lbm 70631,4736 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 13,1 0F , μ = 0,0159 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0159 cP = 0,0159 x 2,42 = 0,038478 lbm/ft.jam
Re p Re p
Dp G p
0,115 70631,4736 211097,7563 0,038478
(6’) JH = 410
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 13,1 0F , c = 0,25 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0266 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c. k
1
3
(8’) h i J H
0,25 . 0,038478 0,0266 k c. De k
410
1
3
W
1
3
0,7125
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
0,0266 0,7125 1 0,115
67,5654 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
(9’) h io h i
ID 1,38 67,5654 56,1689 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) OD 1,66
(pers.6.5,kern)
(10) clean averall coefficient, Uc
UC
h io h o 56,1689 5,0188 4,6071Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io h o 56,1689 5,0188
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 RD 0,002 U D UC 4,6071 U D 4,5651 btu / jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A
Q 23562,3545 12,7253ft 2 U D t 4,5651 405,6065
Panjang yang diperlukan
12,7253 29,2535ft 0,435
Berarti diperlukan 2 pipa hairpin ukuran12 ft. (13) luas sebenarnya = 2 x 24 x 0,435 = 20,88 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam (1) De’ = (D2 – D1) = (0,1723 - 0,1383) = 0,0339 ft Rea’
De' Ga
F 0,0035
0,0339 2970,0028 1883,4859 0,0535
0,264 0,0146 1883,48590,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1 x ρ = 1 x 301 = 301 4 fGa L 4 0,0097 x2970,0028 2 48 0,00001ft (2) ΔFa 2 g 2 De 2 4.18 108 3012 0,0339 2
(3) V
Ga 2970,0028 0,00274 Fps 3600 3600 301
Universitas Sumatera Utara
V 2 0,002742 2 0,000002ft Fi 2 2g' 2 32,2
ΔPa
(0,00001 0,000002) 301 0,000022 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 2 psi
Fluida dingin : inner pipe, klorin (1’) Rep’= 211097,7563 F 0,0035
0,264 0,005 211097,75630,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 0,98 , ρ = 1253 4 fGp 2 L 4 0,0045x70631,4736 2 48 (2’) ΔFp 0,00003 ft 2 g 2 D 2 4.18.108 12532 0,115
(3’) ΔPp
0,00003 1253 0,0003 psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
9. Blower CO (G-123) Fungsi
: Memompa gas CO dari heater menuju reaktor
Jenis
: Blower sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 100 kPa
Temperatur
= 135 oC = 408,15 K
Laju alir
= 0,3326 kmol/jam
Laju alir volum gas Q
0,3326 kmol/jam x 8,314 m 3 kPa/kmol.K x 408,15 K = 100 kPa = 0,2160 m3 /jam
Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1999)
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi blower, = 75
Sehingga, P
144 0,75 0,2160 = 0,0007 Hp 33000
Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp
10. Reaktor (R-210) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi fosgenasi
Jenis
: plug flow reactor
Bentuk
: silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : cabon steel SA-299 Jumlah
: 1 unit
Reaksi yang terjadi: Reaksi utama
: CO +
Cl2
COCl2
Temperatur masuk
= 135 oC = 408,15 K
Temperatur keluar
= 135 oC = 408,15 K
Tekanan operasi
= 100 kPa
Laju alir massa
= 1196,1721 kg/jam
Laju alir molar
= 24,6795 kmol/jam
Waktu tinggal () reaktor = 16 dtk-1 = 0,0044 jam-1
(Perry, 1999)
Perhitungan :
Desain Tangki Cao = a.
yAP 0,4909 x 100 kPa = 14,4652 M RT (8,314Pa. m 3 / molK )(408,15K )
Volume reaktor
V=
FAO C AO
0,0044 jam1 .(24,8093 kmol / jam) 7,6227 m 3 3 14,4652 mol / m
Katalis yang digunakan adalah Karbon aktif
Universitas Sumatera Utara
-
Wujud
: Kristal
-
Dimensi
: (50x20x4) mm
-
ε
: 0,4
(Roop, 2005)
V = Vr V 7,6227 m 3 Vr 19,0568m 3 ε 0,4 b. Jumlah tube Direncanakan: Diameter tube (OD) = 10 cm Panjang tube
= 14 m
Pitch (PT)
= 15 square pitch
Jumlah tube
=
26,6795 = 15,5808 = 16 tube 2 1 4 π.(0,10) .14
c. Tebal tube Tekanan operasi
= 100 kPa
Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (100 kPa) = 105 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress
= 129276,75 kPa
(Brownel & Young,1959)
PD 2SE 1,2P (105 kPa) (0,10 m) 2(129276,75 kPa)(0,8) 1,2(105 kPa) 0,00005m 0,0020 in
t
Faktor korosi
= 0,125 in
Maka tebal tube yang dibutuhkan
= 0,0020 in + 0,125 in = 0,1270 in
Tebal tube standar yang digunakan = ½ in
(Brownel & Young,1959)
d. Diameter dan tinggi shell Diameter shell (D)=
=
(PT ( tube 1) 2 2 (PT OD) 100 100 (15 (27 1) 2 2 (15 10) 100 100
Universitas Sumatera Utara
= 3,2820 m Tinggi shell (H) = panjang tube = 14 m e. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 3,2820 m Rasio axis
= 2:1
Tinggi tutup =
(Brownel & Young,1959)
1 3,2820 0,8250 m 2 2
f. Tebal shell dan tebal tutup Tekanan operasi
= 100 kPa
Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (100 kPa) = 105 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress
= 129276,75 kPa
(Brownel & Young,1959)
PD 2SE 1,2P (105 kPa) (3,2820 m) 2(129276,75 kPa)(0,8) 1,2(105 kPa) 0,0017 m 0,0656 in
t
Faktor korosi
= 0,125 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0656 in + 0,125 in = 0,1906 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ Tutup shell dan tutup tangki
(Brownel & Young,1959)
= ¼ in
Perancangan pipa pemanas Fluida panas
= umpan masuk
Laju alir masuk
= 1196,1721 kg/jam = 2637,1219 lbm/jam
Temperatur awal
= 135°C = 275°F
Temperatur akhir
= 135°C = 275°F
Fluida dingin
= air pendingin
Laju air
= 1021,3462 kg/jam = 2251,6947 lbm/jam
Temperatur awal
= 30°C = 86°F
Temperatur akhir
= 70°C = 158°F
Panas yang diserap (Q) = 171129,3042 kJ/jam = 162198,6467 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
Fluida Panas T1 = 275F T2 = 275F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
T1 – T2= 0F
Fluida dingin t2 = 158F t1 = 86F
Selisih t1 = 117F t2 = 189F
t2 – t1 = 72F
t2 – t1 = 72F
Δt 2 Δt 1 72 150,1335F Δt 2 189 ln ln 117 Δt 1
LMTD
T1 T2 0 t 2 t1 t t 72 S 2 1 0,3810 T1 t 1 275 86 R
Maka t = 150,1335F Pipa yang dipilih
Ukuran nominal
= 16 in
Schedule
= 80
ID
= 14,314 in = 1,1928 ft
OD
= 16 in = 1,333 ft
Surface perlin ft
= 4,19 ft2/ft
Flow area per pipe
= 160,7 in2 = 1,1160 ft2
Panjang
= 15 m = 49,2126 ft
Fluida panas: sisi pipe, umpan (1) at’ = 160,7 in2
Gt
w at
Gt
2637,1219 2362,0712 lbm/jam.ft 2 1,1160
(2) Pada Tc = 275F = 0,15 cP = 0,3629 lbm/ft2jam
Re t Re t
D Gt
1,1928 2362,0712 7768,0408 0,3629
Universitas Sumatera Utara
Dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 25 c = 0,9 Btu/lbm.F k = 0,41 Btu/jam lbm ft.F
k c. hi jH D k
1
3
hi 25
0,41 0,9 1,3788 12,4301 1,1928 0,41
hio hi
ID OD
hio 12,4301
1,1928 11,1202 1,333
Fluida dingin: sisi shell, air pendingin (1’) G’ =
w 2251,6947 2 L 2 49,2126
= 22,8772 lbm/jam.ft (2’) Pada tc = 122°F = 0,56 cp = 1,3547 lbm/jam.ft Re = 4G’/ = 4 x 22,8722 / 1,3547 = 67,5494 Dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 4 1/ 3
G' (3’) ho = jH OD
22,8722 = 4 1,333 UC
= 10,3169
h io h o 10,3169 11,1202 5,3518Btu/jam ft 2 F h io h o 10,3169 11,1202
Rd = 0,003, hd = UD =
1/ 3
1 = 333,3333 0,003
U c h d 5,3518 333,3333 = 5,2672 U c h d 5,3518 333,3333
Universitas Sumatera Utara
Q 162198,6467 = 205,1119 ft2 U D Δt 5,2672 150,1335
A=
Luas permukaan setiap pipa (tube) = 5,2672 ft2/ft ×49,212 ft = 206,2008 ft2 Jumlah pipa vertikal =
205,1119 = 0,9447 1 buah 206,2008
11. Blower Reaktor (G-211) Fungsi
: Memompa produk gas dari reaktor menuju kondensor
Jenis
: Blower sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 100 kPa
Temperatur
= 135 oC = 408,15 K
Laju alir (N9)
= 1,1962 kmol/jam
Laju alir volum gas Q
=
1,1962 kmol/jam x 8,314 m 3 kPa/kmol.K x 408,15 K 100 kPa
= 40,5904 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1999)
Efisiensi blower, = 75 Sehingga, P
144 0,75 40,5904 = 0,1328 Hp 33000
Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp
12. Kondensor 1 (E-310) Fungsi
: Mengubah fasa uap Fosgen dan campurannya menjadi fasa cair
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai : 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass Fluida panas
Universitas Sumatera Utara
Laju alir fluida masuk
= 1196,1722 kg/jam = 2637,0812 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 135°C
= 275°F
Temperatur akhir (T2)
= 40°C
= 104°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 2843,0444 kg/jam = 6267,7756 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 70°C
= 158°F
Panas yang diserap (Q) = 476359,7331 kJ/jam = 451500,1356 Btu/jam t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 275F T2 = 104F T1 – T2 = 171F
LMTD
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 158F t1 = 86F t2 – t1 = 72F
Selisih t1 = 117F t2 = 182F t2 – t1 = -99F
Δt 2 Δt 1 - 99 52,8902F Δt 2 18 ln ln 117 Δt 1
R
T1 T2 171 2,3750 t 2 t1 72
S
t 2 t1 72 0,3810 T1 t 1 275 386
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,75 Maka :
t = FT LMTD = 0,75 52,8902 = 39,6677F
Tc dan tc
Tc
T1 T2 275 104 189,5 F 2 2
tc
t 1 t 2 86 158 122 F 2 2
Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in - Jenis tube = 18 BWG - Pitch (PT) = 1 ¼ in triangular pitch
Universitas Sumatera Utara
- Panjang tube (L) = 12 ft
1. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas light organic dan fluida dingin air, diperoleh UD = 5 -75, faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 50 Btu/jamft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A
Q U D Δt
451500,1356 Btu/jam 227,6415 ft 2 Btu 50 39,6677o F 2 o jam ft F
Luas permukaan luar (a) = 0,2618 ft2/ft
(Tabel 10, Kern)
A 227,6415ft 2 Jumlah tube, N t 72,4604 buah L a " 12 ft 0,2618ft 2 /ft 2. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 86 tube dengan ID shell 15 ¼ in. 3. Koreksi UD A L Nt a" 12 ft 86 0,2618ft 2 /ft 270,1776 ft 2
UD
451500,1356 Btu/jam Q Btu 42,1281 2 A Δt 270,1776ft 39,6677F jam ft 2 F
Fluida dingin: sisi tube (1) Flow area tube,at’ = 0,639 in2
N t at' at 144 n at
(Tabel 10, Kern) (Pers. (7.48), Kern)
86 0,639 0,1908 ft 2 144 2
(2) Kecepatan massa
Gt Gt
w at
(Pers. (7.2), Kern)
6267,7756 32847,8254 lbm/jam.ft 2 0,1908
Universitas Sumatera Utara
(3) Bilangan Reynold Pada tc = 122F = 0,57 cP = 1,3789 lbm/ft2jam
(Gbr. 14, Kern)
Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 0,902 in = 0,0752 ft
ID Gt
Re t Re t
(pers.(7.3),Kern)
0,0752 32847,8254 1790,6192 1,3789
(4) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 2,5 pada Ret = 3625,1131 (5) Pada tc = 122F c = 1,05 Btu/lbm.F
(Gbr.2, Kern)
k = 0,379 Btu/jam lbm ft.F
c. k
1
3
1,05 1,3789 0,379
k c. jH (6) t ID k hi
hi
t hio
t hio
t
2,5
hi
t
1
1
(Tabel 4, Kern) 3
1,5632
3
0,379 1,5632 19,7052 0,0752
ID OD
19,7052
0,902 17,7741 1
(7) Karena viskositas rendah, maka diambil
hio
hio
t
t = 1
(Kern, 1965)
t
hio 17,7741 1 17,7741
Fluida panas: sisi shell (1’) Flow area shell
Universitas Sumatera Utara
as
Ds C ' B 2 ft 144 PT
(Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 17 ¼ in B = Baffle spacing = 5 in PT = Tube pitch = 1 1/4 in C = Clearance = PT – OD = 1 – 0,75 = 0,25 in
as
15,25 0,25 5 0,1059ft 2 1441,25
(2’) Kecepatan massa
Gs
w as
Gs
2637,0812 24900,9638lbm/jam.ft 2 0,1059
(Pers. (7.2), Kern)
(3’) Bilangan Reynold Pada Tc = 189,5F = 0,2558 cP = 0,6188
lbm/ft2jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 in dan 1 1 4 in triangular pitch, diperoleh De= 0,72 in. De = 0,72/12 = 0,06 ft
Re s Re s
De Gs
(Pers. (7.3), Kern)
0,06 24900,9638 2415,1766 0,6188
(4) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 22 pada Res = 5930,9893 (5’) Pada Tc = 189,5F c = 0,889 Btu/lbmF k = 0,3790 Btu/jam lbm ft.F
c. k
1
3
0,889 0,68 0,3790
1
3
1,5685
Universitas Sumatera Utara
k c. (6’) jH s De k ho
ho
s
22
1
3
0,3790 1,5685 217,9645 0,06
(7’) Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1
ho
ho
s
(Kern, 1965)
s 217,9645 1 217,9645
(8) Clean Overall Coefficient, UC
UC
h io h o 17,7741 217,9645 16,4339 Btu/jam ft 2 F h io h o 17,7741 217,9645 (Pers. (6.38), Kern]
(9) Faktor pengotor, Rd
Rd
U C U D 42,1281 16,4339 0,0371 U C U D 16,4339 42,1281 (Pers. (6.13), Kern)
Rd hitung Rd batas, maka spesifikasi kondensor dapat diterima
Pressure drop Fluida dingin : sisi tube (1)
Untuk Ret = 1790,6192 f = 0,00035 ft2/in2
(Gbr. 26, Kern)
s = 0,98 t = 1 (2)
f Gt2 L n ΔPt 5,22 1010 ID s φ ΔPt
(3)
(Pers. (7.53), Kern) t
(0,00035) (32847,8254) 2 (12) (2) = 0,0027 psi (5,22 1010 ) (0,0752) (0,98) (1)
Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh
V
2
=0,001
2g'
Universitas Sumatera Utara
4n V 2 ΔPr . s 2g' (4).(2) .0,001 0,98 0,0082 psi PT
= Pt + Pr = 0,0027 psi + 0,0082 psi = 0,01092 psi
Pt yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida panas : sisi shell (1) Untuk Res = 2415,1766 f = 0,00035 ft2/in2
(Gbr. 29, Kern)
s =1 s = 0,99 (2)
N 1 12 x
L B
N 1 12 x
12 = 28,8 5
(Pers. (7.43), Kern)
Ds = 15,25 /28,8 = 0,5990 ft (3)
f. G 2 . D . (N 1) s s P s 10 5,22.10 . D s. e. s
P s
(Pers. (7.44), Kern)
0,00035. (24900,9637) 2 . (0,5990).(28,8) = 0,00053 psi 10 5,22.10 . (0,72) (0,99).(1)
Ps yang diperbolehkan = 10 psi
13. Pompa Kondensor (L-311) Fungsi
: memompa produk dari kondensor menuju KO Drum
Jenis
: pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi
: 40 ºC dan 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa (F)
= 1196,1717 kg/jam
Densitas ()
= 1375,3148 kg/m
Viskositas ()
= 0,0110 cP
Laju alir volumetrik (Q) =
3
= 0,7325 lbm/s = 85,8579 lbm/ft3 (Ullman, 2005) = 0,0000074 lbm/ft.s
0,7325 lbm / s = 0,0085 ft3/s 3 85,8579 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0085 ft3/s )0,45 (85,8579 lbm/ft3)0,13 = 0,8155 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
= 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,006 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0085 ft 3 / s = 1,4220 ft/s 0,006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(85,8579 lbm / ft 3 )(1,4220 ft / s )(0,0874 ft ) 0,0000074lbm/ft.s
= 1443093,5679 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga = 0,000046 Pada NRe = 1443093,5679 dan /D =
(Geankoplis, 1983)
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,004 Friction loss : A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 A1 2g c
1,42202 = 0,55 1 0 2132,174
= 0,0173 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
3 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,42202 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
1,42202 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0,0707 ft.lbf/lbm
= 0,0628 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 80 ft = Ff = 4f D.2.g c 2 80 . 1,4220 = 4(0,004) 0,0874.2.32,174
= 0,4601 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 0,55 1 1 A2 2. .g c = 0,55 1 0
1,42202 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0173 ft.lbf/lbm
= 0,6282 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2 dimana :
(Geankoplis,1983)
v1 = v2 P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft² Z = 40 ft
Maka :
0
32,174 ft / s 2 40 ft 0 0,6282 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -40,6282 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 75 % Ws
= - x Wp
-40,6282
= -0,75 x Wp
Wp
= 54,1710 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
Universitas Sumatera Utara
=
1 hp 1196,1717 lbm/s 54,1710 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 0,0721 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp
14.
Knock-out Drum 1 (V-320) Fungsi
: Memisahkan COCl2 produk dengan gas COCl2 Solution
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade B Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 40°C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir gas, Fgas
= 59,8086 kg/jam
Laju alir cairan, Fcairan = 1136,3636 kg/jam Laju alir gas, Ngas
=f 1,2325 kmol/jam
Laju alir cairan, Ncairan = 11,5281 kmol/jam Tabel LC.3 Komposisi Gas pada Knock-out Drum 1 (V-101) Komponen COCl2 CO Cl2 CH4 H2 Total
BM
Laju Alir (kmol/jam)
% mol
BM x % mol
98.92 28.01 70.914 16.042 2.016
0.5798 0.0213 0.0008 0.0373 0.5933
0.4704 0.0173 0.0007 0.0303 0.4814
1,2325
1
46.5305 0.4852 0.0485 0.4852 0.9704 48.5198
Tabel LC.3 Komposisi Cairan pada Knock-out Drum 1 (V-101) Komponen COCl2 CO2 Cl2 HCl Total
BM
Laju Alir (kmol/jam)
% mol
BM x % mol
98.92 44.011 70.914 36.465
11.4521 0.0272 0.0160 0.0328 11,5281
0.9934 0.0024 0.0014 0.0028
98.2679 0.1038 0.0984 0.1038 98.5731
1
Universitas Sumatera Utara
P BM av (1 atm) (48,5176kg/kmol) RT (0,082 m 3 atm/kmol K)(313,15K)
ρgas =
= 1,8635 kg/m3 = 0,1163 lbm/ft3
cairan
= 3292,4941 kg/m 3 = 205,5432 lbm/ft 3
Volume gas, Vgas
=
BM av N (48,5176 kg/kmol)(1,2325 kmol/jam) ρ 1,8635 kg/m 3
= 32,0908 m3/jam = 0,3148 ft3/detik Volume cairan, Vcairan =
F 1136,3636kg/jam ρ 3292,4941kg/m 3
= 0,3451 m3/jam = 0,0033 ft3/detik Kecepatan linear yang diinjinkan : u 0.14
gas
1
(Walas,1988) = 0.14
164,0185 1 0,0526 ft/detik 0,1163
Diameter tangki : D=
V gas ( / 4)u
0,3148 2,7611 ft = 0,8416 m ( / 4)(0,0526)
Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft Waktu tinggal = 15 menit Tinggi cairan, Lcairan =
(Walas,1988) (Walas,1988)
= 900 s
0,0033 ft 3 / s 900s V = 0,5091 ft ( / 4) D 2 ( / 4)(2,7611ft ) 2 = 0,1552 m
Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap = 0,5091 + 5.5 = 6,0091 ft
L 6,0091 2,1763 D 2,7611 Karena L/D <3 maka spesifikasi tangki vertikal dapat diterima sehingga tidak dilakukan trial terhadap diameter
(Walas, 1988)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan tebal shell tangki : PHidrostatik = x g x l = 3292,4941 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,1552 m = 5,0074 kPa P0
= Tekanan operasi
= 105,0074 kPa
Faktor kelonggaran
= 20%
Pdesign = (1,2) (105,0071)
= 126,0089 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S)
= 120.645 KPa
(Brownel & Young,1959)
a. Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (126,0089 kPa) (0,8416 m) 2(120.645kPa)(0,8) 1,2(126,0089 kPa) 0,0005 m 0,0216 in
t
Faktor korosi
= 0,125 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0216 in + 0,125 in = 0,1466 in Tebal shell standar yang digunakan =
1
2
in
(Brownel & Young,1959)
b. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 0,8416 m
Ratio axis
= Lh:D
= 1: 4
Lh
Lh 1 = D 0,8416 = 0,2104 m D 4
L (panjang tangki) = Ls + 2Lh Ls (panjang shell)
= 1,8316 m – 2(0,2104 m) = 1,4108 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup
1
2
in.
15. Blower COCl2 Solution (G-321) Fungsi
: Memompa produk COCl2 solution dari KO Drum menuju cooler 1
Jenis
: Blower sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 100 kPa
Temperatur
= 40 oC = 313,15 K
Laju alir
= 0,0598 kmol/jam
Laju alir volum gas Q
=
0,0598 kmol/jam x 8,314 m 3 kPa/kmol.K x 313,15 K 100 kPa
= 1,5571 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1999)
Efisiensi blower, = 75
Sehingga, P
144 0,75 1,5571 = 0,0051 Hp 33000
Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp
16. Cooler COCl2 Solution (E-322) Fungsi
: Menurunkan temperatur COCl2 Solution sebelum diumpankan ke absorber
Jenis
: DPHE
Dipakai
: pipa 2 x 1 1
Jumlah
: 1 unit
4
in IPS, 12 ft hairpin
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 59,8086 kg/jam
= 131,8561 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 40°C
= 104°F
Temperatur akhir (T2)
= 32°C
= 89,6°F
Laju alir fluida dingin
= 12,5168 kg/jam
= 27,5950 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Fluida dingin
Universitas Sumatera Utara
Temperatur akhir (t2)
= 70°C
= 158°F
Panas yang diserap (Q)
= 2097,2164 kJ/jam
= 1987,7698 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 104F T2 = 89,6F T1 – T2 = 14,4F
Fluida Dingin t2 = 158F t1 = 86F t2 – t1 = 72F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
LMTD
Selisih t1 = -54F t2 = 3,6F t2 – t1 = 57,6F
t 2 t1 57,6 21,2699 F t 2 3,6 ln ln 54 t1
(2) Tc dan tc
Tc
T1 T2 104 82,4 96,8 F 2 2
tc
t 1 t 2 86 158 122 F 2 2
Fluida dingin : anulus, air (3) flow area D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,66 0,1383ft 12
aa
D 2 2 D1 2 4
(Tabel 11, kern)
0,1723
D Equivalen diam
0,13832 0,0083ft 2 4
2
D1 D1
2 2
2
0,1723
A’=0,435 ft2
0,13832 0,0761 0,1383 2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
131,8561 lbm 15945,5388 0,0083 jam . ft 2
(5) Pada tc = 96,8 0F , μ = 0,0110 cP
(Gbr. 15, kern)
Universitas Sumatera Utara
μ = 0,0110 cP = 0,0110 x 2,42 = 0,0266 lbm/ft.jam Da G a
Re a
0,0761 15945,5388 45613,7329 0,0266
Re a
(6) JH = 120
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 96,8 0F , c = 0,0138 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0089 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c. k
1
3
(8) h o J H
0,0138. 0,0266 0,0089 k c. De k
120
1
3
W
1
3
0,3456
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
0,0089 0,3456 1 0,0761
4,8470 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, COCl2 Solution (3’)
D
1,38 0,115 ft 12
ap
D 2 4
(Tabel 11, kern)
0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp
W ap
Gp
27,5950 lbm 2658,0583 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 122 0F , μ = 0,0089 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0089 cP = 0,0089 x 2,42 = 0,0215 lbm/ft.jam
Re p Re p (6’) JH = 55
Dp G p
0,115 2658,0583 14192,4369 0,0215 (Gbr.24, kern)
Universitas Sumatera Utara
(7’) Pada tc = 122 0F , c = 0,0141 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
2 0
k = 0,0175 Btu/(jam)(ft )( F/ft)
c. k
1
3
0,0141. 0,0215 0,0175
(8’) h i J H
k c. De k
55
1
3
W
1
3
0,2589
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
0,0175 0,2589 1 0,115
2,1699 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io h i
ID 1,38 2,1699 1,8014 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) OD 1,66
(10) clean averall coefficient, Uc
UC
h io h o 1,8014 4,8470 1,3133 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io h o 1,8014 4,8470
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 RD 0,002 UD UC 1,3133 U D 1,3098 btu/jam ft2 F
(12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A
Q 1987,7698 71,3475 ft 2 U D t 1,3098 21,2699
Panjang yang diperlukan
71,3475 164,0174 ft 0,435
Berarti diperlukan 7 pipa hairpin ukuran 12 ft. (13) luas sebenarnya = 10 x 24 x 0,435 = 104,4 ft2
Pressure drop Fluida dingin : anulus, air (1) De’ = 0,0339 Rea’ = 56428,5220
Universitas Sumatera Utara
F 0,0035
0,264 0,0062 56428,5220,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa (3) V
4 fGa L 2 g 2 De
4 0,0062 x 15945,53882 168 0,0117 ft 2 4.18 108 62,52 0,0339
Ga 15945,5388 0,0709 Fps 3600 3600 62,5
V 2 0,07092 10 0,0005 ft Fi 10 2g ' 2 32,2
ΔPa
(0,0117 0,0005) 62,5 0,0053 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida panas : inner pipe, klorin (1’) Rep’= 14192,4369 0,264 F 0,0035 0,0066 32285,050,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 0,98 , ρ = 1380 (2’) ΔFp
4 fGp 2 L 4 0,0069x 2658,05832 168 0,0000002 ft 2 g 2 D 2 4.18.108 13802 0,115
(3’) ΔPp
0,0000002 1380 0,0000021psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
17. Pompa COCl2 (L-323) Fungsi
: memompa produk dari KO Drum menuju Cooler 2
Jenis
: pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi
: 32 ºC dan 1 atm
Laju alir massa (F)
= 1136,3636 kg/jam
= 0,6959 lbm/s
Densitas ()
= 1377,6972 kg/m3
= 86,0066 lbm/ft3 (Ullman, 2005)
Universitas Sumatera Utara
Viskositas ()
= 0,0110 cP
Laju alir volumetrik (Q) =
= 0,0000074 lbm/ft.s
0,6959 lbm / s = 0,0081 ft3/s 86,0066 lbm / ft 3
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0081ft3/s )0,45 (86,0066 lbm/ft3)0,13 = 0,7965 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
= 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,006 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0081 ft 3 / s = 1,3486 ft/s 0,006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(86,0066 lbm / ft 3 )(1,3486 ft / s )(0,0874 ft ) 0,0000074lbm/ft.s
= 1370795,8494 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga = 0,000046 Pada NRe = 1370795,8494 dan /D =
(Geankoplis, 1983)
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,004 Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2g c
= 0,55 1 0
1,34862 2132,174
1,34862 v2 1 elbow 90° = hf = n.Kf. = 1(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0155 ft.lbf/lbm
= 0,0212 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 80 ft = Ff = 4f
1,34862 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0565 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 80 . 1,3486 = 4(0,004) 0,0874.2.32,174
= 0,4138 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 0,55 1 1 A2 2. .g c = 0,55 1 0
1,34862 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0155 ft.lbf/lbm
= 0,5226 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2 dimana :
(Geankoplis,1983)
v1 = v2 P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft² Z = 40 ft
Maka :
32,174 ft / s 2 40 ft 0 0,5226 ft.lbf / lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -40,5226 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 75 % = - x Wp
Ws -40,5226 Wp
= -0,75 x Wp = 54,0302 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1136,3636 lbm/s 54,0302 ft.lbf/lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0684 Hp
Universitas Sumatera Utara
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp
18. Cooler COCl2 (E-324) Fungsi
: Menurunkan temperatur COCl2 Solution sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan
Jenis
: DPHE
Dipakai
: pipa 2 x 1 1
Jumlah
: 1 unit
4
in IPS, 12 ft hairpin
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 1136,3636 kg/jam = 2505,2660 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 40°C
= 104°F
Temperatur akhir (T2)
= 32°C
= 89,6°F
Laju alir fluida dingin
= 157,3857 kg/jam
= 346,9779 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 70°C
= 158°F
Panas yang diserap (Q)
= 26370,3919 kJ/jam = 24994,2107 Btu/jam
Fluida dingin
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 104F T2 = 89,6F T1 – T2 = 14,4F
LMTD
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 158F t1 = 86F t2 – t1 = 72F
Selisih t1 = -54F t2 = 3,6F t2 – t1 = 57,6F
t 2 t1 57,6 21,2699F t 2 3,6 ln ln 54 t 1
(3) Tc dan tc
Tc
T1 T2 104 89,6 96,8 F 2 2
tc
t 1 t 2 86 158 122 F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
Universitas Sumatera Utara
(3) flow area D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,66 0,1383ft 12
aa
D 2 2 D1 2 4
(Tabel 11, kern)
0,1723
0,13832 0,0083ft 2 4
2
D Equivalen diam
D1 D1
2 2
2
0,1723
0,13832 0,0761 0,1383 2
A’=0,435 ft2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa
Ga
W aa
Ga
2505,2660 lbm 302965,2905 0,0083 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 96,8 0F , μ = 0,0110 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0110 cP = 0,0110 x 2,42 = 0,0266 lbm/ft.jam Re a Re a
Da G a
0,0761 302965,2905 866661,0780 0,0266
(6) JH = 1100
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 93,2 0F , c = 0,0138 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
2 0
k = 0,0089 Btu/(jam)(ft )( F/ft)
c. k
1
3
(8) h o J H
0,0138. 0,0266 0,0089 k c. De k
1100
1
3
W
1
3
0,3456
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
0,0089 0,3456 1 0,0761
44,4308 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : inner pipe, Cl2 D
(3’)
1,38 0,115 ft 12
ap
D 2 4
(Tabel 11, kern)
0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp
W ap
Gp
346,9779 lbm 33422,3099 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 122 0F , μ = 0,0089 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0089 cP = 0,0089 x 2,42 = 0,0215 lbm/ft.jam
Re p Re p
Dp G p
0,115 33422,3099 178455,0856 0,0215
(6’) JH = 420
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 122 0F , c = 0,0141 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0175 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c. k
1
3
0,0141. 0,0215 0,0175
(8’) h i J H
k c. De k
420
1
3
W
1
3
0,2589
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
0,0175 0,2589 1 0,115
16,5470 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io h i
ID 1,38 16,5470 13,7559 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) OD 1,66
(10) clean overall coefficient, Uc
UC
h io h o 13,7559 44,4308 10,5039 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io h o 13,7559 44,4308
(11) UD
Universitas Sumatera Utara
Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 RD 0,002 UD UC 10,5309 U D 10,2878 btu/jam ft2 F
(12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A
Q 24994,2107 114,2229 ft 2 U D t 10,2878 21,2699
Panjang yang diperlukan
114,2229 262,5813 ft 0,435
Berarti diperlukan 11 pipa hairpin ukuran 12 ft. (13) luas sebenarnya = 11 x 24 x 0,435 = 114,8400 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air (1) De’ = 0,0339 Rea’ = 386009,4954 F 0,0035
0,264 0,0043 1072248,61350,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1, ρ = 1 x 1380 = 1380 4 0,0043 x 302965,2905 2 264 0,0084 ft (2) ΔFa 2 g 2 De 2 4.18 108 13802 0,0339 2
4 fGa L
(3) V
Ga 302965,2905 0,0610 Fps 3600 3600 1380
V 2 0,06102 11 0,0006 ft Fi 11 2g ' 2 32,2
ΔPa
(0,0084 0,0006) 1380 0,0868 psi 144
Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida panas : inner pipe, Cl2 (1’) Rep’= 178455,0856 0,264 F 0,0035 0,0046 495713,6734 0,42
(pers.(3.47b),kern)
Universitas Sumatera Utara
s = 0,98 , ρ = 1380 (2’) ΔFp
4 fGp 2 L 4 0,0047x 33422,30992 264 0,0000331 ft 2 g 2 D 2 4.18.108 13802 0,115
(3’) ΔPp
0,0000331 1380 0,0003176psi 144
Pp yang diperbolehkan = 10 psi
19. Absorber COCl2 Solution(V-330) Fungsi
: Menyerap gas COCl2 sisa
Bentuk
: Silinder tegak
Bahan Konstruksi : Stainless steel
Larutan C7H8 : Laju alir massa (Gx)
= 229,4020 kg/jam
Densitas ( x )
= 581,2 kg/m 3
Viskositas ( x )
= 0,585 cp = 0,000585 Pa.s
Laju alir volume (Q)
=
229,4020 kg / jam = 0,3947 m3/jam 581,2kg / m 3
Umpan absorber : Laju alir massa (Gy)
= 59,8086 kg/jam
Densitas ( y )
= 1330,1798 kg/ m 3
COCl2 dan Cl2 masuk (Yb)
= 95,9997 % mol
0,2
0,2 MrCOCl 2 98,92 0,1898% mol Ya = 1000 1000 Mrudara 28,86
Ukuran absorber : Gx Gy
y x y
dimana :
229,4020 1330,1798 5,1132 59,8086 581,2 1330,1798
Gx = kecepatan massa zat cair (kg/jam) Gy = kecepatan massa gas ( kg/jam)
Universitas Sumatera Utara
x = densitas zat cair (kg/m3) y = densitas gas (kg/m3) Dari gambar 22.4 Mc.Cabe, 1999
G 2 .F p .( x ) 0,1
y ( x y )
dimana :
0,21
Fp = faktor isian
x = viskositas zat cair (Pa.s) Digunakan cincin rasching keramik 0,5 in. Fp =580
(Tabel 22.1, Mc.Cabe)
G 2 .580.(0,00085) 0,1 0,21 1330,1798(581,2 1330,1798) G = 731,5262 kg/m2.s
Luas penampang menara (S) S=
G y 0,0166 kg / s 0,000045m 2 G 731,5262 2 2
Diameter Absorber (D) D=
S 0,7854
0,000045 0,0075m 0,7854
Tinggi tahapan teoritis (HETP) HETP = D0,3 = 0,0075
( Ulrich,1984) 0,3
= 0,2304 m
Jumlah tahapan teoritis N
95,9997 Yb = ln ln 6,2261 Ya 0,1898
Tinggi Absorber (h) h
= N x HETP = 6,2261 x 0,2304
Universitas Sumatera Utara
= 1,4344 m Tebal dinding Absorber Tekanan desain Densitas ( gas umpan masuk + C7H8 ) 1 = 1911,3798 kg/m3 Densitas cincin rasching keramik, 2
= 55 lb/ft3 = 881,0175 kg/m3
P = 1,0132.105 Pa + 1 gh + 2 gh = 2,5.105 Pa + 1911,3798 . 9,81 . 1,4344 + 881,0175 . 9,81 . 1,4344 = 2,8929.105 Pa = 2,9 bar Jari-jari kolom (R) R = 0,5 D = 0,0894 m = 89,39 mm Tegangan maksimum yang diizinkan, bahan stainless steel, S = 1250 bar Tebal dinding kolom Td = =
PR 3 0,9s 0,6P
( Ulrich,1984)
2,9 .89,39 3 0,9.1250 0,6.2,9
= 3,2307 mm
20. Pompa Pelarut C7H8 (L-331) Fungsi
: memompa pelarut dari tangki penyimpanan menuju absorber
Jenis
: pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi
: 32 ºC dan 1 atm
Laju alir massa (F)
= 229,4020 kg/jam
= 0,1405 lbm/s
Densitas ()
= 581,2 kg/m3
= 36,2830 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,5850 cP
= 0,00039 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,1405 lbm / s = 0,0039 ft3/s 3 36,2830 lbm / ft
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0039 ft3/s )0,45 (36,2830 lbm/ft3)0,13 = 0,5110 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
= 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,006 ft2
0,0039 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 0,6453 ft/s 0,006 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (36,2830 lbm / ft 3 )(0,6453 ft / s )(0,0874 ft ) 0,00039 lbm/ft.s
= 5206,5385 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga = 0,000046 Pada NRe = 5206,5385 dan /D =
(Geankoplis, 1983)
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,0085 Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2g c
0,64532 2132,174
= 0,0036 ft.lbf/lbm
0,64532 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0129 ft.lbf/lbm
= 0,55 1 0
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 80 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0085)
80. 0,64532 0,0874.2.32,174
= 0,2014 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 0,55 1 1 A2 2. .g c = 0,55 1 0
0,64532 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0036 ft.lbf/lbm
= 0,2214 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2 dimana :
(Geankoplis,1983)
v1 = v2 P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft² Z = 40 ft
Maka :
0
32,174 ft / s 2 40 ft 0 0,2214 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -40,2214 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 75 % = - x Wp
Ws -40,2214 Wp
= -0,75 x Wp = 53,6286 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 229,4020 lbm/s 53,6286 ft.lbf/lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0137 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp
21. Pompa COCl2 Solution (L-332) Fungsi
: memompa produk dari absorber menuju tangki penyimpanan
Jenis
: pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi
: 32 ºC dan 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa (F)
= 286,7525 kg/jam
= 0,1756 lbm/s
Densitas ()
= 740,9600 kg/m3
= 46,2565 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,2642 cP
= 0,00018 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,1756 lbm / s = 0,0038 ft3/s 3 46,2565 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 ()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0038 ft3/s )0,45 (46,2565 lbm/ft3)0,13 = 0,5227 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
= 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,006 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0038 ft 3 / s = 0,6327 ft/s 0,006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
(46,2565 lbm / ft 3 )(0,6327 ft / s )(0,0874 ft ) = 0,00018 lbm/ft.s = 14408,2664 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga = 0,000046 Pada NRe = 14408,2664 dan /D =
(Geankoplis, 1983)
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,0065 Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2g c
Universitas Sumatera Utara
= 0,55 1 0
0,63272 2132,174
0,63272 v2 1 elbow 90° = hf = n.Kf. = 1(0,75) 2(32,174) 2.g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 80 ft = Ff = 4f
0,63272 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0034 ft.lbf/lbm
= 0,0047 ft.lbf/lbm
= 0,0124 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0065)
80. 0,63272 0,0874.2.32,174
= 0,1480 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 0,55 1 1 A2 2. .g c = 0,55 1 0
0,63272 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0034 ft.lbf/lbm
= 0,1720 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2 dimana :
(Geankoplis,1983)
v1 = v2 P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft² Z = 40 ft
Maka :
0
32,174 ft / s 2 40 ft 0 0,1720 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -40,1720 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 75 % = - x Wp
Ws -40,1720 Wp Daya pompa : P
= -0,75 x Wp = 53,5627 ft.lbf/lbm = m x Wp
Universitas Sumatera Utara
=
1 hp 286,7525 lbm/s 53,5627 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 0,0171 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp
22. Absorber Cl2 (V-340) Fungsi
: Menyerap gas Cl2 sisa
Bentuk
: Silinder tegak
Bahan Konstruksi : Stainless steel
Larutan NaOH + air : Laju alir massa (Gx)
= 5,9201 kg/jam
Densitas ( x )
= 1219 kg/m 3
Viskositas ( x )
= 0,585 cp = 0,000585 Pa.s
Laju alir volume (Q)
=
5,9201kg / jam = 0,0048 m3/jam 3 1219kg / m
Umpan absorber : Laju alir massa (Gy)
= 59,8086 kg/jam
Densitas ( y )
= 1330,1798 kg/ m 3
COCl2 dan Cl2 masuk (Yb)
= 95,9997 % mol
0,2
0,2 MrCOCl 2 98,92 0,1898% mol Ya = 1000 1000 Mrudara 28,86
Ukuran absorber : Gx Gy
y x y
dimana :
5,9201 1330,1798 0,3420 59,8086 1219 1330,1798
Gx = kecepatan massa zat cair (kg/jam) Gy = kecepatan massa gas ( kg/jam)
x = densitas zat cair (kg/m3) y = densitas gas (kg/m3)
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 22.4 Mc.Cabe, 1999
G 2 .F p .( x ) 0,1
y ( x y )
dimana :
0,21
Fp = faktor isian
x = viskositas zat cair (Pa.s) Digunakan cincin rasching keramik 0,5 in. Fp =580
(Tabel 22.1, Mc.Cabe)
G 2 .580.(0,00085) 0,1 0,21 1330,1798(1219 1330,1798) G = 108,5889 kg/m2.s
Luas penampang menara (S) S=
G y 0,0166 kg / s 0,0003 m 2 G 108,5889 2 2
Diameter Absorber (D) D=
S 0,7854
0,0003 0,0195m 0,7854
Tinggi tahapan teoritis (HETP) HETP = D0,3
( Ulrich,1984)
= 0,01950,3 = 0,3069 m Jumlah tahapan teoritis N
95,9997 Yb = ln ln 6,2261 Ya 0,1898
Tinggi Absorber (h) h
= N x HETP = 6,2261 x 0,3069
Universitas Sumatera Utara
= 1,9107 m Tebal dinding Absorber Tekanan desain Densitas ( gas umpan masuk + NaOH + air ) 1 = 2549,1798 kg/m3 Densitas cincin rasching keramik, 2
= 55 lb/ft3 = 881,0175 kg/m3
P = 1,0132.105 Pa + 1 gh + 2 gh = 2,5.105 Pa + 2549,1798. 9,81 . 1,9107 + 881,0175 . 9,81 . 1,9107 = 3,1429.105 Pa = 3,2 bar Jari-jari kolom (R) R = 0,5 D = 0,0894 m = 89,39 mm Tegangan maksimum yang diizinkan, bahan stainless steel, S = 1250 bar Tebal dinding kolom Td = =
PR 3 0,9s 0,6P
( Ulrich,1984)
3,2 .89,39 3 0,9.1250 0,6.3,2
= 3,2546 mm
23. Blower Gas Sisa (G-341) Fungsi
: Memompa sisa gas dari Absorber V-340 menuju combuster
Jenis
: Blower sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 100 kPa
Temperatur
= 40 oC = 313,15 K
Laju alir
= 0,0024 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volum gas Q
=
0,0024 kmol/jam x 8,314 m 3 kPa/kmol.K x 313,15 K 100 kPa
= 0,0607 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1999)
Efisiensi blower, = 75
Sehingga, P
144 0,75 0,0607 = 0,0002 Hp 33000
Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp
24. Tangki Pelarutan NaOH (MT-350) Fungsi
: Mencampur NaOH dengan air proses
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
:Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data: Kondisi operasi : Temperatur
= 32 oC
Tekanan
= 1 atm = 14,696 psia
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor kelonggaran Komponen NaOH H2O Total
Laju massa (kg/jam) 1,1840 4,7361 5,9201
= 20% %Berat
Densitas campuran (ρcampuran)
0,0199 0,9801 1,0000
Densitas Viscositas (kg/m3) (cp) 1770 2,3576 995,65 0,7679 2765,65 3,1255
Volume (m3) 0,00066 0,00475 0,00541
nilai ln 0,0897 4,0168 4,1065
= 2765,65 kg/m3 = 172,6535 lbm/ft3
Viskositas campuran (µcampuran) = 3,1255 cp Perhitungan:
Universitas Sumatera Utara
a. Volume tangki
kg x 1 jam jam kg 2765,65 3 m
5,9201 Volume larutan, Vl
=
= 0,00214 m3 Faktor kelonggaran
= 20 %
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) x 0,00214 m3 = 0,00256 m3
b. Diameter dan Tinggi Shell Volume silinder V
=
1 Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2) 4
Vs
=
3 Dt3 8
Volume tutup tangki (Ve) Ve
=
1 Dt3 24
(Brownell & Young, 1959)
Volume tangki (V) V
= Vs + Ve
0,00256 = Dt
10 Dt3 24
= 0,1538 m = 6,0551 in
Tinggi silinder (Hs) : Hs =
3 3 x Dt = x 0,1538 = 0,2307 m = 9,0827 in 2 2
Tinggi head (He) : (He : Dt = 1 : 4) He =
1 1 x Dt = x 0,1538 = 0,0384 m 4 4
Tinggi total tangki (Ht) Ht = Hs + He = 0,2307 + 0,0384 = 0,2691 m
c. Tebal shell tangki
Universitas Sumatera Utara
(Peters et.al, 2004) dimana: ts
= tebal shell (m)
P
= tekanan desain (kPa)
R
= jari-jari dalam tangki (m)
S
= allowable stress (kPa)
E
= joint efficiency
C
= corrosion allowance (m/tahun)
n
= umur alat (tahun)
Volume larutan
= 0,00214 m3
Volume tangki
= 0,00256 m3
Tinggi larutan dalam tangki =
= 0,2249 m
Tekanan hidrostatik P = xgxl = 2765,65 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,2249 m = 6095,5479 Pa = 0,8 psi Faktor kelonggaran = 20 % Pdesain
= (1,2) (0,8 + 14,696) = 18,5952 psi = 130 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C -
Allowable working stress (S) = 13.700 psia
(Walas, 1990)
= 94.458,2120 kPa -
Joint efficiency (E)
= 0,85
-
Corossion allowance (C)
= 0,02 in/tahun
(Peters et.al, 2004) (Perry,1999)
= 0,000508 m/tahun Tebal shell tangki:
= 0,0025 m = 0,1797 in
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell & Young, 1959)
d. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell & Young, 1959)
f. Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk : turbin impeller daun enam Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh : Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,1538 m = 0,0512 m = 3,9155 ft
L/Da = 1/4
; L = 1/4 x 0,0512 m = 0,0128 m = 0,9788 ft
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,0512 m = 0,0128 m = 0,7831 ft
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 x 0,1538 m = 0,0128 m = 0,9788 ft
dimana: Dt = diameter tangki Da = Diameter impeller L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Densitas campuran (ρcampuran)
= 2765,65 kg/m3 = 172,6535 lbm/ft3
Viskositas campuran (µcampuran) = 3,1255 cp Kecepatan pengadukan, N
= 0,003125 kg/m.s
= 0,1 putaran/s
Bilangan Reynold, NRe =
=
= 232,00000824
NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: P
N 3 .D 5 . .N p 550.g c
(Wallas, 1990)
Berdasarkan gambar 10.5 c Wallas (1990), maka diperoleh Np = 7,5
P
(0,1) 3 .(0,1654) 5 .(172,6535).(7,5). 9,058209 hp 550 (32,1740)
Efisiensi motor penggerak = 80% Daya motor penggerak = 9,0582-09 hp / 0,8 = 1,1322-08 hp
Universitas Sumatera Utara
Maka dipilih daya motor dengan tenaga 0,1 hp.
25. Belt Conveyor (BC-351) Fungsi
: mengangkut NaOH padatan dari gudang ke mixing tank
Jenis
: Troughed belt on 20o idlers
Laju alir
: 1,1840 kg/jam
Perhitungan: Over design = 10% Kapasitas over design = (1,1 × 1,1840) = 1,3024 kg/jam Dari Perry, dipilih spesifikasi belt conveyor sebagai berikut: a. Belt width Belt yang digunakan dengan lebar 24 in karena dapat digunakan untuk mengangkut material yang mempunyai ukuran bongkahan sampai dengan 4 in. b.
Cross sectional area of load Luas permukaan belt untuk menampung material adalah 0,33 ft2 (0,030 cm2).
c. Belt plies Jumlah lapisan dalam konstruksi belt untuk lebar 24 in adalah 4-7 lapis. d. Maximum lump size -
size material 80% under: 4,5 in (114 mm). Ukuran material yang seragam minimal 80% dari total material yang masuk ke dalam belt.
-
unsize material, not over 20%: 8,0 in (20 mm). Ukuran material yang tidak seragam tidak lebih dari 20%.
e. Belt speed Kecepatan belt untuk mengangkut material adalah 300 ft/min - 400 ft/min. f. Horse power Daya yang diperlukan untuk menggerakkan belt conveyor adalah 1,5 hp. g. Panjang belt Panjang belt yang dipilih sebesar 38 ft ≈ 6,1 m.
26. Tangki Penyimpanan Pelarut C7H8 (F-410)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Menyimpan C7H8 untuk kebutuhan 30 hari
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,0432 atm
Temperatur
= 32C
Laju alir massa
= 229,402 kg/jam
= 863,1 kg/m3 (Ullman, 2005).
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan: a. Volume tangki Volume bahan,Vl=
229,402 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 191,3676 m3 3 863,1 kg / m
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 191,3676 m3 = 229,6412 m3 b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4) Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 D2 H 4
Vs
=
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) Tinggi head (Hh) = 1/4 D Vh =
4
D2 H h
= /4 D2(1/4 D)
Universitas Sumatera Utara
= /16 D3 -
(Walas,1988)
Diameter dan tinggi shell V
= Vs + Vh
229,6412
=
5 3 D 3 + D 16 16
D
= 5,7982 m = 228,273 in
Hs
= 5/4 x 5,7982 m = 7,2476 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 5,7982 m
Hh
Hh 1 = D 5,7982 = 1,4495 m D 4
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 8,6972 m
d. Tebal shell tangki Tinggi bahan dalam tangki = PHidrostatik
191,3676 m 3 x 7,2476 m = 6,0397 m 229,6412 m 3
=xgxl = 863,1 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,0397 m= 51,0864 kPa
P0
= Tekanan operasi = 0,0432 atm = 4,32 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2)(51,0864 + 4,32)
= 66,4877 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
PD 0,125 2SE 1,2P (66,4877 kPa) (228,273 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(66,4877 kPa) 0,1897 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
e. Tebal tutup tangki
Universitas Sumatera Utara
PD 0,125 2SE 1,2P (66,4877 kPa) (228,273 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(66,4877 kPa) 0,1897 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
27. Tangki Penyimpanan COCl2 Solution (F-420) Fungsi
: Menyimpan COCl2 Solution untuk kebutuhan 30 hari
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 32C
Laju alir massa
= 286,7525 kg/jam
= 966,480 kg/m3 (Ullman, 2005).
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan: a. Volume tangki Volume bahan,Vl=
286,7525 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 213,6224 m3 966,480 kg / m 3
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 213,6224 m3 = 256,3469 m3 b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4) Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 D2 H 4
Universitas Sumatera Utara
Vs -
=
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) Tinggi head (Hh) = 1/4 D Vh =
4
D2 H h
= /4 D2(1/4 D) = /16 D3 -
(Walas,1988)
Diameter dan tinggi shell V
= Vs + Vh
256,3469
=
5 3 D 3 + D 16 16
D
= 6,0147 m = 236,8 in
Hs
= 5/4 x 6,0147 m = 7,5184 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 6,0147 m
Hh
Hh 1 = D 6,0147 = 1,5037 m D 4
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 9,0221 m
d. Tebal shell tangki Tinggi bahan dalam tangki = PHidrostatik
213,6224 m 3 x 7,5184 m = 6,2653 m 256,3469 m 3
=xgxl = 966,480 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,2653 m= 59,3421 kPa
P0
= Tekanan operasi =
1 atm
= 100 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2)(59,3421 + 100)
= 191,2105 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD 0,125 2SE 1,2P (191,2105 kPa) (236,8 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(191,2105 kPa) 0,3183 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
e. Tebal tutup tangki
PD 0,125 2SE 1,2P (191,2105 kPa) (236,8 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(191,2105 kPa) 0,3183 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
28. Tangki Penyimpanan COCl2 (F-430) Fungsi
: Menyimpan COCl2 untuk kebutuhan 30 hari
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 32C
Laju alir massa
= 1136,3636 kg/jam
= 1377,697 kg/m3 (Ullman, 2005).
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan: a. Volume tangki Volume bahan,Vl=
1136,3636 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 593,8764 m3 3 1377,697 kg / m
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 593,8764 m3 = 712,6517 m3 b. Diameter dan tinggi shell
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan : Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4) Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 D2 H 4
Vs
=
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) Tinggi head (Hh) = 1/4 D Vh =
4
D2 H h
= /4 D2(1/4 D) = /16 D3 -
(Walas,1988)
Diameter dan tinggi shell V
= Vs + Vh
712,6517
=
5 3 D 3 + D 16 16
D
= 8,4573 m = 332,96 in
Hs
= 5/4 x 8,4573 m = 10,572 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 8,4573 m
Hh
Hh 1 = D 8,4573 = 2,1143 m D 4
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 12,6860 m
d. Tebal shell tangki
593,8764 m 3 Tinggi bahan dalam tangki = x 10,572 m = 8,8096 m 712,6517 m 3 PHidrostatik =xgxl = 1377,697 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 8,8096 m= 118,94 kPa P0
= Tekanan operasi =
1 atm
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2)(118,94 + 100)
= 100 kPa
= 262,7321 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
PD 0,125 2SE 1,2P (262,7321 kPa) (332,96 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(262,7321 kPa) 0,4986 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
e. Tebal tutup tangki
PD 0,125 2SE 1,2P (262,7321 kPa) (332,96 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(262,7321 kPa) 0,4986 in
t
Tebal shell standar yang digunakan
= 1 in
(Brownel & Young,1959)
29. Gudang Penyimpanan NaOH (F-440) Fungsi
: menyimpan NaOH untuk kebutuhan selama 30 hari
Bentuk bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap Bahan konstruksi : Beton Jumlah
: 1 unit
Kondisi penyimpanan: Temperatur
= 32°C
Tekanan
= 1 atm = 14,696 psia
Densitas NaOH
= 1291 kg/m3 (Ulmann, 2005)
Laju alir NaOH
= 1,1840 kg/jam
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan Desain Bangunan :
Universitas Sumatera Utara
Volume gudang (Vt) = 1,2 (0,00091 m3/jam) (30 hari) (24 jam) ÷ 1 = 0,7862 m3 Direncanakan Panjang gudang : Lebar gudang: Tinggi gudang = 3 : 2 : 1 Vt = PxLxT 0,7862 m3 = 3/2 L x L x ½ L L = 1,0486 m P = 3/2 (1,0486 m) = 1,5729 m T = 1/2 (1,0486 m) = 0,5243 m
30. Combuster (C-360) Fungsi
: Membakar sisa gas keluaran Asober V-340
Kondisi Operasi: Suhu Umpan : 305,15 K Suhu Ref
: 298 K
Tekanan
: 1 atm
Panas yang dibutuhkan :
Q
= 639.294,4209 kkal/jam x
1btu 1000kal x 252,16 kal 1 kkal
= 2.535.272,926 Btu/jam
Metode Perhitungan Metode Lobo Evans (Kern, 1965) Ketentuan: 1. Suhu rata-rata tube = suhu absorber + aproach (dipakai aproach 50 K) Maka suhu rata-rata tube, Ts = 305,15 + 50 = 355,15 K = 520,15 oF 2. Efisiensi panas overall diperkirakan 60% 3. Flux panas rata-rata pada seksi radiasi 1200 Btu/Jam.ft2
(Kern, 1950)
Total panas yang dibutuhkan, Qt = Q/60% =
2.535.272,926 Btu/jam 60 %
Universitas Sumatera Utara
= 4.225.454,876 Btu/jam = 4,2254 MBtu/jam Fuel gas pada 25 % excess udara, fig 1.6 evans dicatat 1010 lb/MBtu Jadi kebutuhan gas
= Qt x 1010 lb/Mbtu = 4,2254 MBtu/jam x 1010 lb/Mbtu = 4.267,654 lb/jam =
4.267,654 lb/jam 3600 s/jam
= 1,1854 lb/s Spesifikasi pipa yang dipakai: Diameter luar, (OD)
= 3,5 in
Diameter dalam, (OD) = 2,9 in Nominal size
= 3 in
Schedule number
= 80
Panjang pipa, (L)
= 20 ft
Area permukaan, transfer panas setiap pipa, (At): At
OD = . .L 12 3,5 = 3,14. .20 12 = 18,3167 ft2
Perkiraan jumlah tube yang dibutuhkan, (Nt) Nt
=
Qt flux. At
=
4.225.454,876 Btu/jam 1200 18,3167ft 2
= 192,2405 tube Dipakai jumlah tube, (Nt) 192 tube dengan Single Row Arrangement Sehingga Combuster dapat digambarkan:
Pitch (jarak antar pipa), (PT) dipakai 1,5 x OD PT
= 1,5 x 3,5
Universitas Sumatera Utara
= 5,25 in Ukuran Combuster : 1. Tinggi Combuster, (H) H = OD x 56 + (56-1) x (PT – OD) = 3,5 x 56 + 55 x (5,25 – 3,5) =
292,25 in 12 in / ft
(1 ft = 12 in)
= 24,3542 ft Dipakai over design 10%, maka tinggi furnace: H = 1,1 x 24,3542 ft = 26,7896 ft Maka dipakai tinggi furnace 27 ft 2. Panjang Combuster, (L) L
= OD x 80 + (80-1) x (PT – OD) = 3,5 x 80 + 79 x (5,25 – 3,5) =
418,2500in 12 in / ft
= 34,8542 ft Dipakai over design 10%, maka panjang furnace: L = 1,1 x 34,8542 ft = 38,3396 ft Maka dipakai panjang furnace 38 ft 3. Lebar Combuster, (l) = Panjang pipa = 20 ft Permukaan Dingin Ekivalen, (Acp) Acp = =
PT x Panjang pipa 12 in / ft 5,2500in x 20 ft 12 in / ft
= 8,7500 ft2 PT/OD = 1,5 in Dari fig 19.11 (Kern, 1965), untuk Single Row Arrangement diperoleh: α
= 0,975
Universitas Sumatera Utara
α. Acp setiap tube
= 0,975 x 8,7500 ft2 = 8,5313 ft2
α. Acp
= Nt x α. Acp setiap tube = 192 x 8,5313 ft2 = 1.639,0096 ft2
Area Refractory: 1. Dinding samping =2xHxl = 2 x 27 x 20 = 1.080 ft2 2. Lantai dan Atas =2x Lx l = 2 x 38 x 20 = 1.520 ft2 3. End Wall =2xHxL = 2 x 27 x 38 = 2.052 ft2 Total Area Reafractory, (Ar) = 4.652 ft2 Corrected Refractory Surface, (AR) AR = Ar - α. Acp = 4.652 – 1.639,0096 = 3.012,9904 ft2
AR 1,8383 . Acp
Mean Beam Length: Dimensi furnace = l x L x H = 20 ft x 38 x 27 ft = 20.520 ft3 Ratio dimensi
= 4 : 7,6 : 5,4
Dari tabel 19.1 (Kern,1965) untuk rectangular furnace
Universitas Sumatera Utara
Mean length, Volume
L 2 / 3 3 volumefurnace = 20 ft x 38 ft x 27 ft = 20.520 ft3
Diperoleh Mean length, =
2 3
3
20.520
= 18,2516 ft Dipakai Flame Emissivity G 0,4999 Overall, Exchange Factor,
(Kern, 1950)
fungsi
G 0,4999 dan
AR 1,8383 . Acp
dari fig. 19.15 (Kern, 1950) diperoleh 0,7
Check suhu gas diperlukan: Suhu Cold Surface (pipa), Ts = 520,15 oF
Q 2.535.272,926 Btu/jam = . Acp . 1.639,0096 ft 2 0,7 = 2209,7604 Btu/jam.ft2 Dari fig 19.14 (Kern,1965) diperoleh suhu fuel gas dibutuhkan, Tg
= 1470 F (pada radian section)
\ Penentuan tebal dinding Combuster: Dinding furnace berupa Refractory Brick Konduktivitas, (k) pada 1470 F: k = 0,7 Btu/Jam.ft2.F
(Brown, 1950) o
Dipakai suhu permukaan dinding luar = 200 C atau 392 oF Untuk menghemat panas, suhu masih cukup tinggi sehingga disekitar furnace diberi pengaman. Panas Hilang, (Qloss) Qloss =
(1470 392) k X
Universitas Sumatera Utara
=
(1470 392) 0,7 X
=
754,6000 Btu/Jam.ft 2 X
Panas hilang secara konveksi alamiah ke lingkungan Qloss = (hc+hr) (392-86) hr
= Koefisien transfer panas radiasi ke lingkungan. dibaca dari fig 10.7
(Perry,1999)
sehingga diperoleh hr pada 392 F = 2,7 Btu/J.ft2.oF hc = 0,28 (392- 86)0,25 L-0,25 persamaan 10.34 (Perry,1984) untuk vertical surface L = mean beam length = 14,48 ft hc = 0,28 (392- 86)0,25 14,48-0,25 = 0,6003 Btu/Jam.ft2.oF hc = koefisien transfer panas konveksi ke lingkungan
Qloss = (0,6003 + 2,7) (392-86) = 1010,0535 Btu/Jam.ft2 Tebal dinding, (∆X) ∆X =
754,6000 1010,0535
= 0,7471 ft = 0,7471 ft x
12 in = 8,9651 in 1 ft
= 0,7471 ft x
1m = 0,2277 m = 22,77 cm 3,2808 ft
Dipakai tebal dinding Combuster 1/4 m.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS
1. Screening (SC) Fungsi
: menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi: - Temperatur
= 28°C
- Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 1377,9295 kg/jam 1377,9295kg / jam 1 jam / 3600s = = 0,0004 m3/s 3 996,24 kg / m
Laju alir volume (Q)
(Geankoplis, 1997)
Dari tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater Ukuran bar: Lebar bar = 5 mm; Tebal bar = 20 mm; Bar clear spacing = 20 mm; Slope = 30°
Direncanakan ukuran screening: Panjang screen
= 2m
Lebar screen
= 2m
Misalkan, jumlah bar = x Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat.
Universitas Sumatera Utara
Q2
Head loss (h) =
2
2 g Cd A 2
2
(0,0004)2 2 (9,8) (0,6)2 (2,04)2
= 5,0269.10-09 m dari air 2000
2000
20
Gambar LD-1: Sketsa sebagian bar screen , satuan mm (dilihat dari atas)
2. Pompa Utilitas (PU-01) Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak penampungan sementara
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi : - Temperatur = 28C - Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3
- Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,00054 lbm/ftjam
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F)
= 1377,9295 kg/jam = 0,8438 lbm/detik F 0,8438lb m /detik Debit air/laju alir volumetrik, Q ρ 62,195 lb m /ft 3 = 0,0136 ft3/s = 0,0004 m3/s Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0136 ft3/s )0,45 ( 62,195 lbm/ft3)0,13 = 0,9636 in
Universitas Sumatera Utara
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,380 in
= 0,1150 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,660 in
= 0,1383 ft
Inside sectional area
: 0,0104 ft2
Kecepatan linier, v
Q 0,0136 ft 3 /s 1,3046 ft/s At 0,0104ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,1951,30460,1150 17341,4905 μ 0,00054
Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 25845,5447 dan /D =
0,000046 ft = 0,0004 0,1150 ft
maka harga f = 0,0060
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
1,3046 2 2132,174
1,3046 2 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 25 ft = Ff = 4f
1,30462 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0132 ft.lbf/lbm
= 0,0397 ft.lbf/lbm
= 0,0529 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0060)
25. 1,30462 0,1150.2.32,174
= 0,1380 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
Universitas Sumatera Utara
= 1 0
1,30462 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0265 ft.lbf/lbm = 0,2703 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 50 ft maka :
0
32,174 ft / s 2 50 ft 0 0,2703 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -50,2703 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -50,2703 = - 0,8 x Wp Wp
= 62,8378 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1377,9295 lbm / s 62,8378 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0964 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp
3. Water Reservoar (WR) Fungsi : Tempat penampungan air sementara Jumlah : 2 Jenis : beton kedap air Data : Kondisi operasi : Temperatur
= 28oC
Laju massa air
= 1377,9295 kg/jam = 0,8438 lbm/s
Universitas Sumatera Utara
= 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3
Densitas air
Laju air volumetrik,
Q
F 0,8438 lbm/s 0,0136 ft 3 /s ρ 62,195 lbm/ft 3 = 1,3831 m3/jam
Waktu penampungan air
= 5 hari
Volume air
= 1,3831 x 5 x 24 = 165,9756 m3
Bak terisi 90 % maka volume bak
=
165,9756 184,4173m 3 0,9
Jika digunakan 2 bak penampungan maka : Volume 1 bak = 1/2 . 184,4173 m3 = 92,2087 m3 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - panjang bak (p) = 1,5 x lebar bak (l) - tinggi bak (t)
= lebar bak (l)
Maka : Volume bak 92,2087 m3
= pxlxt = 1,5 l x l x l l = 3,9466 m
Jadi, panjang bak
= 5,9200 m
Lebar bak
= 3,9466 m
Tinggi bak
= 3,9466 m
Luas bak
= 23,3639 m2
4. Pompa Water Reservoar (PU-02) Fungsi
: memompa air dari bak penampungan ke bak pengendapan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 1377,9295 kg/jam
= 0,8438 lbm/detik
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,00054 lbm/ft.s
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (Q) =
0,8438 lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,0136 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0136 ft3/s )0,45 ( 62,1936 lbm/ft3)0,13 = 0,9636 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,380 in
= 0,1149 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,660 in
= 0,1383 ft
Inside sectional area
: 0,0104 ft2
Q 0,0136 ft 3 /s Kecepatan linier, v 1,3046 ft/s At 0,0104ft 2 Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,19361,30460,1149 17341,4905 μ 0.00054
Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 17341,4905 dan /D =
0,000046 ft = 0,0004 0,1149 ft
maka harga f = 0,0060
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 1,3046 2 2132,174
= 0,0132 ft.lbf/lbm
1,3046 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0397 ft.lbf/lbm
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1 check valve = hf = n.Kf.
1,30462 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0529 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Pipa lurus 25 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0060)
25. 1,30462 0,1149.2.32,174
= 0,14 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,30462 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0265 ft.lbf/lbm = 0,2703 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 25 ft maka :
32,174 ft / s 2 25 ft 0 0,2703 ft.lbf / lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -25,2703 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -25,2703 = - 0,8 x Wp Wp
= 31,5878 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1377,9295 lbm / s 31,5878 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0388 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp
Universitas Sumatera Utara
5. Bak Sedimentasi (BS) Fungsi
: untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah
:1
Jenis
: beton kedap air
Data : : temperatur = 28 oC
Kondisi penyimpanan
tekanan
= 1 atm
Laju massa air
: F = 1377,9295 kg/jam
= 0,8438 lbm/detik
Densitas air
: ρ = 996,24 kg/m3
= 62,195 lbm/ft3
Debit air/laju alir volumetrik, Q
F 0,8438 lb m /detik ρ 62,195 lb m /ft 3
= 0,0136 ft3/s = 0,8140 ft3/mnt Desain Perancangan : Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) :
0 = 1,57 ft/min atau 8 mm/s Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman tangki 10 ft Lebar tangki 1 ft Kecepatan aliran v
Q 0,8040 ft 3 /mnt 0,0814 ft/mnt At 10 ft x 1 ft
Desain panjang ideal bak :
h L = K 0
v
(Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 10 ft. Maka :
L = 1,5 (10/1,57) . 0,0814 = 0,7778 ft
Diambil panjang bak = 1 ft = 0,3048 m
Universitas Sumatera Utara
Uji desain : Waktu retensi (t) : t
Va Q
= panjang x lebar x tinggi laju alir volumetrik 10 x 1 x 1,2 ft 3 = 12,2843 menit 0,8140 ft 3 / min
Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991). Q laju alir volumetrik A luas permukaan masukan air
Surface loading :
3 3 = 0,8140 ft /min (7,481 gal/ft ) 1 ft x 1,2 ft
= 6,0899 gpm/ft2 Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991). Headloss (h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : h = K v2 2g = 0,12 [0,0814 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808ft) ]2 2 (9,8 m/s2) = 0,0000002 m dari air.
6. Pompa Sedimentasi (PU-03) Fungsi
: memompa air dari bak pengendapan ke klarifier
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 1377,9295 kg/jam
= 0,8438 lbm/detik
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Viskositas air ()
= 0,8007cP
Laju alir volumetrik (Q) =
0,8438 lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,00054 lbm/ft.s = 0,0136 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0136 ft3/s )0,45 ( 62,1936 lbm/ft3)0,13 = 0,9636 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,380 in
= 0,1150 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,660 in
= 0,1383 ft
Inside sectional area
: 0,0104 ft2
Kecepatan linier, v
Q 0,0136 ft 3 /s 1,3046 ft/s At 0,0104ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,1951,30460,1150 17341,4905 μ 0.00054
Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 17341,4905 dan /D =
0,000046 ft = 0,0004 0,1150 ft
maka harga f = 0,0060
(Geankoplis, 1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 1,3046 2 2132,174
= 0,0132 ft.lbf/lbm
1,3046 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0397 ft.lbf/lbm
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 25 ft = Ff = 4f
1,30462 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0529 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 20 . 1,3046 = 4(0,0060) 0,1150.2.32,174
= 0,1380 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,30462 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0265 ft.lbf/lbm = 0,2703 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 25 ft maka :
0
32,174 ft / s 2 25 ft 0 0,2703 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -25,2703 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -25,2703 = - 0,8 x Wp Wp
= 31,5878 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 2053,6492 lbm / s 31,5878 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0485 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp
Universitas Sumatera Utara
7. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) Fungsi
: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C Jumlah
: 1
Data: Kondisi pelarutan: Temperatur = 28C Tekanan Al2(SO4)3 yang digunakan
= 1 atm = 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3
= 0,0689 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 = 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3 Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Perhitungan: Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,0689 kg/jam 24 jam/hari 30 hari 0,3 1363kg/m 3
= 0,1213 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 0,1213 m3 = 0,1456 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 0,1456 m 3 πD 2 D 4 2 3 0,1456 m 3 πD3 8 V
Maka:
D =0,4982 m ; H = 0,7473 m
Tinggi cairan dalam tangki =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
Universitas Sumatera Utara
=
(0,1213)(0,7473) (0,1456)
= 0,6227 m = 2,0430 ft
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1363 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,6227 m = 8317,8200 Pa = 8,3178 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa, Poperasi = 8,3178 kPa + 101,325 kPa = 109,6428 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (109,6428 kPa) = 115,1250 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (115,1250kPa) (0,4982 m) 2(87218,714 kPa)(0,8) 1,2( 115,1250kPa) 0,0004 m 0,0162 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0162 in + 1/8 in = 0,1412 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,4982 m = 0,1661 m
E/Da = 1
; E = 0,1661 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,1661 m = 0,0415 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,1661 m = 0,0332 m
J/Dt
; J = 1/12 x 0,4982 m = 0,0415 m
= 1/12
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 = 1 putaran/det Viskositas Al2(SO4)3 30 = 6,7210-4 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1991)
Bilangan Reynold, N Re
ρ N D a 2 μ
N Re
(Geankoplis, 1997)
85,088910,1661x 3,28082 6,72 104
37581,6447
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3 (1 put/det) 3 .(0,1661 3,2808 ft)5 (85,0889lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1Hp 0,7996 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0015 Hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0015 = 0,0018 hp 0,8
8. Pompa Utilitas (PU-04) Fungsi
: memompa larutan alum dari tangki pelarutan alum ke clarifier
Jenis
: pompa injeksi
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : commercial steel Jumlah
: 1
Kondisi operasi: - Temperatur = 28°C - Densitas alum ()
= 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
- Viskositas alum () = 6,7210-4 lbm/ftdetik = 0,001 Pa.s (Kirk & Othmer, 1991) - Laju alir massa (F) = 0,0689 kg/jam = 0,000042 lbm/s Laju alir volume, Q
F 0,000042 lb m /s 0,00000050ft 3 /s ρ 85,0889 lb m /ft 3
= 0,0000000140 m3/s Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,00000050 ft3/s )0,45 (85,0898 lbm/ft3)0,13 = 0,0023 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
= 0,0338 ft
0,00000050 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 0,0012 ft/s 0,0004 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (85,0889 lbm / ft 3 )(0,0012 ft / s)(0,0224 ft ) 6.72.10-4 lbm/ft.s
= 3,5186 Aliran adalah laminar, maka dari Pers.2.10-7, Geankoplis, 1997, diperoleh f =16 /NRe = 16/3,5186 = 4,5472 Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
0,0012 2 2132,174
0,0012 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
0,0012 2 v2 = 1(2,0) 1 check valve = hf = n.Kf. 2(32,174) 2.g c Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f
= 1,1940.10-08 ft.lbf/lbm = 3,5821.10-08 ft.lbf/lbm = 4,7762.10-08 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(4,5472)
20. 0,0012 2 0,0224.2.32,174
= 0,00039 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c
0,0012 2 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 2,3381.10-08 ft.lbf/lbm = 0,0004 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 20 ft
maka 0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 0,0004 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 20,0004 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws - 20,0004 Wp
= - x Wp = -0,8 x Wp = 25,0005 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 0,00000050 lbm / s 25,0005 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 0,0000019 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
9. Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02) Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C Jumlah
: 1
Data : Kondisi pelarutan : Temperatur = 28°C Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Na2CO3
= 0,0372 kg/jam
Densitas Na2CO3 30
= 1327 kg/m3 = 82,845 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Perhitungan Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,0372kg/jam 24 jam/hari 30 hari 0,3 1327 kg/m 3
= 0,0673 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 0,0673 m3 = 0,0807 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 3 0,0807 m 3 πD 2 D 4 2 3 0,0807 m 3 πD3 8 V
Maka:
D = 0,4093 m ; H =0,6140 m
Tinggi cairan dalam tangki =
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
(0,0673)(0,6140) = 0,5116 m = 1,6786 ft (0,0807)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1327 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,5116 m = 6653,6121 Pa = 6,6536 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 6,6536 kPa + 101,325 kPa =107,9786 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (107,9786 kPa) = 113,3755 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (113,3755 kPa) (0,4093m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(113,3755 kPa) 0,0003 m 0,0131in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0131 in + 1/8 in = 0,1381 in
Universitas Sumatera Utara
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,4093 m = 0,1364 m
E/Da = 1
; E = 0,1364 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,1364 m = 0,0341 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,1364 m = 0,0273 m
J/Dt
; J
= 1/12
= 1/12 x 0,4093 m = 0,0341 m
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 = 3,6910-4 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1991)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
2 82,84510,1364 x3,2808
3,69 104
(Geankoplis, 1997)
44983,9800
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K T .n 3 .D a ρ P gc
( McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(1 put/det) 3 .(0,1364 x 3.2808ft)5 (82,845lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1hp 0,2915 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0005 hp
P
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0005 = 0,0007 hp 0,8
10. Pompa Utilitas (PU-05) Fungsi
: Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu ke clarifier
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah
: 1
Kondisi operasi :
P = 1 atm T = 28 oC
Laju alir massa (F)
= 0,0372 kg/jam = 0,000023 lbm/s
Densitas soda abu ()
= 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3
(Kirk & Othmer, 1991) Viskositas soda abu () = 3,69 10-4 cP = 2,4797.10-7 lbm/ft.s (Kirk & Othmer, 1991) Laju alir volumetrik (Q) =
0,000023 lbm / s = 0,00000028 ft3/s 82,8423 lbm / ft 3
Desain pompa : Asumsi : aliran laminar Di,opt
= 3,9 (Q)0,36()0,18
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,00000028 ft3/s )0,45 ( 2,4797.10-7 lbm/ft3)0,13 = 0,0077 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,00000028 ft 3 / s = 0,0007 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
(82,8423 lbm / ft 3 )(0,0007 ft / s )(0,0224 ft ) = 2,4797.10-7 lbm/ft.s = 5149,2051
Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 5149,2051 dan /D =
0,000046 ft = 0,0067 0,0224 ft
maka harga f = 0,0090
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
0,0007 2 2132,174
0,0007 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
0,0007 2 v2 = 1(2,0) 1 check valve = hf = n.Kf. 2(32,174) 2.g c Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
= 3,6733.10-9 ft.lbf/lbm = 1,1020.10-8 ft.lbf/lbm = 1,4693.10-8 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0090)
30. 0,0007 2 0,0224.2.32,174
= 3,5395.10-7 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
0,0007 2 2132,174
= 7,3467.10-9 lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Total friction loss : F
= 3,9068.10-7 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 30 ft
32,174 ft / s 2 30 ft 0 3,9068.10-7 ft.lbf / lbm Ws 0 0 2 32,174 ft.lbm / lbf .s Ws = -30 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -30
= -0,8 x Wp
Wp
= 37,5 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 0,0372 lbm / s 37,5 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0000016 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
11. Clarifier (CL) Fungsi
: Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C Data: Laju massa air (F1)
= 1377,9295 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,0689 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,0372 kg/jam
Laju massa total, m
= 1378,0356 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3
= 2710 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas Na2CO3
= 2533 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas air
= 996,24 kg/m3
(Perry, 1999)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Perhitungan: Dari Metcalf & Eddy, 1984, diperoleh : Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air = 3-10 m Settling time = 1-3 jam Dipilih : kedalaman air (H) = 3 m, waktu pengendapan = 1 jam Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan,
1377,9295 0,0689 0,0372 1377,9295 0,0689 0,0372 996,24 2710 2533
= 996,2478 kg/m3 = 0,9962 gr/cm3 Volume cairan, V =
1378,0356 kg / jam 1 jam 1,3832 m 3 3 996,2478 kg/m
V = 1/4 D2H
4V 1 / 2 4 1,3832 D= ( ) H 3,14 3
1/ 2
0,7664 m
Maka, diameter clarifier = 0,7664 m Tinggi clarifier
= 1,5 D = 1,1496 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 996,2478 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3 m = 29,2897 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 29,2897 kPa + 101,325 kPa = 130,6147 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (130,6147 kPa) = 137,1454 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (137,1454kPa) (0,7664 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(137,1454 kPa) 0,0008 m 0,0297 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0297 in + 1/8 in = 0,1547 in
Desain torka yang diperlukan untuk operasi kontinu yang diperlukan untuk pemutaran (turnable drive) : T, ft-lb = 0,25 D2 LF
(Azad, 1976)
Faktor beban (Load Factor) : 30 lb/ft arm (untuk reaksi koagulasi sedimentasi ) Sehingga :
T = 0,25 [(0,7664 m).(3,2808 ft/m) ]2.30 T = 47,4158 ft-lb
Daya Clarifier P = 0,006 D2 dimana:
(Ulrich, 1984)
P = daya yang dibutuhkan, kW
Sehingga, P = 0,006 (0,7664)2 = 0,0035 kW = 0,0047 Hp
12. Pompa Utilitas (PU-06) Fungsi
: memompa air dari clarifier ke unit filtrasi
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Laju alir massa (F)
= 1377,9295 kg/jam
= 0,8438 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,195 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Viskositas air ()
= 0,8007cP
Laju alir volumetrik (Q) =
0,8438 lbm / s 62,195 lbm / ft 3
= 0,0005 lbm/ft.s = 0,0136 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0136 ft3/s )0,45 ( 62,195 lbm/ft3)0,13 = 0,0964 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,380 in
= 0,1149 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,660 in
= 0,1383 ft
Inside sectional area
: 0,0104 ft2
Kecepatan linier, v
Q 0,0136 ft 3 /s 1,3046ft/s At 0,0104ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,1951,30460,1149 17341,4905 μ 0.00054
Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 17341,4905 dan /D =
0,000046 ft = 0,0004 0,1149 ft
maka harga f = 0,0060
(Geankoplis,1997
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 1,3046 2 2132,174
= 0,0132 ft.lbf/lbm
1,3046 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0397 ft.lbf/lbm
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
1,30462 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0529 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 50 . 1,3046 = 4(0,0060) 0,1149.2.32,174
= 0,1656 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,30462 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0265 ft.lbf/lbm = 0,2979 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 50 ft maka :
0
32,174 ft / s 2 50 ft 0 0,2979 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -50,2979 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -50,2979 = - 0,8 x Wp Wp
= 62,8723 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1377,9295 lbm / s 62,8723 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0965 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp
Universitas Sumatera Utara
13. Tangki Filtrasi (TF) : Menyaring partikel – partikel yang masih terbawa dalam air
Fungsi
yang keluar dari clarifier Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Jumlah
: 1
Data : Kondisi penyaringan : Temperatur = 28°C Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 1377,9295 kg/jam
Densitas air
= 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Tangki filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi. Direncanakan volume bahan penyaring =1/3 volume tangki
Ukuran Tangki Filter Volume air Va
1377,9295kg/jam 0,25 jam 996,24 kg/m 3
= 0,3458 m3
Volume total = 4/3 x 0,3458 m3 = 0,4610 m3 Faktor keamanan 5 %, volume tangki = 1,05 x 0,4610 = 0,4841 m3 - Volume silinder tangki (Vs) =
.Di 2 Hs 4
Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 1 Vs =
3 .Di 3 4
0,4841 m3 =
3 .Di 3 4
Di = 0,7733 m;
H = 2,3200 m
Tinggi penyaring = ¼ x 2,3200 m = 0,5800 m Tinggi air = ¾ x 2,3200 m = 1,7400 m Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter dalam adalah 1 : 4
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup tangki = ¼ (0,7733) = 0,1933 m Tekanan hidrostatis, Pair = x g x l = 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,7400 m = 16988,1776 Pa = 16,9882 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 16,9882 kPa + 101,325 kPa = 118,3132 kPa Maka, Pdesign = (1,05) (118,3132 kPa) = 124,2288 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87218,714 kP
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki : PD SE 0,6P (124,2288kPa) (0,7733m) (87.218,714 kPa)(0,8) 0,6.(124,2288 kPa) 0,0007 m 0,0271in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0271 in + 1/8 in = 0,1521 in
14. Pompa Utilitas (PU-07) Fungsi
: memompa air dari tangki filtrasi ke tangki utilitas-01
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 1377,9295 kg/jam
= 0,8438 lbm/s
Densitas air ()
= 996,2400 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (Q) =
0,8438 lbm / s 62,195 lbm / ft 3
= 0,0136 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0136 ft3/s )0,45 ( 62,195 lbm/ft3)0,13 = 0,9636 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,380 in
= 0,1149 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,660 in
= 0,1383 ft
Inside sectional area
: 0,0104 ft2
Kecepatan linier, v
Q 0,0136 ft 3 /s 1,3046ft/s At 0,0104ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,1951,30460,1149 17341,4905 μ 0.00054
Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 17341,4905 dan /D =
0,000046 ft = 0,0004 0,1149 ft (Geankoplis,1997
maka harga f = 0,0060
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 1,3046 2 2132,174
= 0,0132 ft.lbf/lbm
1,3046 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0397 ft.lbf/lbm
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
1,30462 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0529 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 30 . 1,3046 = 4(0,0060) 0,1149.2.32,174
= 0,1656 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,30462 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0265 ft.lbf/lbm = 0,2979 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 30 ft maka :
0
32,174 ft / s 2 30 ft 0 0,2979 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -30,2979 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -30,2979 = - 0,8 x Wp Wp
= 37,8723 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1377,9295 lbm / s 37,8723 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0581 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp
Universitas Sumatera Utara
15. Tangki Utilitas (TU-01) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi penyimpanan
: Temperatur 28°C dan tekanan 1 atm
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 28oC
Laju massa air
= 1377,9295 kg/jam = 1,2577 lbm/s
Densitas air
= 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan = 3 jam
Perhitungan Ukuran Tangki : Volume air, Va
1377,9295kg/jam 3 jam = 4,1494 m3 996,24 kg/m 3
Volume tangki, Vt = 1,2 4,1494 m3 = 4,9793 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 4,9793 m 3 πD 2 D 4 2 3 4,9793 m 3 πD3 8 V
D = 1,6171 m ; Tinggi cairan dalam tangki
H = 2,4256 m =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(4,1494 )(2,4256 ) = 2,0214 m = 6,6317 ft (4,9793)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l
= 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,0214 m = 19734,9001 Pa
Universitas Sumatera Utara
= 19,7349 kPa Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 19,7349 + 101,325 kPa = 121,0599 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05)( 121,0599 kPa) = 127,1129 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki:
t
PD 2SE 1,2P
(127,1129 kPa) (1,6171m) 2(87218,714 kPa)(0,8) 1,2(127,1129 kPa) 0,0015 m 0,0581in
t
Faktor korosi = 1/8 in. Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0581 in + 1/8 in = 0,1831 in
16. Pompa Utilitas (PU-08) Fungsi
: memompa air dari Tangki Utilitas -01 ke cation exchanger
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 56,5014 kg/jam
Densitas air ()
= 996,24 kg/m
Viskositas air ()
= 0,8007cP
Laju alir volumetrik (Q) =
3
= 0,0,0346 lbm/s = 62,1936 lbm/ft3 = 0,0005 lbm/ft.s
0,0346 lbm / s = 0,0006 ft3/s 3 62,1936 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
Universitas Sumatera Utara
= 3,9 (0,0006 ft3/s )0,45 ( 62,195 lbm/ft3)0,13 = 0,2289 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/4 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0006 ft 3 / s = 1,3909 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(62,195 lbm / ft 3 )(1,3909 ft / s )(0,0224 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 3603,8360 Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 3603,8360 dan /D =
0,000046 ft = 0,0021 0,0224 ft (Geankoplis,1997)
maka harga f = 0,0085
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,39092 2132,174
1,39092 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
1,3909 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0150 ft.lbf/lbm
= 0,0451 ft.lbf/lbm
= 0,0601 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f D.2.g c
Universitas Sumatera Utara
= 4(0,0085)
20. 1,3909 2 0,0224.2.32,174
= 0,9120 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,3909 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0301 ft.lbf/lbm = 1,0623 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 20 ft Maka
32,174 ft / s 2 20 ft 0 1,0623 ft.lbf / lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -21,0623 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-21,0623 = -0,8 x Wp Wp
= 26,3279 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 56,5014 lbm / s 26,3279 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0017 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
17. Tangki Pelarutan Asam Sulfat H2SO4 (TP-03) Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA–203 grade A
Universitas Sumatera Utara
Kondisi pelarutan : Temperatur = 28°C ; Tekanan = 1 atm H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5 ( berat) Laju massa H2SO4
= 0,0322 kg/jam
Densitas H2SO4
= 1061,7 kg/m3 = 66,29 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,0322 kg/jam 30 hari = 0,4371 m3 3 0,05 1061,7kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 0,4371 m3 = 0,5245 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 3 : 4
1 πD 2 H 4 1 4 0,5245 m 3 πD 2 D 4 3 1 0,5245 m 3 πD3 3 V
Maka: D = 1,0591 m ; H = 0,8825 m Tinggi larutan H2SO4 dalam tangki = =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
0,4371 1,0591 0,5245
= 0,8825 m = 2,8954 ft Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1061,7 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,8825 m = 9,1826 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 9,1826 kPa + 101,325 kPa = 110,5076 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (110,5076 kPa) = 116,0329 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress = 16250 psia = 112039,85 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (116,0329) (0,7943m) 2(112039,85 kPa)(0,8) 1,2(116,0329 kPa) 0,0005 m 0,0203in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0203 in + 1/8 in = 0,1453 in Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,7943 m = 0,2648 m
E/Da = 1
; E = 0,2648 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,2648 m = 0,0662 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,2648 m = 0,0530 m
J/Dt
; J = 1/12 x 0,7943 m = 0,0662 m
= 1/12
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas H2SO4 5 = 0,012 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1991)
Bilangan Reynold,
ρ N D a μ
2
N Re N Re
(Geankoplis, 1997)
66,28011 (0,2190x0,8686 ) 2 0,012
4167,5043
5
P
N p .n 3 .D a ρ gc
(Geankoplis, 1997)
Dengan menggunakan gambar 3.4-4 Geankoplis maka nilai Np pada NRe = 4167,5043 adalah 4,5
Universitas Sumatera Utara
4,5 (1 put/det) 3 .(0,8686 3,2808 ft)5 (66,29 lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1Hp 4,5843 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0083 Hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0083 = 0,0104 hp 0,8
18. Pompa Utilitas (PU-09) Fungsi
: memompa larutan asam sulfat dari tangki pelarutan asam sulfat ke penukar kation (cation exchanger)
Jenis
: pompa injeksi
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi: - Temperatur = 28°C = 1061,7 kg/m3 = 66,29 lbm/ft3
- Densitas H2SO4 ()
(Geankoplis, 1997)
- Viskositas H2SO4 () = 0,012 lbm/ftdetik = 1,786.10-2 Pa.s (Kirk & Othmer, 1991) - Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q
= 0,0322 kg/jam = 0,000020 lbm/detik
F 0,0322 lb m /detik 0,00000008 ft 3 /s ρ 66,29 lb m /ft 3
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
s
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,00000008 ft3/s )0,45 ( 66,29 lbm/ft3)0,13 = 0,0078 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Universitas Sumatera Utara
: 0,0004 ft2
Inside sectional area Kecepatan linear, v = Q/A =
0,00000008 ft 3 / s = 0,0007 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(66,29 lbm / ft 3 )(0,0007 ft / s )(0,0224 ft ) 0,012 lbm/ft.s
= 0,0922 (laminar) Aliran adalah laminar, maka : f = 16/NRe = 16/0,0922 = 173,6018 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
0,00072 2132,174
0,00072 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
0,00072 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 4,3055.10-09 ft.lbf/lbm = 1,2916.10-08 ft.lbf/lbm = 1,7222.10-08 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f D.2.g c 2 20 . 0,0007 = 4(173,6018) = 5,3349.10-03 ft.lbf/lbm 0,0224.2.32,174 2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c
0,00072 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 8,6109.10-09 ft.lbf/lbm = 0,0053 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
dimana :
v1 = v2 P1 P2 Z = 20 ft
Maka
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 0,0053 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -20,0053 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-20,0053 = -0,8 x Wp Wp
= 25,0067 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 0,0322 lbm / s 25,0067 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0000009 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
19. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE) Fungsi
: Mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi penyimpanan : Temperatur = 28°C Tekanan
= 1 atm
Data : Laju massa air
= 56,5014 kg/jam = 0,0567 m3/jam
Densitas air
= 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3
(Geankoplis,1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh:
Universitas Sumatera Utara
- Diameter penukar kation
= 3 ft = 0,9144 m
- Luas penampang penukar kation = 9,62 ft2 Tinggi resin dalam cation exchanger = 2,5 ft = 0,7620 m Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3,0 ft Diameter tutup = diameter tangki = 0,9144 ft Rasio axis = 2 : 1 Tinggi tutup =
11 0,9144 0,2286 ft 22
(Brownel & Young, 1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,2286 m + 2(0,9144 m) = 2,0574 m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,7620 m = 7,4396 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 7,4396 kPa + 101,325 kPa = 108,7646 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (108,7646 kPa) = 114,2028 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (114,2028kPa) (0,9144 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(114,2028 kPa) 0,0007 m 0,0295 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0295 in + 1/8 in = 0,1545 in
20. Pompa Utilitas (PU-10) Fungsi
: memompa air dari cation exchanger ke anion exchanger
Jenis
: pompa sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 56,5014 kg/jam
= 0,0346 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,0346 lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,0006 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13 3
(Timmerhaus,1991) 0,45
= 3,9 (0,0006 ft /s )
3 0,13
( 62,1936 lbm/ft )
= 0,2289 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/4 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0303 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0450 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0006 ft 3 / s = 1,3909 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(62,195 lbm / ft 3 )(1,3909 ft / s )(0,0224 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 3603,8360 Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 3603,8360 dan /D = maka harga f = 0,0082
0,000046 ft = 0,0067 0,0224 ft (Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,39092 2132,174
1,39092 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
1,3909 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0150 ft.lbf/lbm
= 0,0225 ft.lbf/lbm
= 0,0601 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f D.2.g c = 4(0,0082)
20. 1,3909 2 0,0224.2.32,174
= 0,8798 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
1,3909 2 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 0,0301 ft.lbf/lbm = 1,0075 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 20 ft
Maka
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 1,0075 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -21,0075 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-21,0075 = -0,8 x Wp
Universitas Sumatera Utara
Wp
= 26,2594 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 56,5014 lbm / s 26,2594 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0017 Hp
21. Tangki Pelarutan NaOH (TP-04) Fungsi
: Tempat membuat larutan NaOH
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283, grade C Jumlah
:1
Data : Laju alir massa NaOH
= 0,0313 kg/jam = 0,7506 kg/hari
Waktu regenerasi
= 24 jam
NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas larutan NaOH 4% = 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
(Perry, 1999)
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor keamanan = 20%,
Perhitungan Ukuran Tangki Volume larutan, (V1) = Volume tangki
(0,7506kg / hari)(30 hari) (0,04)(1518kg / m 3 )
= 0,3709 m3
= 1,2 x 0,3709 m3 = 0,4450 m3
π Di 2 Hs 4
Volume silinder tangki (Vs) =
(Brownel & Young, 1959)
Ditetapkan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 1 : 1 Maka :
Vs =
Di 3 4
0,4450 m3 =
Di 3 4
Di = 0,7230 m Hs = Di = 0,7230 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(0,3709 m 3 )(0,7230m) 0,4450m 3
= 0,6025 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1518 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,6025 m = 8,9632 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 8,9632 kPa + 101,325 kPa =110,2882 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (110,2882 kPa) = 115,8026 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P ( 115,8026 kPa) (0,7230 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2( 115,8026 kPa) 0,0006 m 0,0236 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0236 in + 1/8 in = 0,1250 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,7230 m = 0,2410 m
E/Da = 1
; E = 0,2410 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,2401 m = 0,0603 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,2401 m =0,0482 m
Universitas Sumatera Utara
J/Dt
= 1/12
; J = 1/12 x 0,7230 m = 0,0603 m
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas NaOH 4% = 4,302 . 10-4 lbm/ft.det
(Kirk & Othmer, 1991)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1997)
94,7662 10,7907 x 3,28082 4,302 104
12794,6540-
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
( McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(1 put/det) 3 .(0,7907 3,2808 ft)5 (94,7662lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1hp 37,345 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0104 hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0104 = 0,0130 hp 0,8
22. Pompa Utilitas (PU-11) Fungsi
: memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan natrium hidroksida ke penukar anion (anion exchanger)
Jenis
: pompa injeksi
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : commercial steel Jumlah
: 1
Kondisi operasi: - Temperatur
= 28°C
- Densitas NaOH () = 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
(Perry, 1999)
- Viskositas NaOH()= 4,302010-4 lbm/ftdetik = 6,4.10-4 Pa.s (Kirk & Othmer, 1991) - Laju alir massa (F)= 0,0313 kg/jam = 0,000019 lbm/s - Laju alir volume, Q
F 0,0313 lb m /detik 0,00000020ft 3 /s ρ 94,7662 lb m /ft 3
Desain pompa : Di,opt = 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,00000020 ft3/s )0,45 (94,7662 lbm/ft3)0,13 = 0,0068 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
= 0,0338 ft
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,00000020 ft 3 / s = 0,0005 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
(94,7662 lbm / ft 3 )(0,0005 ft / s )(0,0224 ft ) = 4,3020.10-4 lbm/ft.s = 2,4951 Aliran adalah laminar, maka : f = 16/NRe = 16/2,4951 = 6,4126
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2
Universitas Sumatera Utara
0,00052 2132,174
= 1,9838.10-09 ft.lbf/lbm
0,00052 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 5,9514.10-09 ft.lbf/lbm
=0,5 1 0
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
0,00052 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 7,9352.10-09 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(6,4126)
30. 0,00052 0,0224.2.32,174
= 1,3620.10-04 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
0,00052 2132,174
Total friction loss : F
= 3,9676.10-09 ft.lbf/lbm = 1,3622.10-04 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 30 ft
maka : 0
32,174 ft / s 2 30 ft 0 1,3622.10-4 ft.lbf / lbm Ws 0 2 32,174 ft.lbm / lbf .s
Ws = -30,0001 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-30,0001 = -0,8 x Wp Wp Daya pompa : P
= 37,5002 ft.lbf/lbm = m x Wp
=
1 hp 0,0313 lbm / s 37,5002 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
Universitas Sumatera Utara
= 0,000001 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
23. Penukar Anion (anion exchanger) (AE) Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, Grade B Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 280C Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 56,5014 kg/jam
Densitas air
= 996,24 kg/m3
(Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.3, The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion
= 3 ft = 0,9144 m
- Luas penampang penukar anion
= 9,62 ft2
Tinggi resin dalam anion exchanger = 2,5 ft = 0,7620 m Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,9144 m Rasio axis = 2 : 1 Tinggi tutup =
(Brownel & Young, 1959)
11 H s 0,25 x 0,9144 0,2286 m 22
Sehingga, tinggi anion exchanger = 0,9144 + 2(0,2286) = 1,3716 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l
Universitas Sumatera Utara
= 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,7620 m = 7,4396 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 7,4396 kPa + 101,325 kPa = 108,7646 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05)(108,7646) kPa = 114,2028 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (114,2028kPa) (0,9144 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(114,2028 kPa) 0,0007 m 0,0295in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0295 in + 1/8 in = 0,1545 in
24. Pompa Utilitas (PU-12) Fungsi
: memompa air dari anion exchanger ke deaerator
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi: - Temperatur = 28°C = 996,24 kg/m3 = 62,1936 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
- Viskositas air ()
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
(Geankoplis, 1997)
- Laju alir massa (F)
= 56,5014 kg/jam = 0,0346 lbm/detik
-
Densitas air ()
Laju alir volume, Q
F 0,0346 lb m /detik 0,0006 ft 3 /s 3 ρ 62,195 lb m /ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0006 ft3/s )0,45 (62,195lbm/ft3)0,13
Universitas Sumatera Utara
= 0,2289 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/4 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0303 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,40500 in = 0,0450 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0006 ft 3 / s = 1,3909 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
(62,195 lbm / ft 3 )(1,3909 ft / s )(0,0224 ft ) = 0,0005 lbm/ft.s = 3603,8360 Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 3603,8360 dan /D =
0,000046 ft = 0,0021 0,0303 ft (Geankoplis,1997)
maka harga f = 0,0065
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,39092 2132,174
1,39092 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1,3909 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f
= 0,0150 ft.lbf/lbm
= 0,0451 ft.lbf/lbm
= 0,0601 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
Universitas Sumatera Utara
= 4(0,0065)
20. 1,3909 2 0,0224.2.32,174
= 0,6974 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,3909 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0301 ft.lbf/lbm = 0,8477 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = 100 kPa P2 = 227 kPa P2 P1
4.741,0192- 2.088,5547 42,6485 62,1936
Z = 20 ft Maka
0
32,174 ft / s 2 20 ft 42,6485 0,8477 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -63,4962 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-63,4962 = -0,8 x Wp Wp
= 79,3703 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 56,5014 lbm / s 79,3703 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0050 Hp
25. Deaerator (DE) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 3500C Tekanan
Kebutuhan Perancangan :
= 1 atm 24 jam
Laju alir massa air = 56,5014 kg/jam Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
Faktor keamanan
= 20
= 62,1936 lbm/ft3
(Perry, 1999)
a. Perhitungan Ukuran Tangki : Volume air, Va
56,5014 kg/jam 24 jam = 1,3612 m3 3 996,24 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 1,3612 m3 = 1,6334 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 1,3612 m 3 πD 2 D 4 2 3 1,3612 m 3 πD3 8 V
Maka: D = 2,2305 m ; H = 3,3458 m Tinggi cairan dalam tangki
=
1,3612 x 3,3458 = 2,7881 m 1,6334
b. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 2,2305 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 Tinggi tutup
=
1 x 2,2305 m 0,5576 m 4
(Brownel & Young, 1959)
Tinggi tangki total = 3,3458 + 2(0,5576) = 4,4610 m c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = xgxl = 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,7881 m = 27,2211 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi = 1 atm = 100 kPa P = 27,2211 kPa + 100 kPa = 127,2211 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign = (1,05) (127,2211 kPa) = 133,5822 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kP
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P ( 133,5822kPa) (2,2305 m) 2(87.208,714 kPa)(0,8) 1,2(133,5822 kPa) 0,0021 m 0,0842 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0842 in + 1/8 in = 0,2092 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in
(Brownel & Young, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/2 in.
26. Pompa Utilitas (PU-13) Fungsi
: memompa air dari deaerator ke ketel uap
ke Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi: - Temperatur = 28°C = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
- Viskositas air ()
= 0,8007 cP = 1,9371 lbm/ftjam
(Geankoplis, 1997)
- Laju alir massa (F)
= 56,5014 kg/jam = 0,0346 lbm/detik
-
Densitas air ()
Laju alir volume, Q
F 0,0346 lb m /detik 0,0006 ft 3 /s 3 ρ 62,195 lb m /ft
Desain pompa : Asumsi : aliran laminar
Universitas Sumatera Utara
Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13 3
(Timmerhaus,1991) 0,45
= 3,9 (0,0006 ft /s )
3 0,13
(62,195 lbm/ft )
= 0,2289 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/4 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
0,0006 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 1,3909 ft/s 0,0004 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (62,195 lbm / ft 3 )(1,3909 ft / s )(0,0224 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 3603,8360 Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 3603,8360 dan /D =
0,000046 ft = 0,0021 0,0224 ft
maka harga f = 0,0065
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,39092 2132,174
1,39092 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
1,3909 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0150 ft.lbf/lbm
= 0,0451 ft.lbf/lbm
= 0,0601 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
Universitas Sumatera Utara
= 4(0,0065)
30. 1,3909 2 0,0224.2.32,174
= 1,0461 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,3909 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0301 ft.lbf/lbm = 1,1964 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 30 ft
Maka
32,174 ft / s 2 30 ft 0 1,1964 ft.lbf / lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -31,1964 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-31,1964 = -0,8 x Wp Wp
= 38,9955 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 56,5014 lbm / s 38,9955 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 0,0025 Hp
27. Ketel Uap (KU) Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Ketel pipa api
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : Carbon steel
Universitas Sumatera Utara
Data : dari deaerator : Massa
= 56,5014 kg/jam
= 124,56 lbm/jam
H liquid pada 800C
= 376,8 kJ/kg
= 161,9974 btu/lbm
= 226,0055 kg/jam
= 570,6574 lbm/jam
= 1678,3 kJ/kg
= 721,5505 btu/lbm
= 2542,8 kJ/kg
= 1093,2245 btu/lbm
Dari kondensat bekas Massa H liquid pada 3500C 0
H2 pada 350 C H1 = H1 =
m1 x H l 90 m2 x H l 125 m1 m2
124,56x 161,9974 570,6574x 721,5505 621,2970Btu/lbm 124,56 570,6574
H = H2 – H1 H = 1093,2245 – 621,2970 = 471,9275 Btu/lbm W = 124,56 + 570,6574 = 695,2174 lbm/jam W =
34,5 x P x 970,3 H
P =
695,2174 471,9275 9,8010 hp 34,5 970,3
(Caplan, 1980)
Menghitung Jumlah Tube Dari ASTM Boiler Code, permukaan bidang pemanas = 10 ft2/hp. Luas permukaan perpindahan panas, A = P x 10 ft2/hp = 9,8010 hp x 10 ft2/hp = 98,0100 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi : Panjang tube
= 18 ft
Diameter tube
= 1 ½ in
Luas permukaan pipa, a’ = 0,3925 ft2 / ft
Sehingga jumlah tube (Nt) Sehingga jumlah tube =
Universitas Sumatera Utara
Nt =
(98,0100 ft 2 ) A = L x a' 18 ft x 0,3925 ft 2 / ft
Nt = 13,9516 Nt = 14 buah
28. Pompa Utilitas (PU-14) Fungsi
: memompa air
dari
tangki utilitas (TU-1) ke menara
pendingin air Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 316,6920 kg/jam
= 0,1939 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,1939 lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,0031 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0031 ft3/s )0,45 ( 62,195 lbm/ft3)0,13 = 0,4972 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: ¾ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,8240 in = 0,0687 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,050 in = 0,0875 ft
Inside sectional area
: 0,0037 ft2
0,0031 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 0,8405 ft/s 0,00371 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (62,1936 lbm / ft 3 )(0,8405 ft / s )(0,0686 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 6671,2019 Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 6671,2019 dan /D =
0,000046 ft = 0,0007 0,0686 ft
maka harga f = 0,0065
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
0,8405 2 = 0,5 1 0 2132,174
= 0,0055 ft.lbf/lbm
0,8405 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0165 ft.lbf/lbm
2 check valve = hf = n.Kf.
0,8405 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0220 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f D.2.g c = 4(0,0065)
50.0,8405 2 0,0686 .2.32,174
= 0,2079 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c
0,8405 2 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 0,0110 ft.lbf/lbm = 0,2628 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
Universitas Sumatera Utara
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 50 ft
maka : 0
32,174 ft / s 2 50 ft 0 0,2628 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -50,2628 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws
-50,2628 = -0,8 x Wp Wp
= 62,8284 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 316,6920 lbm / s 62,8284 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 0,0222 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
29. Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT) Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 70C menjadi 30C
Jenis
: Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–53 Grade B Jumlah unit
: 6 unit
Kondisi operasi : Suhu air masuk menara (TL2)
= 70 C = 158 F
Suhu air keluar menara (TL1)
= 30 C = 86 F
Suhu udara (TG1)
= 28 C = 82,4F
Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh suhu bola basah, Tw = 80F. Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,022 kg uap air/kg udara kering
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 1,5 gal/ft2menit Densitas air (70C)
= 977,81 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 4034,2931 kg/jam
(Geankoplis, 1997)
Laju volumetrik air pendingin = 4034,2931 / 977,81 = 4,1258 m3/jam Kapasitas air, Q = 4,1258 m3/jam 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam = 18,1654 gal/menit Faktor keamanan = 20% Luas menara, A = 1,2 x (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 x (18,1654 gal/menit) /(1,5 gal/ft2. menit)= 14,5323 ft2
(4034,2931 kg/jam).(1 jam).(3,2808 ft) 2 Laju alir air tiap satuan luas (L) = (14,5323 ft 2 ).(3600s).(1m2 ) = 0,8300 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 0,6917 kg/s.m2
Perhitungan tinggi menara : Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis, 1997 : Hy1 = (1,005 + 1,88 x 0,022).103 (28 – 0) + 2,501.106 (0,022) = 84320,08 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis, 1997 : 0,6917 (Hy2 – 84320,08) = 0,8300 (4187).(70-30) Hy2 = 285296,08 J/kg 400 350 Hy . 10^3 (J/kg)
300 250
Garis kesetimbangan
200 150 100 50
0 0
10
20
30
40 50 TL (oC)
60
70
80
90
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT)
Universitas Sumatera Utara
Ketinggian menara, z =
G
.
(Geankoplis, 1997)
M.kG.a.P Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy. 103
hy*.103
1/(Hy-hy*)
97,2
84,3201
0,0776
116,8235 101,2919 136,447 119,2638
0,0644
156,0754 136,2355
0,0504
0,0582
0,1000
1/(Hy-hy*)
0,0800 0,0600 0,0400 0,0200 0,0000 0
50
100
150
hy* Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy) Luasan daerah di bawah kurva dari pada Gambar LD.3:
Hy 2
Hy1
dHy Hy * Hy
=
0,9159
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =
0,6917 (0,9159) 29 (0,0000001207)(1,013.105)
= 1,7867 m = 2 m Diambil
performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry, 1999,
diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2 14,5323 ft2 = 0,4360 hp Digunakan daya standar 5 hp
Universitas Sumatera Utara
30. Pompa Utilitas (PU-15) : memompa air pendingin 30oC dari menara pendingin air ke
Fungsi
unit proses Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 4034,2931 kg/jam
= 2,4706 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
2,4706 lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,0397 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0397 ft3/s )0,45 ( 62,1936 lbm/ft3)0,13 = 1,5625 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,5480 in = 0,2957 ft
Diameter Luar (OD)
: 4 in = 0,3333 ft
Inside sectional area
: 0,0687 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0397 ft 3 / s = 0,5782 ft/s 0,0687 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
(62,1936 lbm / ft 3 )(0,5782 ft / s )(0,2957 ft ) = 0,0005 lbm/ft.s = 19760,9583 Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen.
Universitas Sumatera Utara
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 19760,9583 dan /D =
0,000046 ft = 0,0002 0,2957 ft
maka harga f = 0,0048
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 0,5782 2 2132,174
= 0,0026 ft.lbf/lbm
0,5782 2 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,0078 ft.lbf/lbm
= 0,5 1 0
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
0,5782 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0104 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0048)
30. 0,5782 2 0,2957.2.32,174
= 0,0101 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
0,5782 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0052 ft.lbf/lbm = 0,0361 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P 2 Z = 30 ft
Universitas Sumatera Utara
0
32,174 ft / s 2 30 ft 0 0,0361 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 30,0361 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws
- 30,0361 = -0,8 x Wp Wp
= 37,5451 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 4034,2931 lbm / s 37,5451ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s = 0,1687 Hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,5 Hp
31. Pompa Utilitas (PU-16) Fungsi
: memompa air dari tangki utilitas - 01 ke tangki utilitas-02
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 1.000 kg/jam
= 0,6124 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,6124lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,0098 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0098 ft3/s )0,45 ( 62,1936 lbm/ft3)0,13 = 0,8341 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel :
Universitas Sumatera Utara
Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,0490 in = 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,3150 in = 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,0060 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0098 ft 3 / s = 1,6411 ft/s 0,0060 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(62,195 lbm / ft 3 )(1,6411 ft / s )(0,0874 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 16582,0385 Karena NRe >4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 16582,0385 dan /D =
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
maka harga f = 0,0068
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 =0,5 1 0
1,6411 2 2132,174
1,6411 2 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
1,6411 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0209 ft.lbf/lbm
= 0,0629 ft.lbf/lbm
= 0,0837 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0068)
30. 1,6411 2 0,0874.2.32,174
= 0,3907 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
2
1,6411 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0419 ft.lbf/lbm = 0,6000 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = P2 Z = 30 ft
32,174 ft / s 2 maka 0 30 ft 0 0,6000 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -30,6 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-30,6
= -0,8 x Wp
Wp
= 38,25 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1.000 lbm / s 38,25 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600 = 0,0426 Hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
32. Tangki Pelarutan Kaporit (TP-05) Fungsi
: Tempat membuat larutan klorin untuk proses klorinasi air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Plate steel, SA-167, Tipe 304 Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 28 0C
Universitas Sumatera Utara
Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Kaporit yang digunakan
= 2 ppm
Kaporit yang digunakan berupa larutan 70% (% berat) Laju massa kaporit
= 0,0029 kg/jam
Densitas larutan kaporit 70% = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry, 1999) Kebutuhan perancangan Volume larutan, (V1) =
= 90 hari
0,0029kg/jam x 24jam/hari x90 hari 0,7 x 1272kg/m 3
= 0,0069 m3 Faktor kelonggaran
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 0,0069 m3 = 0,0083 m3
B. Diameter dan tebal tangki Volume silinder tangki (Vs)
π Di 2 Hs Vs = 4 dimana :
Ditetapkan
(Brownell & Young, 1959)
Vs
= Volume silinder (ft3)
Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
: Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 2
Maka :
3Di3 Vs = 8
0,0083 =
3Di3 8
Di
= 0,1919 m
Hs
= 0,2878 m
Tinggi cairan dalam tangki =
0,0069 m 3 x 0,2878 m 3 0,2398m 3 0,0083 m
Tebal dinding tangki
Universitas Sumatera Utara
-
P Hidrostatis = x g x h = 1272 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 0,2398 = 2,9897 kPa
Tekanan operasi, 1 atm = 101,325 kPa P = 2,9897 + 101,325 = 104,3147 kPa Faktor keamanan untuk tekanan = 5% P desain
= 1,05 x (104,3147) = 109,5305 kPa
Allowable stress (s)
= 87218,714 kPa
Efisiensi sambungan (E) = 0,8 Faktor korosi
= 1/8 in
(Timmerhaus, 1991)
Tebal dinding silinder tangki : t=
PD 2SE 1,2P
t=
(109,5305)(0,1919) 2(87.218,714)(0,8) 1,2(109,5718)
t = 0,0002 m = 0,0059 in
C. Daya Pengaduk tipe pengaduk : plat 6 balde turbin impeller jumlah baffle : 4 buah untuk turbin standar (Mc Cabe, 1999), diperoleh : Dt/Da = 3,
; Da= 1/3 x 0,1919 m = 0,0640
E/Da = 1
; E= 0,0640 m
L/Da = ¼
; L= ¼ x 0,0640 m = 0,0160 m
(Brown, 1978)
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,0640 m = 0,0128 m J/Dt
= 1/12 ; J = 1/12 x 0,1919 m = 0,0160 m
Kecepatan pengadukan, N
= 1 rps
Viskositas kaporit 70% = 6,7197. 10-4 lbm/ft.det
(Kirk Othmer, 1991)
Bilangan Reynold,
Universitas Sumatera Utara
NRe
=
N ( Di ) 2
(79,4088)(1)(0,0640 3,2808) 2 = = 5202,9496 6,7197.10 4 NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ N Re g c
KT
= 6,3
P
6,3.(1 put/det) 3 .(0,2098 ft)5 (79,4088lbm/ft 3 ) 1hp x 3 2 550 ft.lbf/det (5,340.10 )(32,174lbm.ft/lbf.det )
2,2101.10-9 hp
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
2,2101.10-9 = 2,7627.10-9 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp
33. Pompa Utilitas (PU-17) Fungsi
: memompa larutan kaporit dari tangki pelarutan kaporit ke tangki utilitas-02
Jenis
: pompa injeksi
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 0,0029 kg/jam
= 1,7497.10-6 lbm/s
Densitas kaporit ()
= 1272 kg/m3
= 79,4088 lbm/ft3
Viskositas kaporit ()
= 6,7197.10-4 cP
= 4,5156.10-7 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
1,7497.106 lbm / s = 2,2034.10-8 ft3/s 3 79,4088 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3 (Q)0,36()0,18
(Timmerhaus,1991)
Universitas Sumatera Utara
= 3 (2,2034.10-8 ft3/s )0,36 (4,5156.10-7 lbm/ft3)0,18 = 0,0014 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in
Inside sectional area
: 0,0004 ft
Kecepatan linear, v = Q/A = Bilangan Reynold : NRe =
=
= 0,0338 ft 2
2,2034.10-8 ft 3 / s = 0,0001 ft/s 0,0004 ft 2
v D (79,4088 lbm / ft 3 )(0,0001 ft / s )(0,0224 ft ) 4,5156.10-7 lbm/ft.s
= 217,1490 (Laminar)
Aliran adalah laminar, maka : f = 16/NRe = 16/217,1490 = 0,0737
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 (0,0001) 2 2132,174
= 2,3578.10-11 ft.lbf/lbm
(0,0001) 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 7,0734.10-11 ft.lbf/lbm
=0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f
(0,0001) 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 9,4313.10-11 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 20 . 0,0001 = 4(0,07) 0,0224.2.32,174
= 1,2400.10-8 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
2
(0,0001) 2 2132,174
Total friction loss : F
= 4,7156.10-11 ft.lbf/lbm = 1,2636.10-8 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = P2 Z = 20 ft
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 1,2636.108 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -20 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-20
= -0,8 x Wp
Wp
= 25 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 0,0029 lbm / s 25 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600 = 7,95322.10-8 Hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
34. Tangki Utilitas (TU-02) Fungsi
: Menampung air dari tangki utilitas 1 untuk keperluan air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-5, grade B Jumlah
:1
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Temperatur
= 28C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 1.000 kg/jam
Densitas air
= 996,24 kg/m3
(Perry, 1999)
Kebutuhan perancangan = 24 jam = 20
Faktor keamanan Perhitungan: a. Volume tangki Volume air, Va
1.000 kg/jam 24 jam = 24,1041 m3 3 996,24 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 24,0906 m3 = 28,9250 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H =2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 28,9250m 3 πD 2 D 4 2 3 28,9250 m 3 πD3 8 V
Maka, D =2,9069 m , H = 4,3604 m 24,0906 m 3 x 4,3604 m = 3,6337 m Tinggi air dalam tangki = 28,9087 m 3 c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = xgxl = 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,6337 m = 35,4563 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 35,4563 kPa + 101,325 kPa = 136,7813 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (136,7813 kPa) =143,6203 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kP
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (143,6203) (2,9069 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(143,6203 kPa) 0,003 m 0,1179 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,1179 in + 1/8 in = 0,2429 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownel & Young, 1959)
35. Pompa Utilitas (PU-18) Fungsi
: memompa air dari tangki utilitas-02 ke kebutuhan domestik
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 1.000 kg/jam
= 0,6124 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,6124lbm / s 62,136 lbm / ft 3
= 0,0098 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0098 ft3/s )0,45 ( 62,195 lbm/ft3)0,13 = 0,8341 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Universitas Sumatera Utara
Diameter Dalam (ID)
: 1,0490 in = 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,3150 in = 0,1096 ft
Inside sectional area
: 0,0060 ft2
0,0098 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 1,6411 ft/s 0,0060 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (62,195 lbm / ft 3 )(1,6411 ft / s )(0,0874 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 16582,0385 Karena NRe >4000, maka aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 16582,0385 dan /D =
0,000046 ft = 0,0005 0,0874 ft
maka harga f = 0,0065
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 =0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,6411 2 2132,174
1,6411 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1,6411 2 v2 = 1(2,0) 1 check valve = hf = n.Kf. 2(32,174) 2.g c
= 0,0209 ft.lbf/lbm
= 0,0628 ft.lbf/lbm
= 0,0837 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f D.2.g c = 4(0,0065)
30. 1,6411 2 0,0874.2.32,174
= 0,3735 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c
Universitas Sumatera Utara
= 1 0
2
1,6411 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0419 ft.lbf/lbm = 0,5827 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
v1 = v2
dimana : P1 = P2 Z = 30 ft maka 0
32,174 ft / s 2 30 ft 0 0,5827 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 30,5827 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws - 30,5827 Wp
= - x Wp = -0,8 x Wp = 38,2284 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp =
1 hp 1000 lbm / s 38,2284 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600 = 0,0426 Hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
36. Pompa Utilitas (PU-19) Fungsi
: memompa air dari tangki utilitas -01 ke kebutuhan air proses
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm
Universitas Sumatera Utara
T = 28 oC Laju alir massa (F)
= 56,5014 kg/jam
= 0,0346 lbm/s
Densitas air ()
= 996,2400 kg/m3
= 62,1936 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
0,0346 lbm / s 62,1936 lbm / ft 3
= 0,0006 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0006 ft3/s )0,45 ( 62,1936 lbm/ft3)0,13 = 0,2289 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1¼ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,380 in
= 0,1149 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,660 in
= 0,1383 ft
Inside sectional area
: 0,0104 ft2
Kecepatan linier, v
Q 0,0006 ft 3 /s 0,0535ft/s At 0,0104ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,1950,05350,1149 711,0800 μ 0.00054
Karena NRe < 4000, maka aliran laminar. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,000046 maka harga f = 16/Re = 16/711,0800 = 0,0225
(Geankoplis, 1997)
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2 0,0535 2 = 0,5 1 0 2132,174 2 elbow 90° = hf = n.Kf.
0,0535 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,00002 ft.lbf/lbm
= 0,0001 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
0,0535 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0001 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0225)
30. 0,0535 2 0,1149.2.32,174
= 0,0010 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
0,0535 2 2132,174
= 0,00004 ft.lbf/lbm
Total friction loss : F
= 0,0013 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 30 ft
Maka
0
32,174 ft / s 2 30 ft 0 0,0013 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 30,0013 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
- 30,0013 = -0,8 x Wp Wp
= 37,5016 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 56,5014 lbm / s 37,5016 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0024 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp
Universitas Sumatera Utara
37. Tangki Bahan Bakar (TB) Fungsi
: Menyimpan bahan bakar Solar
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, grade B Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur 30°C dan tekanan 1 atm
Laju volume solar
= 95,0037 ltr/jam
Densitas solar
= 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft3
(Perry, 1999)
Kebutuhan perancangan = 7 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va) = 95,0037 ltr/jam x 7 hari x 24 jam/hari =15960,6232 L = 15,9606 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 15,9606 m3 = 19,1527 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 1 : 2 1 πD 2 H 4 1 19,1527 m 3 πD 2 2D 4 3 19,1527 m 1,5708D 3 V
D = 2,3016 m ;
H = 4,6033 m = 15,1024 ft
Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(15,1024)(4,6033) = 3,8361 m (19,1527)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 890,0712 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,8361 m = 33,4608 kPa Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 33,4608 + 101,325 kPa = 134,7858 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05)(134,7858 kPa) = 141,5251 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency = 0,8
(Brownel & Young, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownel & Young, 1959)
Tebal shell tangki:
t
PD 2SE 1,2P
(141,5251 kPa) (2,3016 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(141,5251 kPa) 0,0023 m 0,0920 in
t
Faktor korosi = 1/8 in. Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0920 + 1/8 in = 0,2170 in
38. Pompa Utilitas (PU-20) Fungsi
: memompa solar dari tangki solar ke ketel uap
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: - Temperatur = 28C - Densitas solar ()
= 890,0712 kg/m3 = 55,56 lbm/ft3
(Perry, 1999)
- Viskositas solar () = 1,1 cP = 7,392. 10-4 lbm/ftjam
(Perry, 1999)
Laju volume (Q) = 95,0037 ltr/jam -05 3 = 2,6390.10 m /detik = 0,0009 ft3/s Desain pompa : Asumsi : aliran laminar Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0009 ft3/s )0,45 (55,56 lbm/ft3)0,13 = 0,0076 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Universitas Sumatera Utara
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0009 ft 3 / s = 2,3298 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(55,56 lbm / ft 3 )(2,3298 ft / s )(0,0224 ft ) 7,392 .10-4 lbm/ft.s
= 3932,4259 f = 0,041
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,3298 2 2132,174
2,3298 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
2,3298 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0422 ft.lbf/lbm
= 0,1265 ft.lbf/lbm
= 0,1687 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f D.2.g c = 4(0,041)
20. 2,3298 2 0,0224.2.32,174
= 1,2248 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c
2,6298 2 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 0,0844 ft.lbf/lbm = 1,6466 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
dimana : v1 = v2 P1 P2 Z = 20 ft maka :
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 1,6466 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 21,6466 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws = - x Wp - 21,6466 = -0,8 x Wp Wp = 27,0582 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp =
1 hp 0,0009 lbm / s 27,0582 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,002 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp
39. Pompa Utilitas (PU-21) Fungsi
: memompa solar dari tangki solar ke generator
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: - Temperatur = 28C - Densitas solar ()
= 890,0712 kg/m3 = 55,56 lbm/ft3
- Viskositas solar () = 1,1 cP = 7,392. 10-4 lbm/ftjam
(Perry, 1999) (Perry, 1999)
Laju volume (Q) = 95,0037 ltr/jam = 0,00002 m3/detik = 0,0009 ft3/s Desain pompa : Asumsi : aliran laminar
Universitas Sumatera Utara
Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13 3
(Timmerhaus,1991) 0,45
= 3,9 (0,0009 ft /s )
3 0,13
(55,56 lbm/ft )
= 0,0076 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
0,0009 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 2,3289 ft/s 0,0004 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (55,56 lbm / ft 3 )(2,3289 ft / s )(0,0224 ft ) 7,392 . 10-4 lbm/ft.s
= 3932,4259 f = 0,0041
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2 2,3289 2 = 0,5 1 0 2132,174 2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,3289 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
2,3289 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,0422 ft.lbf/lbm
= 0,1265 ft.lbf/lbm
= 0,1687 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 20 ft = Ff = 4f D.2.g c = 4(0,0041)
20. 2,3289 2 0,0224.2.32,174
= 1,2248 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
2,32892 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 0,0844 ft.lbf/lbm = 1,6466 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 20 ft
maka :
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 1,6466 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 21,6466 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
- 21,6466 = -0,8 x Wp Wp Daya pompa : P
= 27,0582 ft.lbf/lbm
= m x Wp =
1 hp 0,0009 lbm / s 27,0582 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0020 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 Hp 40. Pompa Refrigeran (PU-22) Fungsi
: memompa cairan Propana dari tangki penampung sementara ke refrigerasi
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi:
Universitas Sumatera Utara
- Temperatur = -185C - Densitas propana () = 581,2 kg/m3 = 36,2833 lbm/ft3
(Perry, 1999)
- Viskositas propana () = 0,1980 cP = 0,4790 lbm/ftjam
(Perry, 1999)
Laju volume (Q) = 0,0035 ft3/s
= 0,0001 m3/detik
Desain pompa : Asumsi : aliran turbulen Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0035 ft3/s )0,45 (0,4790 lbm/ft3)0,13 = 0,4860 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
0,0035 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 8,6613 ft/s 0,0004 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (36,2833 lbm / ft 3 )(8,6613 ft / s )(0,0224 ft ) 0,4790 lbm/ft.s
= 52945,1196 f = 0,0060
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A1 2 8,6613 2 = 0,5 1 0 2132,174 2 elbow 90° = hf = n.Kf.
8,6613 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
= 0,5829 ft.lbf/lbm
= 1,7487 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 25 ft = Ff = 4f
8,6613 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 2,3316 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0006)
25. 8,6613 2 0,0224.2.32,174
= 31,2040 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
8,66132 2132,174
Total friction loss : F
= 1,1658 ft.lbf/lbm = 37,0330 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 25 ft
maka :
0
32,174 ft / s 2 25 ft 0 37,0330 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -62,0330 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-62,0330 = -0,8 x Wp Wp Daya pompa : P
= 77,5413 ft.lbf/lbm
= m x Wp =
1 hp 205,2652 lbm / s 77,5413 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0177 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/2 Hp
Universitas Sumatera Utara
41. Pompa Refrigeran (PU-23) Fungsi
: memompa cairan Propana dari refrigerasi ke proses
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: - Temperatur = -188C - Densitas propana () = 556,5 kg/m3 = 34,7413 lbm/ft3
(Perry, 1999)
- Viskositas propana () = 0,1656 cP = 0,4006 lbm/ftjam
(Perry, 1999)
Laju volume (Q) = 0,0036 ft3/s
3
= 0,0001 m /detik
Desain pompa : Asumsi : aliran laminar Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0036 ft3/s )0,45 (0,4006 lbm/ft3)0,13 = 0,4928 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,2690 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,4050 in = 0,0338 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,0036 ft 3 / s = 9,0457 ft/s 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(34,7413 lbm / ft 3 )(9,0457 ft / s )(0,0224 ft ) 0,4006 lbm/ft.s
= 63303,9474 f = 0,0055
(Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
9,0457 2 2132,174
9,0457 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
9,0457 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,6358 ft.lbf/lbm
= 1,9074 ft.lbf/lbm
= 2,5432 ft.lbf/lbm
L.v 2 Pipa lurus 25 ft = Ff = 4f D.2.g c = 4(0,0055)
25. 9,0457 2 0,0224.2.32,174
= 31,1991 ft.lbf/lbm
2
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
1 Sharp edge exit = hex
9,04572 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 1,2716 ft.lbf/lbm = 37,5571 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 P2 Z = 25 ft
maka :
0
32,174 ft / s 2 25 ft 0 37,5571ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 62,5571 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
Universitas Sumatera Utara
-62,571
= -0,8 x Wp
Wp = 78,1964 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp =
1 hp 205,2652 lbm / s 78,1964 ft.lbf / lbm x 550 ft.lbf / s 0,453593600
= 0,0179 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/2 Hp
42. Tangki Penyimpanan Refrigeran C3H8 (TP-06) Fungsi
: Menyimpan C3H8 untuk kebutuhan 30 hari
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Single welded butt joints : 1 unit
Jumlah Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= -156C
Laju alir massa
= 205,2652 kg/jam
= 556,5 kg/m3 (Ullman, 2005)
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran
= 20 %
Perhitungan: a. Volume tangki Volume bahan,Vl=
205,2652 kg / jam 30 hari 24 jam / hari = 265,5722 m3 3 556,5 kg / m
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 265,5722 m3 = 318,6866 m3 b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4) Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
Volume shell tangki ( Vs)
Universitas Sumatera Utara
-
Vs
=
1 D2 H 4
Vs
=
5 D 3 16
Volume tutup tangki (Vh) Tinggi head (Hh) = 1/4 D Vh =
4
D2 H h
= /4 D2(1/4 D) = /16 D3 -
(Walas,1988)
Diameter dan tinggi shell V
= Vs + Vh
318,6866
=
5 3 D 3 + D 16 16
D
= 6,4674 m = 254,62 in
Hs
= 5/4 x 6,4674 m = 8,0842 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 6,4674 m
Hh
Hh 1 = D 6,4674 = 1,6168 m D 4
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 9,7011 m
d. Tebal shell tangki Tinggi bahan dalam tangki = PHidrostatik
265,5722 m 3 x 8,0842 m = 6,7368 m 318,6866 m 3
=xgxl = 556,5 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,7368 m= 36,741 kPa
P0
= Tekanan operasi = 1 atm = 100 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2)(136,741 + 100)
= 164,0889 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD 0,125 2SE 1,2P (164,0889 kPa) (254,62 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(164,0889 kPa) 0,3033 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
e. Tebal tutup tangki PD 0,125 2SE 1,2P (164,0889 kPa) (254,62 in) 0,125 2(146513,65 kPa)(0,8) 1,2(164,0889 kPa) 0,3033 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in
(Brownel & Young,1959)
43. Refrigerant (RU) Fungsi
: Mendinginkan cairan propana dari suhu -156 oC menjadi -188 oC
Jenis
: single stage refrigation cycle
Data : Suhu propana masuk unit pendingin
= -156 oC = -312,8 oF = 117,15 K
Suhu propana keluar unit pendingin
= -188 oC = -306,4 oF = 85,15 K
Laju alir refrigeran
= 265,5722 kg/jam = 6,0220 kmol/jam
Perbedaan temperatur minimum
= 10 oF
Refrigerant
= Propana (R-290)
Kapasitas refrigasi kapasitas refrigasi = panas yang diserap chiller Th
Qc
=
Cp.dT
Tc
= 2532,5542 kmol/jam x 222,842 kJ/kmol = 564359,443 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Menentukan coefficient of performance (COP) Pada titik (2), T = (-306,4 - 10) oF = -316,4 oF = 79,59 K dari Tabel 2-329 Perry,1997 diperoleh : P2 = 3.10-9 bar H2 = 685,58 kJ/kg S2 = 8,6713 kJ/kg K Pada titik (4), T = (-312,8 + 10) oF = -311,8 oF = 127,15 K dari Tabel 2-329 Perry,1997 diperoleh : P4 = 2,1.10-7 bar H4 = 140,35 kJ/kg Tahap kompresi reversibel dan adiabatis dari saturated vapour pada langkah 2 ke Superheated vapour pada langkah 3’. S’3 = S2 = 8,6713 kJ/kg K Diperoleh : H’3 = 834,676 kJ/kg (Perry, 1997) ΔHs
= H’3 - H2 = 834,676 – 685,58 = 149,096 kJ/kg
Efisiensi kompresor : 80% sehingga H3 - H2 =
ΔH s η
=
149,096 186,37 kJ/kg 0,8
Coefficient of performance, :
ω
(H 2 H 4 ) (H 3 H 2 )
ω
(685,58- 140,35) 186,37
(Smith, 2001)
= 2,9255
Menentukan laju sirkulasi refrigerant m=
=
Qc H2 H4
564359,443kJ/jam (685,58 140,35) kJ/kg
= 1035,0850 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI
Dalam rencana pra rancangan pabrik fosgen digunakan asumsi sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 9.000 ton/tahun. 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Timmerhaus, 2004). 4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 9.170,- (Kaskus, 5 April 2012)
1.
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
1.1
Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) Modal untuk Pembelian Tanah Lokasi Pabrik Luas tanah seluruhnya = 11.710 m2 Harga tanah pada lokasi pabrik berkisar
Rp 300.000/m2.
Harga tanah seluruhnya =11.710 m2 Rp 300.000/m2 = Rp 3.513.000.000,Biaya perataan tanah diperkirakan 5% Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 3.513.000.000,- = Rp 175.650.000,Maka modal untuk pembelian tanah (A) adalah Rp 3.688.650.000,-
Harga Bangunan dan Sarana Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga
Jumlah (Rp)
2
(Rp/m ) 1
Pos Keamanan
50
500.000
25.000.000
2
Tempat Parkir
500
450.000
225.000.000
3
Rumah Timbangan
100
600.000
60.000.000
4
Bengkel
300
500.000
150.000.000
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ................. (lanjutan)
No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga
Jumlah (Rp)
(Rp/m2) 5
Unit Pembangkit Listrik
400
2.500.000
1.000.000.000
6
Perkantoran
500
2.500.000
1.250.000.000
7
Laboratorium
200
1.000.000
100.000.000
8
Ruang Kontrol
150
2.500.000
375.000.000
9
Daerah Proses
2.000
2.000.000
4.000.000.000
10
Unit Pengolahan Limbah
400
1.000.000
400.000.000
11
Unit Pengolahan Air
800
500.000
400.000.000
12
Unit Pembangkit Uap
200
500.000
100.000.000
13
Areal Perluasan
1.500
500.000
750.000.000
14
Gudang Peralatan/Suku Cadang
400
400.000
160.000.000
15
Gudang Bahan dan Pelengkap
150
1.000.000
150.000.000
16
Kantin
100
200.000
20.000.000
17
Poliklinik
80
300.000
24.000.000
18
Perpustakaan
120
500.000
60.000.000
19
Tempat Ibadah
80
500.000
40.000.000
20
Taman
500
500.000
250.000.000
21
Perumahan Karyawan
2.000
300.000
600.000.000
22
Jalan
1.000
300.000
300.000.000
23
Aula
80
400.000
32.000.000
24
Pemadam Kebakaran
100
400.000
40.000.000
TOTAL
Harga bangunan saja
= Rp 8.986.000.000,-
Harga sarana
= Rp 1.525.000.000,-
11.710
-
10.511.000.000
Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp. 10.511.000.000,-
Universitas Sumatera Utara
Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Timmerhaus, 2004) :
X Cx Cy 2 X1
m
Ix I y
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2008 Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = kapasitas alat yang tersedia X2 = kapasitas alat yang diinginkan Ix = indeks harga pada tahun 2008 Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat) Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2008 digunakan metode regresi koefisien korelasi: r
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2 n ΣYi 2 ΣYi 2
(Montgomery, 1992)
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift Tahun
Indeks
Xi.Yi
Xi²
Yi²
No.
(Xi)
(Yi)
1
1989
895
1780155
3956121
801025
2
1990
915
1820850
3960100
837225
3
1991
931
1853621
3964081
866761
4
1992
943
1878456
3968064
889249
5
1993
967
1927231
3972049
935089
6
1994
993
1980042
3976036
986049
7
1995
1028
2050860
3980025
1056784
8
1996
1039
2073844
3984016
1079521
9
1997
1057
2110829
3988009
1117249
10
1998
1062
2121876
3992004
1127844
11
1999
1068
2134932
3996001
1140624
Universitas Sumatera Utara
12
2000
1089
2178000
4000000
1185921
13
2001
1094
2189094
4004001
1196836
14
2002
1103
2208206
4008004
1216609
Total
27937
14184
28307996
55748511
14436786
Sumber: Tabel 6-2, Timmerhaus, 2004 Data :
n = 14
∑Xi = 27937
∑Yi = 14184
∑XiYi = 28307996
∑Xi² = 55748511
∑Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE – 2, maka diperoleh harga koefisien korelasi: (14) . (28307996) –
r =
(27937)(14184)
[(14). (55748511) – (27937)²] x [(14)(14436786) – (14184)² ]½ ≈ 0,98 = 1 Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b X dengan:
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2008)
X
= variabel tahun ke n – 1
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2
a
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : b = 14 .( 28307996) – (27937)(14184) 14. (55748511) – (27937)²
= 53536 3185
= 16,8088 a = (14184)( 55748511) – (27937)(28307996) = - 103604228 14. (55748511) – (27937)²
3185
= -32528,8
Universitas Sumatera Utara
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+bX Y = 16,809X – 32528,8 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2008 adalah: Y = 16,809(2008) – 32528,8 Y = 1223,672 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Timmerhaus, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Timmerhaus, 2004)
Contoh perhitungan harga peralatan: a. Tangki Penyimpanan Cl2 (F-110) Kapasitas tangki , X2 = 796,8788 m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 6700. Dari Tabel 6-4, Timmerhaus, 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103.
Purchased cost, dollar
106
Capacity, gal 104 10
2
105
3
10
105
Mixing tank with agitator 304 Stainless stell
4
10
Carbon steel 310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)
103 10-1
P-82 Jan,2002
1
10
2
10
103
Capacity, m3
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan (Timmerhaus, 2004)
Universitas Sumatera Utara
Indeks harga tahun 2008 (Ix) adalah 1223,672. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 2880,5053 m3 adalah : 796,8788 Cx = US$ 6700 1
0 , 49
x
1223,672 1103
Cx = US$ 196.267 .Cx = Rp 1.799.765.251,-/unit
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
Biaya transportasi
= 5
-
Biaya asuransi
= 1
-
Bea masuk
= 15
(Rusjdi, 2004)
-
PPn
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
PPh
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
Biaya gudang di pelabuhan
= 0,5
-
Biaya administrasi pelabuhan = 0,5
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 43
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
PPn
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
PPh
= 10
(Rusjdi, 2004)
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 21
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses No.
Kode
Unit
Ket*)
1
F-110
1
I
2.047.673.182
2.047.673.182
2
F-120
1
I
1.974.408.228
1.974.408.228
3
F-410
1
I
978.245.940
978.245.940
4
F-420
1
I
1.032.427.117
1.032.427.117
5
F-430
1
I
1.703.897.784
1.703.897.784
6
F-440
1
I
60.582.172
60.582.172
7
MT-350
1
I
3.660.760
3.660.760
8
V-320
1
I
5.345.082.136
5.345.082.136
9
R-210
1
I
13.067.822.080
13.067.822.080
10
V-330
1
I
2.288.160.354
2.288.160.354
11
V-340
1
I
913.149.268
913.149.268
12
E-114
1
I
25.041.747
25.041.747
13
E-122
1
I
9.734.376
9.734.376
14
V-112
1
I
44.731.252
44.731.252
15
E-322
1
I
20.391.837
20.391.837
16
E-324
1
I
31.213.688
31.213.688
17
E-310
1
I
111.518.049
111.518.049
18
G-122
1
I
231.729.907
231.729.907
19
BC-351
1
I
67.549.341
67.549.341
20
C-360
1
I
16979.662
16979.662
21
L-111
1
NI
5.138.883
5.138.883
22
L-311
1
NI
4.596.543
4.596.543
23
L-323
1
NI
4.521.825
4.521.825
24
L-331
1
NI
3.526.881
3.526.881
25
L-332
1
NI
3.495.870
3.495.870
26
G-113
1
NI
67.717.732
67.717.732
27
G-123
1
NI
13.808.393
13.808.393
28
G-211
1
NI
81.901.675
81.901.675
29
G-321
1
NI
27.028.159
27.028.159
Harga / Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
Universitas Sumatera Utara
30
G-341
1
NI Harga total
8.968.359
8.968.359 30.194.703.198
Import
29.973.998.879
Non import
220.704.319
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah No.
Kode
Unit
Ket*)
Harga / Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
1
SC
1
I
53.379.840
53.379.840
2
WR
1
NI
6.000.000
6.000.000
3
BS
1
NI
6.500.000
6.500.000
4
CL
1
I
1.915.121.650
1.915.121.650
5
SF
1
I
230.402.899
230.402.899
6
CE
1
I
363.546.214
363.546.214
7
AE
1
I
363.546.214
363.546.214
8
CT
1
I
525.813.574
525.813.574
9
DE
1
I
86.161.723
86.161.723
10
KU
1
I
244.915.973
244.915.973
11
TU-01
1
I
149.673.913
149.673.913
12
TU-02
1
I
354.452.137
354.452.137
13
TP-01
1
I
26.514.456
26.514.456
14
TP-02
1
I
19.856.453
19.856.453
15
TP-03
1
I
49.683.129
49.683.129
16
TP-04
1
I
45.838.464
45.838.464
17
TP-05
1
I
6.514.512
6.514.512
18
TP-06
1
I
1.148.634.647
1.148.634.647
19
TB-01
1
I
289.618.534
289.618.534
20
PU-01
1
NI
1.799.321
1.799.321
21
PU-02
1
NI
5.760.984
5.760.984
22
PU-03
1
NI
5.760.984
5.760.984
23
PU-04
1
NI
60.905
60.905
24
PU-05
1
NI
163.678
163.678
Universitas Sumatera Utara
25
PU-06
1
NI
5.760.984
5.760.984
26
PU-07
1
NI
5.760.984
5.760.984
27
PU-08
1
NI
2.056.926
2.056.926
28
PU-09
1
NI
108.255
108.255
29
PU-10
1
NI
2.056.926
2.056.926
30
PU-11
1
NI
146.477
146.477
31
PU-12
1
NI
2.056.926
2.056.926
32
PU-13
1
NI
2.056.926
2.056.926
33
PU-14
1
NI
3.536.537
3.536.537
34
PU-15
1
NI
8.204.077
8.204.077
35
PU-16
1
NI
5.170.511
5.170.511
36
PU-17
1
NI
70.737
70.737
37
PU-18
1
NI
5.170.511
5.170.511
38
PU-19
1
NI
2.056.926
2.056.926
39
PU-20
1
NI
2.351.413
2.351.413
40
PU-21
1
NI
2.351.413
2.351.413
41
PU-22
1
NI
3.681.047
3.681.047
42
PU-23
1
NI
3.715.427
3.715.427
43
RU
1
I
225.000.000
225.000.000
44
A.sludge Tangki penampung Tangki aerasi Tangki sedimentasi Generator
1
I
899.419.363
899.419.363
2
NI
15.000.000
30.000.000
1
NI
39.000.000
39.000.000
2
NI
401.710.366
803.420.731
1
NI
75.000.000
150.000.000
45 46 47 48
Harga total
8.102.873.306
Import
6.998.093.698
Non import
1.104.779.608
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan N.I. untuk peralatan non impor.
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x (Rp, 29.973.998.879,- + Rp. 6.998.093.698,-)
Universitas Sumatera Utara
+ 1,21 x (Rp. 220.704.319,- + Rp. 1.104.779.608,-) = Rp. 54.473.927.936 ,Biaya pemasangan diperkirakan 50 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya pemasangan = 0,50 Rp. 54.473.927.936,= Rp. 27.236.963.968 ,= Rp. 54.473.927.936 ,- + Rp. 27.236.963.968 ,= Rp. 81.710.891.904 ,-
1.1.4
Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 40 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,4 Rp. 54.473.927.936 ,= Rp. 21.789.571.174,-
1.1.5
Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 60 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,6 Rp. 54.473.927.936,= Rp. 32.684.356.762 ,-
1.1.6
Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 Rp. 54.473.927.936,= Rp 10.894.785.587 ,-
1.1.7
Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 55 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya insulasi (G)
= 0,55 Rp. 54.473.927.936,= Rp. 29.960.660.365,-
Universitas Sumatera Utara
1.1.8
Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 5 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,05 Rp. 54.473.927.936,= Rp. 2.723.696.397,-
1.1.9
Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 5 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,05 Rp. 54.473.927.936,= Rp 2.723.696.397 ,-
1.1.10 Sarana Transportasi Untuk mempermudah pekerjaan, perusahaan memberi fasilitas sarana transportasi ( J ) seperti pada tabel berikut .
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi No.
Jenis Kendaraan
Unit
Tipe
Harga/ Unit
Harga Total
(Rp)
(Rp)
1
Mobil direktur
1
Toyota Alphard
800.000.000
800.000.000
2
Mobil manajer
5
Toyota Fortuner
400.000.000
2.000.000.000
3
Bus karyawan
10
Bus
380.000.000
3.800.000.000
4
Mobil karyawan
5
Kijang Innova
210.000.000
1.050.000.000
5
Truk
8
Truk
350.000.000
2.800.000.000
6
Mobil pemasaran
5
Suzuki APV
450.000.000
2.250.000.000
7
Mobil pemadam kebakaran
4
Truk tangki
350.000.000
1.400.000.000
Total
14.100.000.000
Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp. 210.787.308.585,-
Universitas Sumatera Utara
1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) 1.2.1
Pra Investasi Diperkirakan 7 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Pra Investasi (K)
= 0,07 x Rp 54.473.927.936,= Rp. 3.813.174.955 ,-
1.2.2
Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 30 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,30 Rp 54.473.927.936,= Rp. 16.342.178.380 ,-
1.2.3
Biaya Legalitas Diperkirakan 4 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,04 Rp 54.473.927.936,= Rp 2.178.957.117 ,-
1.2.4
Biaya Kontraktor Diperkirakan 30 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,30 Rp 54.473.927.936,= Rp 16.342.178.380 ,-
1.2.5
Biaya Tak Terduga Diperkirakan 40 dari total harga peralatan (Timmerhaus, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,40 Rp 54.473.927.936,= Rp 21.789.571.174,-
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp 60.466.060.009,
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 210.787.308.585,- + Rp 60.466.060.009,= Rp 271.253.368.594 ,-
Universitas Sumatera Utara
2
Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 330 hari.
2.1
Persediaan Bahan Baku
2.1.1 Bahan baku proses 1. CO Kebutuhan
= 332,6037 kg/jam
Harga
= Rp 2.405,- /kg
Harga total
= 330 hari 24 jam/hari 332,6037 kg/jam Rp 2.405,- /kg
(Anonim, 2012b)
= Rp 6.336.068.795 ,2. Cl2 Kebutuhan
= 863,5685 kg/jam
Harga
= Rp. 2.250,-/kg
Harga total
= 330 hari 24 jam/hari 863,5685 kg/jam x Rp. 2.250,-/kg
(Anonim, 2008)
= Rp 15.388.790.670 ,3. C3H8 Kebutuhan
= 205,2652 kg/jam
Harga
= Rp. 94.634,-/kg
Harga total
= 330 hari 24 jam/hari 205,2652 kg/jam x Rp. 94.634,-/kg
(Anonim, 2012l)
= Rp 153.845.949.978 ,4. C7H8 Kebutuhan
= 229,402 kg/jam
Harga
= Rp. 12.838,-/kg
Harga total
= 330 hari 24 jam/hari 229,402 kg/jam x Rp. 12.838,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
= Rp 23.324.897.978 ,5. Karbon Aktif Kebutuhan
= 0,595 kg/jam
Harga
= Rp. 55.020,-/kg
Harga total
= 330 hari 24 jam/hari 0,595 kg/jam x Rp. 55.020,-/kg
(Anonim, 2012a)
= Rp 259.276.248 ,6. NaOH Kebutuhan = 1,184 kg/jam Harga
= Rp 10.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Universitas Sumatera Utara
Harga total
= 330 hari 24 jam 1,184 kg/jam Rp 10.000,-/kg = Rp 93.772.800 ,-
2.1.2
Persediaan bahan baku utilitas
1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 0,0688 kg/jam
Harga
= Rp 8.000 ,-/kg
Harga total
= 330 hari 24 jam/hari 0,0688 kg/jam Rp 8.000,- /kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
= Rp 4.359.168 ,2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 0,0372 kg/jam Harga
= Rp 48.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 330 hari 24 jam/hari 0,0372 kg/jam Rp 48.000,-/kg = Rp 14.141.952 ,3. Kaporit Kebutuhan = 0,0028 kg/jam Harga
= Rp 7.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 330 hari 24 jam/hari 0,0028 kg/jam Rp 7.000,-/kg = Rp 155.232,4. H2SO4 Kebutuhan = 0,0322 kg/jam = 0,0175 L/jam Harga
= Rp 365.000-/L
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 330 hari 24 jam x 0,0175 L/jam Rp 365.000-/L = Rp 50.589.000 ,5. NaOH Kebutuhan = 0,0313 kg/jam Harga
= Rp 10.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 330 hari 24 jam 0,0313 kg/jam Rp 10.000,-/kg = Rp 2.478.960 ,6. Solar Kebutuhan = 99,3061 ltr/jam Harga solar untuk industri = Rp. 6.450,-/liter
(PT. Pertamina, 2012)
Universitas Sumatera Utara
Harga total = 330 hari 24 jam/hari 99,3061 ltr/jam Rp. 6.450,-/liter = Rp 5.072.952.812 ,7. Mikroba
= Rp. 1.800.000,-/tahun
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 330 hari
adalah
= Rp 204.395.233.217 ,-
2.2
Kas
2.2.2 Gaji Pegawai Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai Jabatan Direktur Sekretaris Manajer Pemasaran Manajer Keuangan Manajer Personalia Manajer Teknik Manajer Produksi Kepala Bagian Penjualan Kepala Bagian Pembelian Kepala Bagian Pembukuan Kepala Bagian Perpajakan Kepala Bagian Kepegawaian Kepala Bagian Humas Kepala Bagian Mesin Kepala Bagian Listrik Kepala Bagian Proses Kepala Bagian Utilitas Kepala Seksi Karyawan Produksi Karyawan Teknik Karyawan Keuangan dan Personalia Karyawan Pemasaran dan penjualan Dokter Perawat Petugas Keamanan Petugas Kebersihan Supir Total
Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 13 40 30 15 10 2 3 8 8 4 150
Gaji/bulan (Rp) 25.000.000 5.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 4.000.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 4.000.000 2.000.000 1.500.000 1.500.000 1.500.000
Jumlah gaji/bulan (Rp) 25.000.000 5.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 52.000.000 140.000.000 105.000.000 52.500.000 35.000.000 8.000.000 6.000.000 12.000.000 9.600.000 4.000.000 633.500.000
Total gaji pegawai selama 1 bulan = Rp 633.500.000,-
Universitas Sumatera Utara
Total gaji pegawai selama 1 tahun = Rp 7.602.000.000,-
2.2.3
Biaya Administrasi Umum
Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp. 7.602.000.000,= Rp 1.520.400.000,2.2.3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp 7.602.000.000,= Rp 1.520.400.000,-
2.2.4
Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada
Undang-Undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut:
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 FOSGEN Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah
Rp
3.688.650.000,-
Bangunan
Rp
10.511.000.000,-
Total NJOP Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
Rp (Rp.
14.199.650.000,30.000.000,- )
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
14.169.650.000 ,-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP)
Rp
708.482.500 ,-
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. 1. 2. 3. 4.
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total
Jumlah (Rp) 7.602.000.000 1.520.400.000 1.520.400.000 708.482.500 11.351.282.500 480.875.000
2.3 Biaya Start – Up Diperkirakan 12 dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus, 2004). = 0,12
Rp. 271.253.368.594,-
= Rp. 32.550.404.231 ,2.4 Piutang Dagang PD
IP HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : 1. Harga jual COCl2 = Rp 55.000,- / kg
(Anonim, 2012i)
Produksi COCl2 = 1136,3636 kg/jam Hasil penjualan COCl2 tahunan = 1136,3636 kg/jam24jam/hari 330hari/tahun Rp 55.000,- /kg = Rp 494.999.984.160 ,2. Harga jual COCl2 Solution = Rp 60.000,- / kg
(Anonim, 2012j)
Produksi COCl2 Solution = 286,7525 kg/jam Hasil penjualan COCl2 Solution tahunan = 286,7525 kg/jam24jam/hari 330hari/tahun Rp 60.000,- /kg = Rp 136.264.788.000 ,Hasil penjualan total tahunan Rp 631.264.772.160 ,1 Piutang Dagang = Rp 631.264.772.160,12 = Rp 52.605.397.680 ,-
Universitas Sumatera Utara
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. 1. 2. 3. 4.
Jumlah (Rp) Bahan baku proses dan utilitas Kas Start up Piutang Dagang
204.395.233.217 11.351.282.500 32.550.404.231 52.605.397.680 Rp 244.141.070.595
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja =
Rp 271.253.368.594,- + Rp 300.902.317.628,-
= Rp 572.155.686.222 ,Modal ini berasal dari: = 60 dari total modal investasi
- Modal sendiri
= 0,6 Rp 572.155.686.222,= Rp 343.293.411.733 ,- Pinjaman dari Bank
= 40 dari total modal investasi = 0,4 Rp 572.155.686.222,= Rp 228.862.274.489 ,-
3.
Biaya Produksi Total
3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) 3.1.1
Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P) Gaji total = (12 + 2) Rp 633.500.000 ,- = Rp 8.869.000.000 ,-
3.1.2
Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012).
Bunga bank (Q)
= 0,15 Rp 228.862.274.489 ,= Rp 34.329.341.173 ,-
Universitas Sumatera Utara
3.1.3
Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa
manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan melalui penyusutan (Rusdji, 2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia
No. 17 Tahun 2000 Pasal 11 ayat 6
dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta
Masa
Tarif
Berwujud
(tahun)
(%)
Beberapa Jenis Harta
4
25
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/
I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
tools industri. 2. Kelompok 2
8
12,5
Mobil, truk kerja
3. Kelompok 3
16
6,25
Mesin industri kimia, mesin industri mesin
20
5
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
Sumber : Waluyo, 2000 dan Rusdji,2004 Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D
PL n
dimana: D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
n
= umur peralatan (tahun)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 Umur Komponen Bangunan Peralatan proses dan utilitas Instrumentrasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi
Biaya (Rp)
(tahun)
10.511.000.000 81.710.891.904 21.789.571.174 32.684.356.762 10.894.785.587 29.960.660.365 2.723.696.397 2.723.696.397 14.100.000.000
20 16 4 4 4 4 4 4 8
Depresiasi (Rp) 525.550.000 5.106.930.744 5.447.392.794 8.171.089.190 2.723.696.397 7.490.165.091 680.924.099 680.924.099 1.762.500.000 32.589.172.414
TOTAL
Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UURI Pasal 11 ayat 1 No. Tahun 2000). Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak berwujud yang dimaksud (Rusdji, 2004). Untuk masa 4 tahun, maka biaya amortisasi adalah 25 dari MITTL. sehingga : Biaya amortisasi
= 0,25 Rp 60.466.060.009,= Rp 15.116.515.002 ,-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 32.589.172.414,- + Rp 15.116.515.002 ,= Rp 47.705.687.417 ,-
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.11 Perhitungan Biaya Alat Perlengkapan Keamanan Karyawan NO
NAMA BARANG
JUMLAH
HARGA PER
UNIT
UNIT (Rp)
HARGA (Rp)
1
Helm safety
225
550.000
123.750.000
2
Kacamata
113
500.000
56.500.000
3
Masker
225
50.000
11.250.000
4
Penutup telinga
63
200.000
12.600.000
5
Respirator
63
1.000.000
63.000.000
6
Sarung tangan
225
50.000
11.250.000
7
Sepatu
114
800.000
91.200.000
TOTAL
3.1.4 4
369.550.000
Biaya Tetap Perawatan
Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%, diambil 10% dari harga peralatan terpasang di pabrik (Timmerhaus, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 Rp 81.710.891.904 ,= Rp 8.171.089.190 ,-
5
Perawatan bangunan Diperkirakan 10 dari harga bangunan (Timmerhaus, 2004). Perawatan bangunan
= 0,1 Rp 10.511.000.000,= Rp 1.051.100.000 ,-
6
Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 dari harga kendaraan (Timmerhaus, 2004). Perawatan kenderaan
= 0,1 Rp 14.100.000.000,= Rp 1.410.000.000,-
7
Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Timmerhaus, 2004). Perawatan instrumen
= 0,1 Rp 21.789.571.174 ,= Rp 2.178.957.117 ,-
Universitas Sumatera Utara
1. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 dari harga perpipaan (Timmerhaus, 2004). = 0,1 Rp 32.684.356.762 ,-
Perawatan perpipaan
= Rp 3.268.435.676,2. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 dari harga instalasi listrik (Timmerhaus, 2004). Perawatan listrik
= 0.1 Rp 10.894.785.587 ,= Rp 1,089.478.559 ,-
3. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 dari harga insulasi (Timmerhaus, 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 Rp 29.960.660.365 ,= Rp 2.996.066.036 ,-
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 dari harga inventaris kantor (Timmerhaus, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 Rp 2.723.696.397 ,= Rp 272.369.640 ,9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 Rp 2.723.696.397,= Rp 272.369.640,Total biaya perawatan (S)
3.1.5
= Rp 20.709.865.859,-
Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 dari modal investasi tetap (Timmerhaus, 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 x Rp 271.253.368.594 ,= Rp 54.250.673.719 ,-
Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 1 tahun = Rp 1.520.400.000 ,-
3.1.6
Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 1 tahun = Rp 1.520.400.000 ,-
Universitas Sumatera Utara
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi
= 0,5 x Rp 1.520.400.000 ,= Rp 760.200.000 ,-
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 2.280.600.000 ,-
3.1.7
Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5 dari biaya tambahan industri (Timmerhaus, 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,05 x Rp 54.250.673.719 ,= Rp 2.712.533.685 ,-
3.1.8
Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Timmerhaus, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 271.253.368.594 ,= Rp 2.712.533.686 ,-
3.1.9
Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik. adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2007). = 0,0031 Rp 210.787.308.585 ,= Rp 653.440.657 ,2. Biaya asuransi karyawan. Premi asuransi
= Rp. 351.000,-/tenaga kerja (PT. Prudential
Life Assurance, 2007) Maka biaya asuransi karyawan = 150 orang x Rp. 351.000,-/orang = Rp 52.650.000 ,Total biaya asuransi (Y)
= Rp 706.482.500 ,-
3.1.10 Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp 708.482.500 ,Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z = Rp 176.505.208.696,-
Universitas Sumatera Utara
3.2 Variabel 3.2.1
Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun adalah = Rp 204.395.233.217 ,-
3.2.2
Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan
= 0,1 Rp 204.395.233.217,= Rp 20.439.523.321 ,-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku = 0,01 Rp 204.395.233.217,-
Biaya variabel pemasaran
= Rp 2.043.952.332 ,Total biaya variabel tambahan = Rp 22.483.475.654 ,-
3.2.3
Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan = 0,05 Rp 22.483.475.654 ,= Rp 1.124.173.782 ,Total biaya variabel
= Rp 228.002.882.653,-
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 176.505.208.696,- + Rp 228.002.882.653,= Rp 404.508.091.349 ,4.
Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi = (Rp 631.264.772.160 ,-) - (Rp 404.508.091.349,-) = Rp 226.756.897.407 ,-
Universitas Sumatera Utara
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 226.756.897.407,= Rp 1.113.783.404,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 226.756.897.407 - Rp 1.113.783.404 = Rp 225.622.897.407 ,4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (Rusjdi, 2004): Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10. Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 15 . Penghasilan di atas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 . Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: - 10 Rp 50.000.000
= Rp
5.000.000,-
- 15 (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000)
= Rp
7.500.000,-
- 30 (Rp 225.522.897.407 ,- – Rp 100.000.000) = Rp Total PPh = Rp
67.656.869.222,67.669.369.222,-
4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp 225.622.897.407,- – Rp 67.669.369.222,= Rp 157.953.528.185,-
5.
Analisa Aspek Ekonomi
5.1 Profit Margin (PM) PM =
PM =
Laba sebelum pajak 100 total penjualan
Rp 225.622.897.407 ,x 100% Rp 631.264.772.160 ,-
= 35,74 %
Universitas Sumatera Utara
5.2 Break Even Point (BEP) BEP =
Biaya Tetap 100 Total Penjualan Biaya Variabel
Rp 176.505.208.696,Rp 631.264.772.160,- - Rp 228.002.882.653,-
BEP =
x 100%
= 43,77 % Kapasitas produksi pada titik BEP
= 43,77 % 9.000 ton/tahun = 3939,2438 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 43,77 % x Rp 631.264.772.160 ,= Rp 276.300.645.441 ,-
5.3 Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak 100 Total modal investasi
ROI
=
Rp 157.953.528.185 x 100% Rp 572.155.686.222
= 27,61 % 5.4
Pay Out Time (POT)
1 x 1 tahun 0,2761
POT
=
POT
= 3,62 tahun
5.5 Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak 100 Modal sendiri
RON =
Rp 157.953.528.185 ,x 100% Rp 343.293.411.733,-
RON = 46,01 %
5.6 Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
- Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 42,85 .
Universitas Sumatera Utara
700,000,000,000 600,000,000,000
Biaya Tetap Biaya Tetap
600,000,000,000 Biaya Variabel
Harga (Rp) Harga (Rp)
500,000,000,000
Biaya Variabel
500,000,000,000
Biaya Produksi
400,000,000,000
Biaya Produksi
Biaya PenjualanBiaya Penjualan
400,000,000,000 300,000,000,000 300,000,000,000 200,000,000,000 200,000,000,000
100,000,000,000 100,000,000,000
-
-
0
0
10 10
20 20
30 30
40 40
50 50
60 60
70 70
80 80
90 90
100 100
Kapasitas Produksi (%) Kapasitas Produksi (%)
Gambar LE.1 Grafik Break Even Point (BEP)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.12 Data Perhitungan Break Even Point (BEP) % Kapasitas
Biaya tetap
Biaya variabel
Total biaya produksi
Penjualan
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696 176,505,208,696
0 22,800,288,265 45,600,576,531 68,400,864,796 91,201,153,061 114,001,441,327 136,801,729,592 159,602,017,857 182,402,306,123 205,202,594,388 228,002,882,653
176,505,208,696 199,305,496,961 222,105,785,226 244,906,073,492 267,706,361,757 290,506,650,022 313,306,938,288 336,107,226,553 358,907,514,818 381,707,803,084 404,508,091,349
0 63,126,477,216 126,252,954,432 189,379,431,648 252,505,908,864 315,632,386,080 378,758,863,296 441,885,340,512 505,011,817,728 568,138,294,944 631,264,772,160
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.13 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)
Thn
Laba sebelum pajak
Pajak
Laba Sesudah pajak
Depresiasi
Net Cash Flow
0
-
-
-
-
-572,155,686,222
P/F pada i = 35% 1
-572,155,686,222
P/F pada i = 45% 1
1
225,622,897,407
67,669,369,222
157,953,528,185
32,589,172,414
190,542,700,599
0.7407
141,134,978,334
0.7143
136,104,651,038
2
248,185,187,148
74,438,056,144
173,747,131,003
32,589,172,414
206,336,303,417
0.5487
113,216,729,685
0.5102
105,272,782,004
3
273,003,705,862
81,883,611,759
191,120,094,104
32,589,172,414
223,709,266,518
0.4064
90,915,445,913
0.3644
81,519,656,719
4
300,304,076,449
90,073,722,935
210,230,353,514
32,589,172,414
242,819,525,928
0.3011
73,112,959,257
0.2603
63,205,922,599
5
330,334,484,093
99,082,845,228
231,251,638,865
32,589,172,414
263,840,811,279
0.2230
58,836,500,915
0.1650
43,533,733,861
6
363,367,932,503
108,992,879,751
254,375,052,752
32,589,172,414
286,964,225,166
0.1652
47,406,489,997
0.1320
37,879,277,722
7
399,704,725,753
119,893,917,726
279,810,808,027
32,589,172,414
312,399,980,441
0.1224
38,237,757,606
0.0940
29,365,598,161
8
439,675,198,328
131,885,059,499
307,790,138,830
32,589,172,414
340,379,311,244
0.0908
30,906,441,461
0.0676
23,009,641,440
9
483,642,718,161
145,075,315,448
338,567,402,713
32,589,172,414
371,156,575,127
0.0871
32,327,737,694
0.0484
17,963,978,236
10
532,006,989,977
159,584,596,993
372,422,392,984
32,589,172,414
405,011,565,398
0.0497
20,129,074,800
0.0346
14,013,400,163
74.068.429.440 IRR = 35 + 45% 35% 74.068.429.440 20.287.044.279 = 42,85 %
PV pada i = 35%
74,068,429,440
PV pada i = 45% -572,155,686,222
-20,287,044,279
Universitas Sumatera Utara