LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Basis perhitungan
: 1 hari operasi
Kapasitas TBS
: 60 ton/jam
Konversi TBS ke POME
: 60 %(Novaviro Technology, 2010)
Maka, jumlah produksi POME
= 60 % x 60 ton/jam = 36 ton/jam = 36
ton jam hari x 20 x300 jam hari tahun
= 216.000 ton/tahun Jumlah kebutuhan POME
= 216.000
ton 1 tahun x tahun 365 hari
= 591,7808219 ton/hari = 591,7808219 m3/hari = 591.780,8219 L/hari Karakteristik POME : COD input
: 53.000 mg/L .......................(Senafati, 2010).
% Dekomposisi COD
: 65%....................................(Sompong dkk., 2007)
COD input
: 53.000
mg .L x591.780,8219 L hari
: 31.364,3836 kg/hari COD output
: COD input – 0,65 x COD input : 31.364,3836 kg/hari – 0,65 x 31.364,3836 kg/hari : 10.977,5342 kg/hari
COD terkonversi
: 31.364,3836 kg/hari – 10.977,5342 kg/hari : 20.386,8493 kg/hari
Komposisi Biohidrogen, % Volume (Sompong dkk., 2007) 61 % H2 38,9915 % CO2 85 ppm H2S = 0,000085 % H2S Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Densitas masing-masing gas (Hysys) H2
= 0,0811 kg/m3
CO2 = 1,7780 kg/m3 H2S = 1,3790 kg/m3 Densitas campuran biohidrogen ρcampuran = (%.ρ)H2 + (%.ρ)CO2 + (%.ρ) H2S = (0,61.0,0811) + (0,389915 . 1,7780) + (0,000085. 1,3790) = 0,7429 kg/m3 A.1
Tangki Pre-treatment (M-103) Fungsi: sebagai tempat menon-aktifkan bakteri yang memproduksi gas metana, sehingga produksi gas hidrogen yang dihasilkan lebih besar.
2
C-105
TC FC
L-104
3 3 1
M-103
J-106
LCPKS memiliki komposisi 46,1% karbohidrat (C5H10O5)900, 11,2% protein dan 27,9% lipid (Yoshimasa, 2010). Namun pada rancangan ini perhitungan neraca massa LCPKS hanya dihitung sebagai komponen yang terbesar dalam LCPKS yaitu karbohidrat yang akan dihidrolisis menjadi glukosa dan dikonversikan menjadi biohidrogen. NaOH yang diperlukan pada pre-treatment adalah 10% NaOH 1 M (Syafawati dkk.,2012) Neraca massa komponen: LCPKS
: F1(C5H10O5)900 = 272.810,9589 kg/hari F1H2O 1
F NaOH
: F2NaOH
= 318.969,8630 kg/hari = 591.780,8219 kg/hari = 10 % x591 .780 ,8219 = 2.367,1233 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
L gr kg x1Mx 40 x hari mol 1000gr
Neraca massa total: F3= F1 + F2 F3= 591.780,8219 kg/hari+ 2.367,1233 kg/hari F3= 594.147,9452 kg/hari
A.2
Tangki Pencampur (M-107) Fungsi: sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi.
4
5
FC
3
FC
6
J-112 J -106 TC
M-107
Karakteristik LCPKS Rambutan (Yoshimasa,2010) : Fe yang terkandung dalam LCPKS = 70 mg/L mg L 1 kg x591 .780 ,8219 x L hari 1000000mg 41,4247 kg/hari 70
C : N : P = 350 : 5,4 : 0,4 Nutrisi yang diperlukan dalam fermentasi biohidrogen (Sompong dkk., 2007): Fe2+
= 257 mg/L
C : N = 74 C : P = 559 Neraca massa komponen: FeCl2 : F4FeCl2= 187
mg .L 1 kg x591 .780 ,8219 x 110 ,6630 kg/hari L hari 1000.000 mg
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Na2HPO4.2H2O: F5Na2HPO4.2H2O 34,24
mg .L 1 kg x591 .780 ,8219 x L hari 1000.000 mg
20,2626 kg/hari
Neraca Massa total : F3 + F4+ F5 = F6 594.147,9452 kg/hari + 110,6630 kg/hari + 20,2626 kg/hari = F6 F6 = 594.278,8708 kg/hari
A.3
Bioreaktor hidrogen (R-201) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik. 7
FC 8 FC
LI 6 TC
J-202
J-112
R-201
Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi: (C5H10O5)900 + H2O
750 C6H12O6
750C6H12O6 + 500H2O(l) + H2S(l)
(Barnali dkk.,2008)
2000H2(g) + 500C2H4O2(l) + 500C4H8O2(l) + 1500CO2(g) + H2S(g) (Sompong dkk., 2009)
Neraca Massa Total : F6 = F7 + F8 F7 = COD terkonversi = 20.386,8493 kg/hari F8 = F6 – F7 = 594.278,8708 kg/hari - 20.386,8493 kg/hari = 573.892,0215 kg/hari Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Neraca Komponen : Alur6 F6
= 594.278,8708 kg/hari
F6(C5H10O5)900 = 272.810,9589 kg/hari F6H2O
= 318.969,8630 kg/hari
F6 NaOH
= 2.367,1233 kg/hari
F6 FeCl2
= 110,6630 kg/hari
6
F
= 20,2626 kg/hari
Na2HPO4.2H2O
Alur 7 F7
= 20.386,8493 kg/hari = 20.386,8493 kg/hari / 0,7429 kg/m3 = 27.443,3870 m3/hari
F7H2
= 0,61 x 27.443,3870 m3/hari = 16.740,4661 m3/hari = 1.357,9866 kg/hari
F7CO2
= 0,389915 x 27.443,3870 m3/hari = 10.700,5883 m3/hari = 19.025,6459 kg/hari
F7H2S
= 0,000085 x 27.443,3870 m3/hari = 2,3327 m3/hari = 3,2168 kg/hari
Alur 8 F8
= 573.892,0215 kg/hari
F8(C5H10O5)900 = 257.580 kg/hari F8C6H12O6
= 24.341,3833 kg/hari
F8H2O
= 289.472,5893 kg/hari
F8 NaOH
= 2.367,1233 kg/hari
F8 FeCl2
= 110,6630 kg/hari
8
F
Na2HPO4.2H2O
= 20,2626 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
A.4
Reaktor Biogas (R-203) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri termofilik.
9
FC LI 10 8
J-204 BK-205
R-203
Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi: (C5H10O5)900 + H2O
750 C6H12O6
750C6H12O6 + 500H2O(l) + H2S(l)
(Barnali dkk.,2008)
2000H2(g) + 500C2H4O2(l) + 500C4H8O2(l) + 1500CO2(g) (Sompong dkk., 2009)
F8
= 573.892,0215 kg/hari
F8COD = 10.977,5342 kg/hari % Dekomposisi COD : 84,9%....................................(Senafati, 2010) F9
= 0,849 x 10.977,5342 kg/hari = 9.319,9265 kg/hari
F9 CH4 = 3.367,3567 kg/hari F9 CO2 = 5.907,3314 kg/hari F9 H2O = 44,0001 kg/hari F9 H2S = 1,2383 kg/hari Neraca Massa Total : F8
= F9 + F10
573.892,0215 kg/hari = 9.319,9265 kg/hari + F10 F10
= 573.892,0215 kg/hari - 9.319,9265 kg/hari
F10
= 564.572,095 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
+ H2S(g)
A.5
Biodesulfurisasi Fungsi : untuk menyerap gas H2S yang terkandung dalam biohidrogen, gas H2S terserap sempurna. 15
PC 14
19 LI
TC
17
16
T-301 12
13
R-303
F-306 18
Diketahui dibutuhkan inokulum + medium fermentasi 4,7 L/jam untuk umpan gas 300 L/jam. Inokulum sebanyak 1 L. Sedangkan, medium terdiri dari 0,66 mol/L Na+ dan 1,34 mol/L K+ sebagai karbonat. Selanjutnya, médium mengandung (dalam g/ 1 L dari air demineralisasi) : 1 K2HPO4; 0,83 NaNO3; 6 NaCl ; 0,2 MgCl2.6H2O (Van den Bosch dkk., 2007). 1L 1000 dm 3 1 hari x x Gas yang masuk = F = 27.443,3870 m /hari x 24 jam 1 dm 3 m3 7
3
= 1.143.474,458 L/jam Jadi, medium fermentasi yang dibutuhkan : 3,7 L/jam x 300 L/jam 1.143.474, 458 L/jam
x
= 14.102,8517 L/jam
Diketahui : Masing-masing densitas medium :
K2HPO4 = 2,44 g/ cm3
NaNO3 = 2,257 g/ cm3
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
NaCl = 2,165 g/ cm3
MgCl2.6H2O = 1,569 g/ cm3
NaOH = 2,1 g/ cm3
KOH = 2,044 g/ cm3 (Wikipedia,2012)
Air demineralisasi
= 1000a x 10-3 Liter/jam
a gram = 0,4098a cm3 = 0,4098a x 10-3 L/jam 3 2,44 g/cm
K2HPO4= 1 gr/L x a L =
NaNO3 = 0,83 gr/L x a L =
NaCl = 6 gr/L x a L =
0,83 a gram = 0,3677a cm3 = 0,3677a x 10-3 L/jam 2,257 g/cm3
6a gram = 2,7714a cm3 = 2,7714a x 10-3 L/jam 3 2,165 g/cm
MgCl2.6H2O = 0,2 gr/L x a L =
0,2a gram = 0,1275a cm3 = 0,1275a x 10-3 L/jam 3 1,569 g/cm
Medium fermentasi = air demineralisasi + K2HPO4 + NaNO3 +NaCl +MgCl2.6H2O 14.102,8517 L/jam = (1000a + 0,4098a + 0,3677a + 2,7714a + 0,1275a) x 10-3L/jam 14.102,8517 L/jam = 1,0036986a L/jam a = 14.050,8831 Air demineralisasi = 14.050,8831 L/jam x 1 kg/L = 14.050,8831 kg/jam K2HPO4= 1 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 14.050,8831 gr/jam = 14,0509 kg/jam NaNO3 = 0,83 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 11.662,23297 gr/jam = 11,6622 kg/jam NaCl = 6 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 84.305,2986 gr/jam = 84,3053 kg/jam MgCl2.6H2O = 0,2 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 2.810,1766 gr/jam = 2,8102 kg/jam NaOH = 0,66 mol/L x14.102,8517 L/jam x 40 g/mol = 372.315,3 gr/jam = 372,3153 kg/jam KOH = 1,34 mol/L x 14.102,8517 L/jam x 56 g/mol = 1.058.278,0 gr/jam = 1.058,2780 kg/jam Jadi total médium fermentasi dalam kg/jam yaitu : Medium fermentasi = 14.050,8831 kg/jam + 14,0509 kg/jam + 11,6622 kg/jam + 84,3053 kg/jam + 2,8102 kg/jam + 372,3153 kg/jam + 1.058,2780 kg/jam = 15.594,3050 kg/jam x 24 jam/hari = 374.263,3192 kg/hari Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
A.5.1 Absorber Desulfurisasi (T-301) 15
PC
14
16
T-301 12
Alur 12 F12
= 20.386,8493 kg/hari
F12H2
= 1.357,9866 kg/hari
F12CO2
= 19.025,6459 kg/hari
F12H2S
= 3,2168 kg/hari
Alur 14 F14
= Medium fermentasi = 374.263,3192 kg/hari
Alur 15 F15
= 20.383,6325 kg/hari
F15H2
= 1.357,9866 kg/hari
F15CO2
= 19.025,6459 kg/hari
Alur 16 F16 16
F
= 374.266,5360 kg/hari medium
F16H2S
= 374.263,3192 kg/hari = 3,2168 kg/hari
Neraca Massa Total : F12+ F14 = F15+ F16 20.386,8493 kg/hari+ 374.263,3192 kg/hari = 20.383,6325 kg/hari+ 374.266,5360 kg/hari 394.650,1685 kg/hari = 394.650,1685 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
A.5.2 Bioreaktor Desulfurisasi (R-303) 14
19 LI
TC
16
17
13
R-303
H2S = 3,2168 kg/hari = H2S
+
3216 ,8 g/hari =94,6111 mol/hari 34 g/mol
½O2
mikroba
S
+
H2O (Konversi
84%) Awal
94,6111 mol
0,5 x 79,4733 39,7367 mol
Reaksi 0,84 x 94,6111
39,7367 mol
79,4733 mol
79,4733 mol
79,4733 mol
79,4733 mol
79,4733 mol Sisa
15,1378 mol
-
So
= 79,4733 mol/hari x 32 g/mol = 2.543,1456 g/hari = 2,5431 kg/hari
O2
= 39,7367 mol/hari x 32 g/mol = 1.271,5744 g/hari = 1,2716 kg/hari
H2O
= 79,4733 mol/hari x 17 g/mol = 1.351,0461 g/hari = 1,3510 kg/hari
H2S
= 15,1378 mol/hari x 34 g/mol = 514,6852 g/hari = 0,5147 kg/hari
Alur 16
F16
= 374.266,5359 kg/hari
F16medium
= 374.263,3192 kg/hari
F16H2S
= 3,2168 kg/hari
Alur 13 F13O2
= 1,2716 kg/hari
Alur 19 F19
= 374.263,3192 kg/hari
F19medium
= 374.262,8045 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
F19H2S
= 0,5147 kg/hari
Alur 14 F14
= Medium fermentasi = 374.263,3192 kg/hari
Alur 17 F17
= 374.267,8075 kg/hari
F17medium
= 374.264,7497 kg/hari
F17H2S
= 0,5147 kg/hari
17
F
= 2,5431 kg/hari
S
Neraca Massa Total : F16+ F13+ F19 = F14+ F17 374.266,5359 kg/hari + 1,2716 kg/hari + 374.263,3192 kg/hari = 374.263,3192 kg/hari + 374.267,8075 kg/hari 748.531,1267 kg/hari
= 748.531,1267 kg/hari
A.5.3 Settler (F-306) 19
17
F-306 18
Alur 17 F17
= 374.267,8075 kg/hari
F17medium
= 374.264,7497 kg/hari
F17H2S
= 0,5147 kg/hari
F17S
= 2,5431 kg/hari
Alur 19 F19
= 374.263,3192 kg/hari
F19medium
= 374.262,8045 kg/hari
F19H2S
= 0,5147 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Alur 18 F18 18
F
= 4,4883 kg/hari = 1,9452 kg/hari
medium
F18S
= 2,5431 kg/hari
Neraca Massa Total : F17 = F18+ F19 374.267,8075 kg/hari = 4,4884 kg/hari + 374.263,3192 kg/hari 374.267,8075 kg/hari = 374.267,8075 kg/hari
A.6 Kolom Absorpsi-Stripping Fungsi : untuk menyerap CO2 yang terkandung dalam biogas dan melepaskan CO2. Jumlah CO2 yang dikeluarkan dari sistem 99% (Twigg, 1989) dari alur 18.Larutan Benfield (K2CO3) (BM= 138 kg/kmol). K2CO3 yang digunakan adalah K2CO3 30 %, temperatur K2CO3 masuk absorber adalah 50 0C. Reaksi pengikatan CO2 : K2CO3 + CO2 + H2O↔ 2KHCO3
………………….. (1)
Reaksi pelepasan CO2: 2KHCO3↔ CO2 + H2O + K2CO3…………………(2) PC
21 24
27
JC-403 20
E-311 26 TC 23
T-308 PC 22 15
T-313
E-310 J-309 FC
J-312
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
25
Dimana semua CO2 yang terserap dilepaskan pada kolom stripper. Jumlah CO2 yang terabsorpsi 99% dari jumlah CO2 umpan, maka : F24
= 99 % x F15CO2 = 0,99 x 19.025,6459 kg/hari = 18.835,3895 kg/hari
Maka mol CO2 yang terbentuk dari reaksi (2) : N24CO2 = =
F 24 CO2 BM CO2 18.835,3895 44
= 428,0770 kmol/hari Jumlah CO2 yang terbentuk
= 428,0770 kmol/hari
Jumlah KHCO3 yang bereaksi = 856,1541 kmol/hari Neraca Massa Total : F15 = F21 + F24 20.383,6325 = F29+ 18.835,3895 kg/hari F21 = 1.548,2431 kg/hari Alur 21 F21H2 = F15H2 = 1.357,9866 kg/hari F21CO2= F21 – F15 H2 = 190,2565 kg/hari Alur 22 N22KHCO3
= 856,1541 kmol/hari
F22KHCO3
= N22KHCO3 x BM KHCO3 = 856,1541 kmol/hari x 100 kg/kmol = 85.615,41 kg/hari
F22H2O
= 130.135,4182 kg/hari
Alur 20 Jumlah K2CO3 bereaksi
= 428,0770 kmol/hari = 428,0770 kmol/hari x 138 kg/kmol = 59.074,6306 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
K2CO3 yang digunakan 30% berat, maka Total umpan (F20)
= 59.074,6306 kg/hari x 100/30 = 196.915,4354 kg/hari
Jumlah H2O
= 70 % x 196.915,4354 kg/hari = 137.840,8048 kg/hari
Jumlah H2O bereaksi
= 428,0770 kmol/hari = 428,0770x 18 kg/kmol = 7.705,3866 kg/hari
Jumlah H2O tidak bereaksi = 137.840,8048 kg/hari – 7.705,3866 kg/hari = 130.135,4182 kg/hari F20
= 196.915,4354 kg/hari
F20K2CO3
= 59.074,6306 kg/hari
F20H2O
= 137.840,8048 kg/hari
Kolom Stripper F24
= 18.835,3895 kg/hari
F24CO2
= 18.835,3895 kg/hari
F25 = F20
= 196.915,4354 kg/hari
F25K2CO3
= 59.074,6306 kg/hari
25
F
H2O
= 137.840,8048 kg/hari
F23 = F22
= 215.750,8248 kg/hari
F23KHCO3
= 85.615,4067 kg/hari
F23H2O
= 130.135,4182 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
A.7 Pressure swing adsorbtion (T-316) 31
PC
PC
T-316
32
30
Aliran gas yang diubah harus berisi paling sedikit 70% mol hidrogen sebelum dapat diproses dan untuk dibersihkan di dalam unit PSA (Mann, 1995). Kemurnian hidrogen yang dapat dihasilkan melalui unit PSA adalah sebesar 99,99% mol dan metana (inert) 0,1 % mol (Monereau, dkk., 2006). F30H2
= 1.357,9866 kg/hari
F30CO2
= 190,2565 kg/hari
Maka dalam mol : N30H2
= 678,9933 kmol/hari
N30CO2
= 4,3240 kmol/hari
Jumlah H2 yang dihasilkan 99,9 % mol, maka : N30H2
= N31H2 + N32H2 = 99,9% N30H2 + N32H2
N32H2
= (100-99,9)% N30H2 = 0,6790 kmol/hari
N31H2 31
F
32
F
= 678,3143 kmol/hari
H2
= 1.356,6286 kg/hari
H2
= 1,3580 kg/hari
N32 CO2
= 4,3240 kmol/hari
F32CO2
= 190,2565 kg/hari
Maka jumlah gas yang terserap : Ftotalterserap Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 191,6144 kg/hari
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi
: kJ/hari
Temperatur basis : 25oC Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas Qi = Hi =
T
(Van Ness, 1975)
n Cp dT
T1 298
Perhitungan panas penguapan QV = N ΔHVL
Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom. Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom Unsur Atom ΔE C
10,89
H
7,56
O
13,42
Fe
29,08
Cl
24,69
Na
26,19
K
28,78
S
12,36
P
26,63
Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison: n
C pS N i Ei i 1
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Dimana : Cps
= Kapasitas panas padatan pada 298 K ( J/mol.K )
n
= Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa
Ni
= Jumlah unsur atom I dalam senyawa
ΔEi
= Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1
Menghitung Cp glukosa: Cp
= 6.ΔEC + 12.ΔEH + 6.ΔEO = 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6(13,42) = 236,58 J/mol.K
Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298 K (J/mol.K) Komponen
Cp
C6H12O6
236,58
NaOH
47,17
FeCl2
78,46
Na2HPO4.2H2O S
182,21
K2CO3
108,71
KHCO3
87,49
K2HPO4
145,43
NaNO3
85,19
NaCl
50,88
MgCl2.6H2O
243,31
KOH
49,76
12,36
Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp a bT cT 2 dT 3 .................................................................................... (1)
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T2
T2
CpdT (a bT CT
T1
T1
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
2
dT 3 )dT .................................................................. (2)
T2
CpdT a (T
2
T1 )
T1
b c 3 d 2 2 3 4 4 (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) ...................... (3) 2 3 4
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T2
Tb
T1
T1
T2
CpdT Cp dT
H Vl Cp v dT ................................................................... (4)
l
Tb
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : T
T
2 2 dQ rH R N CpdTout N CpdTout .............................................................. (5) dt T1 T1
Data Cp untuk fasa gas: Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) Komponen
a
b
c
d
e
CH4(g)
38,387
-0,0736639
0,000290981
-2,63849E-07
8,00679E-11
CO2(g)
19,0223
0,0796291
-7,37067E-05
3,74572E-08
-8,13304E-12
H2(g)
17,6386
0,0670055
-1,31485E-04
1,05883E-07
-2,91803E-11
H2S(g)
34,5234
-0,0176481
6,76664E-05
-5,32454E-08
1,40690E-11
O2(g)
29,8832
-0,0113842
4,33779E-05
-3,70062E-08
1,01006E-11
H2O(g)
34,0471
-0,00965064
3,29983E-05
-2,04467E-08
4,30228E-12
Sumber: Reklaitis, 1983 Data Cp untuk fasa cair: Senyawa
Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) A b C
d
H2O(l)
1,82964.101
0,472118
-1,33878.10-3
1,31424.10-6
CH4(l)
-5,70709
1,02562
-1,66566.10-3
-1,97507.10-5
CO2(l)
1,10417.101
1,15955
-7,23130.10-3
1,55019.10-5
Sumber: Reklaitis, 1983
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol) Komponen ΔHf CH4(g)
-17,89
CO2(g)
-94,05
H2S
-4,82
H2O(l)
-57,8
H2
0
CH3COOH
-103,93
CH3CH2CH2COOH
-113,73
Sumber: Reklaitis, 1983 Perhitungan ΔHf0 (kkal/mol) dengan menggunakan metode Benson et al, dimana kontribusi gugusnya adalah: Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al
Sumber : Perry, 1999 Rumus metode Benson et al: ΔHf o298 = 68,29 + Ni x Δhi Dimana : ΔHf o298
= entalpi pembentukkan pada 298 K (kJ/mol)
Ni
= jumlah group atom i di dalam molekul
Δhi
= nilai dari kontribusi gugus atom pada tabel LB.6
ΔHf o298
= 68,29 + Ni x Δhi = 68,29 + 5(-OH-) + 1(COH) + 4. (CH) + 1. (-CH2-) = 68,29 + 5.(-208,04) + 1.(2,09) + 4.(29,89) + 1.(-20,64) = -870,9 kJ/mol = -208,15 kkal/mol
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
B.1
Tangki Pre-Treatment (M-103) Fungsi: sebagai tempat menon-aktifkan bakteri yang memproduksi gas metana, sehingga produksi gas hidrogen yang dihasilkan lebih besar NaOH 30oC 2
LCPKS 60oC
2
1
LCPKS NaOH 80oC
M-103
333
333
Energi masuk = N1C6H12O6
CpdT + N1H2O
298
303
CpdT + N2NaOH
298
CpdT
298
Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang masuk kedalam Tangki Pre-Treatment F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 272.810,9589 2,0208 6.210.225 12.549.758,7943 1 Air 318.969,863 17.720,5479 2.633,7882 46.672.169,3876 2
NaOH
2.367,1233
59,1781
235,85
13.957,1508 59.235.885,3327
Qin (kJ/ hari) panas pelarutan NaOH dalam air (wikipedia,2012) = -44,51 kkal/mol
= -186.354,468 kJ/kmol N . H
= 59,1781 x -186.354,468 = -11.028.100,0815 kJ
Temperatur pada alur keluar, Tout = 80 oC = 353 K 353
353
Energi keluar = N3C6H12O6
298
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
CpdT + N3H2O
298
353
CpdT + N3NaOH
298
CpdT
Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki Pre-Treatment Alur
N x ∫CpdT (kJ)
Glukosa
F (kg/ hari) 272.810,9589
N (kmol/ hari) 2,0208
9.758.925
19.721.049,5339
Air
318.969,863
17.720,5479
4.149,0186
73.522.883,2860
NaOH
2.367,1233
59,1781
2.594,3500
153.528,6583
Komponen
3
∫Cp dT
Qout (kJ/ hari)
93.397.461,4782
dQ N .H pelaru tan Qout Qin dt = -11.028.100,0815 + 93.397.461,4782 – 59.235.885,3327
= 23.133.476,0640 kJ = 23,13 x 106 kJ Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu (150 oC), tekanan 1 atm dan keluar sebagai liquid pada suhu 150oC, tekanan 1 atm. Dari steam tabel (Smith, 2001) diperoleh : Saturated steam pada 1 atm, 1500C, Hv(1500C) = 2745,4 kJ/kg Saturated liquid pada 1 atm, 1500C, Hl(1500C) = 632,1 kJ/kg q = [Hv(150oC) – Hl(150oC)] q = [2745,4 –632,1] q = 2.113,3 kJ/kg Jumlah steam yang diperlukan :
dQ m=
dT q
23,13 x 10 6 kJ/hari 2.113,3 kJ/kg 10.946,6124 kg/hari
m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
B.2 Tangki Pencampur ( M-107 ) Fungsi : sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi.
FeCl2 30oC
Na2HPO4.2H2O 30oC 5
4
LCPKS NaOH 80oC
3
6
LCPKS NaOH FeCl2 Na2HPO4.2H2O 79,971oC
M-107
Panas masuk alur 3 sama dengan panas keluar tangki Pre-treatment yaitu 132.571.099,5811 kJ/hari. 353
353
Energi masuk alur = N3C6H12O6
CpdT + N3H2O
298
353
CpdT + N3NaOH
298
303
+ N4FeCl2
CpdT
298 303
CpdT + N5Na2HPO4.2H2O
298
CpdT
298
Tabel LB.9 Perhitungan Energi yang Masuk ke dalam Tangki Pencampur (M107) N x ∫CpdT (kJ)
Karbohidrat
F (kg/ hari) 272.810,9589
N (kmol/ hari) 2,0208
9.758.925
19.721.049,5339
Air
318.969,863
17.720,5479
4.149,0186
73.522.883,2860
NaOH
2.367,1233
59,1781
2.594,3500
153.528,6583
4
FeCl2
110,663
0,8731
392,3
342,5096
5
Na2HPO4.2H2O
20,2626
0,1139
986,65
112,3467
Alur
3
Komponen
Qin (kJ/ hari) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
∫Cp dT
93.397.916,3346
Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan FeCl2 dalam air = +17,9 kkal/mol = 74.943,72 kJ/kmol panas pelarutan Na2HPO4.2H2O dalam air = -0,82 kkal/mol = -3.400,376 kJ/kmol N . H
= (0,8731x 74.943,72) + (0,1139 x -3.400,376)
= 65.044,73811 kJ Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-166, maka dilakukan trial error, sehingga didapatkan suhu 79,948oC, Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar dari Tangki Pencampur (M-122) F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 272.810,9589 9.751.691,636 19.706.432,19 2,0208
6
Air
318.969,863
17.720,5479
4.145,9229
73.468.024,83
NaOH
2.367,1233
59,1781
2.592,4271
153.414,8621
FeCl2
110,663
0,8731
4.312,1015
3.764,8133
Na2HPO4.2H2O
20,2626
0,1139
10.845,1056
1.234,8976 93.332.871,5964
Qout (kJ/ hari) B.3 Bioreaktor Hidrogen ( R-201 )
Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik.
H2 CO2 H2S 30oC 7
LCPKS NaOH FeCl2 Na2HPO4.2H2O 79,971oC
LI 8
6
TC
R-201
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LCPKS NaOH FeCl2 Na2HPO4.2H2O 60oC
Temperatur basis = 25oC Reaksi (Dawei Liu, 2008): (C5H10O5)900 + H2O
750 C6H12O6
750C6H12O6 + 500H2O(l) + H2S(l) 1500CO2(g) + H2S(g)
(Barnali dkk.,2008)
( Hr1)
2000H2(g) + 500C2H4O2(l) + 500C4H8O2(l) +
(Sompong dkk., 2009)
( Hr2)
H2S yang terbentuk dari hasil pembusukan oleh mikroorganisme pada fasa cair terionisasi menjadi fasa gas (speece, R.E., 1996) Hl H2S = 568 kal/ mol Hv H2S = 4.463 kal/ mol (Perry) Hr1 =750. Hfo C6H12O6(s) - ( Hfo C5H10O5(s) +
Hfo H2O(l) )
= (750 x -208,15) – (-158,4273-208,15) = -155.745,9227 kkal/mol = -651.640.940,6 kJ/kmol r1 = =
F karbohidrat awal - F karbohidrat sisa BM karbohidrat 272.810,9589 257.580 135000
= 0,113 kmol/hari Hr2 = [ 2000. Hfo H2(g) + 500. Hfo C2H4O2(l) + 500. Hfo C4H8O2(l) +1500. HfoCO2(g)] – [750. Hfo C6H12O6(s) +500.
Hfo H2O(l)]
+ [Hv H2S -.Hl H2S] = [(2000x0) + (500x -103,93) + (500x -113,73) + (1500x -94,05)] – [750x -208,15 + (500x -57,8)] + [4,463 – 0,568] = -64.888,605 kkal/mol = -271.493.923,3 kJ/kmol r= =
F glukosa awal - F glukosa sisa BM glukosa 25.209,8630 24.341,3833 180
= 4,82489 kmol/hari r. Hr = (r1. Hr1) + (r2. Hr2) = (-73.635.426,29) + (-1.309.958.180,0190) = - 1.383.593.606,3042 kJ/hari Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Panas masuk reaktor (R-201) = panas keluar tangki pencampur (M-107) = 93.332.871,5964 kJ 303
303
Entalpi biogas = N8H2
CpdT + N8CO2
298
303
CpdT + N8H2S
298
CpdT
298
Tabel LB.11 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-201) F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) H2 1.357,9866 687,9933 142,6787 96.877,8654 7
CO2
19.025,6459
432,40104
186,2256
80.524,1229
H2 S
3,2168
0,09442
170,00195
16,0511 177.418,0395
Qout (kJ/ hari) 333
Energi keluar = N8C6H12O6
333
CpdT + N8H2O
298
333
CpdT + N8NaOH
298
333
N8FeCl2
CpdT +
298 333
CpdT + N8Na2HPO4.2H2O
298
CpdT
298
Tabel LB.12 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-201) F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) Glukosa 24.341,38326 135,2299 8.280,3 1.119.744,1988 Karbohidrat 247.590 1,834 6.210.225 11.849.109,3 Air 8
299.462,5893 16.636,8105
2.633,7882
42.356.082,1509
NaOH
2.367,1233
59,1781
1.650,95
97.700,0553
FeCl2
110,663
0,8731
2.746,1
2.397,5674
Na2HPO4.2H2O
20,2626
0,1139
6.906,55
786,4269
Qout (kJ/ hari) dQ Qout rHr Qin dT = (177.418,0395 + 55.425.819,6992) + (-1.383.593.606,3042)
– 93.332.871,5964 = -1.421.323.240,1619 kJ = -1,4213 x 109 kJ Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
55.425.819,6992
Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan :
dQ m=
dT H
- 1,4213 x 10 9 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg 11.334.316,1097 kg/hari
m
B.4 Reaktor Biogas ( R-203) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri termofilik. CH4 CO2 H2S H2O 9 30oC
LCPKS NaOH FeCl2 Na2HPO4.2H2O 60oC
LI 10
8
TC
LCPKS NaOH FeCl2 Na2HPO4.2H2O 55oC
R-203
Temperatur basis = 25oC Reaksi : (C5H10O5)900 + H2O
750C6H12O6
(Barnali dkk.,2008)
( Hr1)
750C6H12O6 (S)+750H2O(l)+H2S(l) 2250CH4(g)+2250CO2(g)+750H2O(g)+ H2S(g) ( Hr2) H2S yang terbentuk dari hasil pembusukan oleh mikroorganisme pada fasa cair terionisasi menjadi fasa gas (speece, R.E., 1996) Hl H2S = 568 kal/ mol Hv H2S = 4.463 kal/ mol Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Hl H2O = 1.436 kal/ mol Hv H2O= 9.729 kal/ mol (Perry) Hr1 =750. Hfo C6H12O6(s) - ( Hfo C5H10O5(s) +
Hfo H2O(l) )
= (750 x -208,15) – (-158,4273-208,15) = -155.745,9227 kkal/mol = -651.640.940,6 kJ/kmol F karbohidrat awal - F karbohidrat sisa BM karbohidrat
r1 = =
257.580 244.890 135.000
= 0,094 kmol/hari ΔHr
= [ 2250.ΔH ° CH4(g)+ 2250.ΔH ° CO2(g)] – [750.ΔH ° C6H12O6 (S)] f
f
f
+[Hv H2S - Hl H2S] + [Hv H2O(g) - Hl H2O(l)] = [(2250x -17,89) + (2250x -94,05)] – (750x -208,15) + (4,463 - 0,568) + (9,729 – 1,436) kkal/mol = -95.470,312 kkal/mol = -399.447.785,4 kJ/kmol r= =
F glukosa awal - F glukosa sisa BM glukosa 24.341,3833 23.944,3544 180
= 2,20572 kmol/hari r. Hr = (r1. Hr1) + (r2. Hr2) = (-117.295.369,3) + (-881.068.410,7) = - 998.363.780 kJ/hari Panas masuk bioreaktor penghasil biogas (R-221) = panas keluar bioreaktor penghasil hidrogen (R-211) pada alur 8 = 55.425.819,6992 kJ 303
303
Entalpi biogas = N8CH4
CpdT + N8CO2
298
298 303
+ N8H2S
298
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
CpdT
303
CpdT + N8H2O
298
CpdT
Tabel LB.13 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-203) F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) CH4 3.367,3567 210,4598 180,1007 37.903,9547 9
CO2
5.907,3314
134,2575
186,2256
25.002,183
H2O
44,0001
2,4445
168,0356
410,7547
H2 S
1,2383
0,0363
170,0020
6,1788 63.323,0712
Qout (kJ/ hari) 328
328
Energi keluar = N8C6H12O6
CpdT + N8H2O
298
328
CpdT + N8NaOH
298
328
N8FeCl2
CpdT +
298 328
CpdT + N8Na2HPO4.2H2O
298
CpdT
298
Tabel LB.14 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-203) F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) Glukosa 23.944,3544 133,0242 7.097,4 944.125,894 Karbohidrat 244.890 1,814 5.323.050 9.656.012,7 Air
293.239,6917
16.291,094
2.256,0837
36.754.070,97
NaOH
2.367,1233
59,1781
1.415,1
83.742,9046
FeCl2
110,663
0,8731
2.353,8
2.055,0577
Na2HPO4.2H2O
20,2626
0,1139
5.919,9
674,0802
10
Qout (kJ/ hari)
47.440.681,6025
dQ Qout rHr Qin dT = (63.323,0712 + 47.440.681,6025) + (-998.363.780) – 55.425.819,6992
= -1.006.285.595,0140 kJ = -1,0063 x 109 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC) o
H (30 C)
= 251,1 = 125,7
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Jumlah air pendingin yang diperlukan :
dQ m=
dT H
- 1,0063 x 10 9 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg 8.024.606 kg/hari
m
B.5 Cooler ( E-207 ) Fungsi : untuk mendinginkan gas dan cairan yang berasal dari kompresor (JC-206) sebelum diumpankan ke absorber (T-301) Kondensat 60oC, 1 atm H2 CO2 11 H2S o 149,8053 C, 83,89 atm
12
E-421
H2 CO2 H2S 35oC, 83,89 atm
Air pendingin 30oC, 1 atm Aliran 28 adalah aliran gas dan cairan keluar kompresor (JC-206). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-207, diketahui T11 = 149,8053 oC. Entalpi gas dan cairan keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB-15 422,8053
NCpdT ( H
2
) 687,9933 (17,638 (451,643 298)
298
6,70055 10 2 (451,6432 298 2 ) 2
131,45 105,883 10 6 (451,6433 2983 ) 10 9 (451,6434 298 4 ) 3 4 291,803 x10 13 (451,6435 2985 )) 5 = 2,5005 x 106 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
422,8053
NCpdT
(CO2 ) 432,4010 (19,0223 (451,643 298)
298
7,96291 10 2 (451,6432 298 2 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (451,6433 2983 ) 10 9 (451,6434 298 4 )) 3 4 81,3304 x10 13 (451,6435 2985 ) 5 = 2,1431 x 106 kJ
422,8053
NCpdT
( H 2 S ) 0,0944 (21,8238 (451,643 298)
298
77,4223 10 2 (451,6432 2982 ) 2
42,0204 73,8677 10 4 (451,6433 2983 ) 10 7 (451,6434 2984 )) 3 4
= 409,1845 kJ Tabel LB.15 Entalpi gas dan cairan keluar Kompresor (E-206) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
H2
687,9933
3.634,5357
2.500.536,2260
CO2
432,4010
4.956,2648
2.143.094,0714
H2S
0,0944
4.333,7838
409,1845
Hin (kJ)
4.644.039,4819
Gas dan cairan sebelum diumpankan ke absorber T-301 suhunya diturunkan hingga 35 0C dengan menggunkan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas dan cairan pada suhu 35 0C, 308
NCpdT ( H
2
) 687,9933 (17,638 (308 298)
298
6,70055 10 2 (3082 2982 ) 2
131,45 105,883 10 6 (3083 2983 ) 10 9 (3084 2984 ) 3 4 291,803 x10 13 (3085 2985 )) 5 = 1,9655 x 105 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
308
NCpdT (CO ) 432,4010 (19,0223 (308 298) 2
298
7,96291 10 2 (3082 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (3083 2983 ) 10 9 (3084 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 (3085 2985 ) 5 = 1,6153 x 105 kJ
308
NCpdT ( H
2
S ) 0,0944 (21,8238 (308 298)
298
77,4223 10 2 (308 2 2982 ) 2
42,0204 73,8677 10 4 (3083 2983 ) 10 7 (3084 298 4 )) 3 4
= 71,885 kJ Tabel LB.16 Entalpi gas dan cairan output Cooler (E-207) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
H2
687,9933
285,6884
196.551,7165
CO2
432,4010
373,5605
161.527,9399
H2S
0,0944
761,3532
71,8850
Hout (kJ)
358.151,5414
dQ Qout - Qin dt = 358.151,5414 kJ - 4.644.039,4819 kJ
= -4,2859 x 106 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan : dQ
m=
dT H
- 4,2859 x 10 6 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg 34.177,7348 kg/hari
m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.17 Neraca Energi pada Cooler (E-207) Masuk Keluar Komponen 11 12 H2 2.500.536,2260 196.551,7165 CO2 2.143.094,0714 161.527,9399 H2S
409,1845
71,8850
dQ/dt
-4.285.887,9405
-
Subtotal Total
358.151,5414 358.151,5414
358.151,5414 358.151,5414
B.5 Absorber (T-301) Fungsi : untuk menyerap gas H2S yang terdapat pada hasil fermentasi biohidrogen dengan menggunakan medium dari bioreaktor. H2 CO2 30oC
H2O K2HPO4 NaNO3 NaCl MgCl2.6H2O NaOH KOH 30oC
15 14
H2O K2HPO4 NaNO3 NaCl MgCl2.6H2O NaOH KOH HS30oC
T-301 16
12
35oC H2 CO2 H2S 308
Energi masuk alur 14 = N14H2O
308
CpdT + N14K2HPO4
298 308
CpdT + N14NaCl
298
308
CpdT +N14MgCl2.6H2O
298 308
+N14NaOH
298
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
CpdT + N14NaNO3
298
308
308
CpdT + N14KOH
298
298
CpdT
CpdT
Tabel LB.18 Perhitungan Energi Masuk ke dalam Absorber (T-301) F N N x ∫CpdT (kJ) Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) Air 337.221,194 18.734,5108 749,9460 14.049.870,5140
14
K2HPO4
337,2216
1,9358
1.454,3
2.815,2777
NaNO3
279,8928
3,2931
851,9
2.805,3593
NaCl
2.023,3272
34,6223
508,8
17.615,8261
MgCl2.6H2O
67,4448
0,3317
2433,1
807,1415
NaOH
8.935,5672
223,3892
471,7
105.372,6762
KOH
25.398,672
453,5477
497,6
225.685,3426 14.404.972,1375
Qin (kJ/ hari)
Energi masuk absorber keseluruhan = Energi keluar dari cooler (E-207)+ Energi masuk ke dalam absorber pada alur 14 = 358.151,5414 + 14.404.972,1375 = 14.763.123,6790 kJ 308
Energi keluar pada alur 15 = N15H2
308
CpdT + N15CO2
298
CpdT
298
Tabel LB.19 Perhitungan Energi Keluar dari Absorber (T-310) F N Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) H2 1.375,9866 687,9933 285,6884 15 CO2 19.025,6459 432,4010 373,5605
N x ∫CpdT (kJ) 196.551,7165 161.527,9399 358.079,6564
Qout (kJ/ hari) 308
Energi keluar pada alur 16 = N16H2O
308
CpdT + N16K2HPO4
298 308 16
CpdT+ N
298
NaCl
298
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
308
CpdT
+N16MgCl2.6H2O
298 308
+N16NaOH
CpdT + N16NaNO3
298
308
308
CpdT + N16KOH
CpdT
298
298
308
CpdT + N16H2S
298
CpdT
Tabel LB.20 Perhitungan Energi Keluar dari Absorber (T-301) F N Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) Air 337.221,194 18.734,5108 749,946
16
N x ∫CpdT (kJ) 14.049.870,5140
K2HPO4
337,2216
1,9358
1.454,3
2.815,2777
NaNO3
279,8928
3,2931
851,9
2.805,3593
NaCl
2.023,3272
34,6223
508,8
17.615,8261
MgCl2.6H2O
67,4448
0,3317
2.433,1
807,1415
NaOH
8.935,5672
223,3892
471,7
105.372,6762
KOH
25.398,672
453,5477
497,6
225.685,3426
H2 S
3,2168
0,0944
761,3532
71,8850 14.405.044,0225
Qin (kJ/ hari) Tabel LB.21 Neraca Energi pada Absorber (T-301) Masuk Komponen 14 12 15 H2O 14.049.870,5140 K2HPO4 2.815,2777 -
Keluar 16 14.049.870,5140 2.815,2777
NaNO3 2.805,3593 2.805,3593 NaCl 17.615,8261 17.615,8261 MgCl2.6H2O 807,1415 807,1415 NaOH 105.372,6762 105.372,6762 KOH 225.685,3426 225.685,3426 H2 196.551,7165 196551,7165 CO2 161.527,9399 161527,9399 H2S 71,8850 71,8850 Sub Total 14.404.972,1375 358.151,5414 358079,6564 14.405.044,0225 r.∆Hr Total 14.763.123,6790 14.763.123,6790
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
B.2 Bioreaktor Desulfurasi ( R-303 ) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi oksidasi pembentukan sulfur dari gas H2S dengan menggunakan mikroba. H2O K2HPO4 NaNO3 NaCl MgCl2.6H2O NaOH KOH 35oC
H2O K2HPO4 NaNO3 16 NaCl MgCl2.6H2O NaOH KOH H2S 35oC
14
H2O K2HPO4 NaNO3 NaCl MgCl2.6H2O NaOH KOH H2S 35oC
19
TC
LI
H2O K2HPO4 NaNO3 NaCl MgCl2.6H2O NaOH KOH H2S S 35oC
17 13
R-303
O2 30oC
Panas masuk bioreaktor desulfurisasi alur 16 (R-303) = Panas keluar absorber (T-301) alur 16 = 14.405.044,0225 kJ Reaksi yang terjadi pada reaktor desulfurisasi : 1 H2S(l) + O2(g) S(s) + H2O(l) 2 ΔHr = [ ΔH ° H2O(l) + ΔH ° S(s)] – [ΔH ° H2S(l) + 0,5 .ΔH ° O2(g)] f
f
f
= [(-57,8) + (0)] – [(-4,82) + (0)] kkal/mol = -52,98 kkal/mol = -221.668,32 kJ/kmol r=
=
F H 2 S awal - F H 2 S sisa BM H 2 S 3,2168 0,5147 34 ,07
= 0,07931 kmol/hari Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
f
r. Hr = -17.580,5685 kJ/hari Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan KOH dalam air = 12,91 kkal/mol = 54.051,588 kJ/kmol panas pelarutan NaCl dalam air = -1,164 kkal/mol = -4.873,4352 kJ/kmol panas pelarutan MgCl2.6H2O dalam air = 3,4 kkal/mol = 14.235,12 kJ/kmol panas pelarutan NaNO3 dalam air = -5,5 kkal/mol = -23.027,4 kJ/kmol panas pelarutan K2HPO4 dalam air = 4,7 kkal/mol = 19.677,96 kJ/kmol panas pelarutan NaOH dalam air = -44,51 kkal/mol = -186.354,468 kJ/kmol N.H = (453,5477 x 54.051,588) + (34,6223 x -4.873,4352) + (0,3317 x 14.235,12) + (3,2931 x -23.027,4) + (1,9358 x 19.677,96) + (3,2931 x -186.354,468) = -17.316.342,3 kJ 308
Energi masuk pada alur 13 = N13O2
CpdT
298 308
NCpdT
(O2 ) 0,0397 (29,8832 (308 298)
298
1,13842 10 2 (308 2 298 2 ) 2
43,3779 37,0062 10 6 (3083 2983 ) 10 9 (308 4 298 4 )) 3 4 43,0228 x10 13 (3085 2985 ) 5 = 11,7115 kJ
308
Energi masuk pada alur 19 = N19H2O
308
CpdT + N19K2HPO4
298 308 19
CpdT+ N
298
NaCl
298
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
308
CpdT
+N19MgCl2.6H2O
298 308
+N19NaOH
CpdT + N19NaNO3
298
308
308
CpdT + N19KOH
CpdT
298
298
308
CpdT + N19H2S
298
CpdT
Tabel LB.22 Perhitungan Energi Masuk ke Bioreaktor (R-303) F N Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) H2O 337.220,8715 18.734,4134 749,946
19
N x ∫CpdT (kJ) 14.049.857,0609
K2HPO4
337,2198
1,9358
1.454,3
2.815,2630
NaNO3
279,8913
3,2930
851,9
2.805,3448
NaCl
2.023,3167
34,6221
508,8
17.615,7345
MgCl2.6H2O
67,4444
0,3317
2.433,1
807,1373
NaOH
8.935,5207
223,3880
471,7
105.372,1283
KOH
25.398,5399
453,5454
497,6
225.684,1692
H2 S
0,5147
0,0151
761,3532
11,5019 14.404.968,3399
Qin (kJ/ hari) 308
Energi keluar pada alur 17 = N17H2O
308
CpdT + N17K2HPO4
298
CpdT + N17NaNO3
298
308
308
CpdT+ N17NaCl
298
308
CpdT +N17MgCl2.6H2O
298
308
+N17NaOH
308
CpdT + N17KOH
298
CpdT
308
CpdT + N17H2S
298
CpdT
298
Tabel LB.23 Perhitungan Energi Keluar ke Bioreaktor (R-303) F N Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) H2O 337.221,6249 18.734,5903 749,946
17
298
N x ∫CpdT (kJ) 14.049.930,1139
K2HPO4
337,2216
1,9358
1.454,3
2.815,2777
NaNO3
279,8928
3,2931
851,9
2.805,3593
NaCl
2.023,3272
34,6223
508,8
17.615,8261
MgCl2.6H2O
67,4448
0,3317
2.433,1
807,1415
NaOH
8.935,5672
223,3892
471,7
105.372,6762
KOH
25.398,672
453,5477
497,6
225.685,3426
H2 S
0,5147
0,0198
761,3532
11,5255
S
2,5431
0,0793
123,6
9,8013
Qout (kJ/ hari) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
14.405.053,0642
dQ Qout rHr Qin dT = (14.405.053,0642 + 14.404.972,1375) + (-17.580,5685 -17.316.342,3) –
(14.405.044,0225 + 14.404.968,3399 + 11,7115) = -17.333.921,7740 kJ = -1,7334 x 107 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan : dQ
m=
dT H
- 1,7334 x 10 7 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg 138.229,0413 kg/hari
m
B.2 Absorber CO2 ( T-308 ) Fungsi : menyerap gas CO2 yang terdapat dalam campuran gas. H2 CO2 72,423oC 21
20
H2O K2CO3 75oC
15
H2 CO2 35oC
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
T-308 22
H2O KHCO3 72,423oC
T
Panas masuk absorber = Qin
NCp dT
298
Alur 15, T= 35oC 308
NCpdT ( H
2
) 678,9933 (17,6386 (308 298)
298
6,70055 10 2 (3082 2982 ) 2
131,485 105,883 10 6 (3083 2983 ) 10 9 (3084 2984 ) 3 4 291,803 x 10 -13 (3085 2985 ) 5
= 19,6552 x 104 kJ 308
NCpdT (CO ) 432,4010 (19,0223 (308 298) 2
298
7,96291 10 2 (3082 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (3083 2983 ) 10 9 (3084 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 5 = 16,1528 x 104 kJ
= 35,808 x 104 kJ
Q (15)
Alur 20, T= 75oC Larutan benfield masuk pada suhu 75 0C, 1 atm 348
NCp
L
dT ( H 2 O) 7657,8225 x (18,2964 (348 298)
298
47,2118 10 2 (3482 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (3483 2983 ) 10 9 (3484 2984 )) 3 4 = 28,8665 x 106 kJ
348
NCp
s
dT ( K 2 CO3 ) 428,077 x 108,71 x (348 - 298)
298
2,3268 x 10 6 kJ
Q (20)
= 31,1933x 106 kJ
Maka Qin absorber = Q(15) + Q(20) = 31,5514 x 106 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Absorber bersifat adiabatis, sehingga: dQ Qout Hr - Qin 0 dt
Qout +Hr
= Qin = 31,5514 x 106 kJ
Reaksi yang terjadi pada absorber : Hr = -6,43 kkal/mol (Reina, 2011)
CO2 + K2CO3 + H2O 2KHCO3
r (Jumlah K2CO3 yang bereaksi) = 428,077 kmol rHr
= -2752,5351 kJ
Qout
= 31,5542 x 106 kJ
Untuk mencari suhu keluar dari absorber maka dilakukan trial error, sehingga diperoleh suhu keluar 72,424 0C (345,424 K) Tabel LB.24 Perhitungan Energi Keluar dari Absorber (T-308) F N Alur Komponen ∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari) H2 1.357,9866 678,9933 3.171,7454 21 CO2 190,2565 4,3240 1.809,8511 22
N x ∫CpdT (kJ) 2.153.593,9094 7.825,816709
H2O
130.135,4182
7.229,7455
3.574,1902
25.840.485,6487
KHCO3
85.615,4067
856,1541
4.149,0937
3.552.263,426
Qout (kJ/ hari)
31.554.168,8011
Tabel LB.25 Neraca Energi pada Absorber (T-308) Masuk Keluar Komponen 15 20 21 22 196.551,7165 2.153.593,9094 H2 161.527,9399 7.825,816709 CO2 2.326.812,715 K2CO3 28.866.523,8962 25.840.485,6487 H2O 3.552.263,426 KHCO3 358.079,6564 31.193.336,61 2.161.419,7261 29.392.749,07 Sub Total r.∆Hr -2.752,53511 Total 31.551.416,2673 31.551.416,2660
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
B.2 Heat Exchanger ( E-310 ) Fungsi : Untuk menukarkan panas antara larutan amine solution yang keluar dari stripper dengan larutan rich solution yang keluar dari absorber. K2CO3 H2O 88oC, 1 atm 26
KHCO3 H2O 72,423oC, 1 atm
22
23
E-323
KHCO3 H2O ToC, 1 atm
25
K2CO3 H2O 112oC, 1 atm
Alur 22, T= 72,423oC Larutan rich solution masuk pada suhu 72,423 0C, 1 atm 345, 423
NCp
L
dT ( H 2 O) 7229,7455 x (18,2964 (345,423 298)
298
47,2118 10 2 (345,4232 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (345,4233 2983 ) 10 9 (345,4234 2984 )) 3 4 = 25,8405 x 106 kJ
345, 423
NCp
s
dT ( KHCO3 ) 856,1541 x 87,49 x (345,423- 298)
298
3,5523 x 10 6 kJ
= 29,3928 x 106 kJ
Q (22)
Alur 25, T= 112oC Larutan amine solution masuk pada suhu 100 0C, 1 atm 385
NCp
L
dT ( H 2 O) 7657,8225 x (18,2964 (385 298)
298
47,2118 10 2 (3852 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (3853 2983 ) 10 9 (3854 2984 )) 3 4 = 50,46 x 106 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
385
NCp
s
dT ( K 2 CO3 ) 428,077 x 108,71x (385 - 298)
298
4,0487 x 10 6 kJ
= 54,5087 x 106 kJ
Q (25)
Alur 26, T= 88oC Larutan amine solution keluar pada suhu 88 0C, 1 atm 361
NCp
L
dT ( H 2 O) 7657,8225 x (18,2964 (361 298)
298
47,2118 10 2 (3612 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (3613 2983 ) 10 9 (3614 2984 )) 3 4 = 36,4292 x 106 kJ
361
NCp
s
dT ( K 2 CO3 ) 428,077 x 108,71x (361- 298)
298
2,9318 x 10 6 kJ
= 39,3610 x 106 kJ
Q (26)
Alur 23, T= 99,117oC Untuk mencari suhu keluar dari rich solution, maka dilakukan trial error sehingga diperoleh suhu keluar 99,117 0C, 1 atm 372,117
NCp
L
dT ( H 2 O) 7229,7455 x (18,2964 (372,117 298)
298
47,2118 10 2 (372,117 2 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (372,117 3 2983 ) 10 9 (372,117 4 2984 )) 3 4 = 40,5174 x 106 kJ
372,117
NCp
s
dT ( KHCO3 ) 620,4015 x 87,49 x (372,117 - 298)
298
4,023 x 10 6 kJ
Q (23)
= 44,5404 x 106 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.26 Neraca Energi pada Heat Exchanger (E-310) Masuk Keluar Komponen 22 25 23 26 KHCO3 3.552.263,426 40.517.392,4314 H2O 25.840.485,6487 50.460.015,3450 4.022.997,965 36.429.244,1237 K2CO3 4.048.654,124 2.931.784,021 29.392.749,07 54.508.669,47 44.540.390,3967 39.361.028,14 Sub total Total 83.901.418,54 83.901.418,54
B.2 Stripper ( T-313 ) Fungsi : untuk melepaskan CO2 dari larutan rich solution. CO2 100oC, 1 atm 24
KHCO3 H2O 71,436oC, 1 atm
23
T-313
K2CO3 H2O 100oC, 1 atm
25
Alur 23, T= 99,117oC 372,117
NCp
L
dT ( H 2 O) 7229,7455 x (18,2964 (372,117 298)
298
47,2118 10 2 (372,117 2 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (372,117 3 2983 ) 10 9 (372,117 4 2984 )) 3 4 = 40,5174 x 106 kJ
372,117
NCp
s
dT ( KHCO3 ) 620,4015 x 87,49 x (372,117 - 298)
298
4,023 x 10 6 kJ
Q (23)
= 44,5404 x 106 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Alur 25, T= 112oC Larutan amine solution masuk pada suhu 100 0C, 1 atm 385
NCp
L
dT ( H 2 O) 7657,8225 x (18,2964 (385 298)
298
47,2118 10 2 (3852 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (3853 2983 ) 10 9 (3854 2984 )) 3 4 = 50,46 x 106 kJ
385
NCp
s
dT ( K 2 CO3 ) 428,077 x 108,71x (385 - 298)
298
4,0487 x 10 6 kJ
= 54,5087 x 106 kJ
Q (25) Alur 24, T= 112oC 385
NCpdT (CO ) 428,077 (19,0223 (385 298) 2
298
7,96291 10 2 (3852 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (3853 2983 ) 10 9 (3854 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 (3855 2985 ) 5
= 1,4515 x 106 kJ Reaksi yang terjadi pada stripper: 2KHCO3
CO2 + K2CO3 + H2O Hr = 6,43 kkal/mol (Reina,2011)
r = 428,077 kmol rHr (panas pelepasan CO2) = 2.752,5351 kJ dQ Qout Hr - Qin dt
= (54,5087 x 106 + 1,4515 x 106 ) + (2.752,5351) – (44,5404 x 106) = 11,4226 x 106 kJ Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu (150 oC), tekanan 1 atm dan keluar sebagai liquid pada suhu 150oC, tekanan 1 atm. Dari steam tabel (Smith, 2001) diperoleh : Saturated steam pada 1 atm, 1500C, Hv(1000C) = 2745,4 kJ/kg Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Saturated liquid pada 1 atm, 1500C, Hl(1000C) = 632,1 kJ/kg q = [Hv(150oC) – Hl(150oC)] q = [2745,4 –632,1] q = 2.113,3 kJ/kg Jumlah steam yang diperlukan :
dQ m=
m
dT q 11,4226 x 10 6 kJ/hari 2..113,3 kJ/kg
5.405,0865 kg/hari Tabel LB.27 Neraca Energi pada Stripper (T-313) Masuk Keluar Komponen 23 24 25 1.451.537,6313 CO2 4.022.997,965 KHCO3 40.517.392,4314 50.460.015,3450 H2O 4.048.654,124 K2CO3 Sub total 44.540.390,4 1.451.537,6313 54.508.669,47 2.752,53511 rΔHr 11.422.569,24 Q Total 55.962.959,6350 55.962.959,6350 B.2 Cooler ( E-311 ) Fungsi : mendinginkan larutan amine solution sebelum diumpankan menuju absorber kembali. Kondensat 60oC, 1 atm
K2CO3 H2 O 75oC, 1 atm
20
26
E-311
Air pendingin 30oC, 1 atm
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
K2CO3 H2O 88oC, 1 atm
Alur 26, T= 88oC Larutan amine solution masuk pada suhu 88 0C, 1 atm 361
NCp
L
dT ( H 2 O) 7657,8225 x (18,2964 (361 298)
298
47,2118 10 2 (3612 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (3613 2983 ) 10 9 (3614 2984 )) 3 4 = 36,4292 x 106 kJ
361
NCp
s
dT ( K 2 CO3 ) 428,077 x 108,71x (361- 298)
298
2,9318 x 10 6 kJ
= 39,3610 x 106 kJ
Q (26)
Alur 20, T= 75oC Larutan benfield keluar pada suhu 75 0C, 1 atm 348
NCp
L
dT ( H 2 O) 7657,8225 x (18,2964 (348 298)
298
47,2118 10 2 (3482 2982 ) 2
1338,78 1314,24 10 6 (3483 2983 ) 10 9 (3484 2984 )) 3 4 = 28,8665 x 106 kJ
348
NCp
s
dT ( K 2 CO3 ) 428,077 x 108,71 x (348 - 298)
298
2,3268 x 10 6 kJ
Q (20)
= 31,1933 x 106 kJ
dQ Qout - Qin dt = 31,1933 x 106 kJ – 39,3610 x 106 kJ
= -8,1677 x 106 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan : Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
dQ m=
dT H
- 8,1677 x 10 6 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg 65.133,1063 kg/hari
m
Tabel LB.28 Neraca Energi pada Cooler (E-311) Komponen Masuk Keluar 26 20 36.429.244,1237 28.866.523,8962 H2O 2.931.784,021 2.326.812,7147 K2CO3 -8.167.691,5333 Q Total 31.193.336,6109 31.193.336,6109 B.2 Cooler ( E-404 ) Fungsi : mendinginkan gas CO2 sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan gas Kondensat 60oC, 1 atm
CO2.
27 CO2 o 213,541 C, 100 atm
28
E-404
CO2 40oC, 213,541 atm
Air pendingin 30oC, 1 atm Aliran 27 adalah aliran gas CO2 keluar kompresor (JC-403). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-403, diketahui T27 = 213,541. Entalpi gas CO2 keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB-28. 486, 541
NCpdT (CO
2
) 428,077 (19,0223 (486,541 298)
298
7,96291 10 2 (486,5412 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (486,5413 2983 ) 10 9 (486,5414 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 (486,5415 2985 ) 5 = 3.299.015,1223 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.29 Entalpi gas output Kompresor (JC-403) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
CO2
428,077
7.706,5922
3.299.015,1223
gas sebelum disimpan suhunya diturunkan hingga 40 0C dengan menggunakan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas pada suhu 40 0C, 313
NCpdT
(CO2 ) 428,077 (19,0223 (313 298)
298
7,96291 10 2 (3132 298 2 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (3133 2983 ) 10 9 (3134 298 4 )) 3 4 81,3304 x10 13 (3135 2985 ) 5
= 240.576,6357 kJ Tabel LB.30 Entalpi gas output Cooler (E-404) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
CO2
428,077
561,9938
240.576,6357
dQ Qout - Qin dt = 240.576,6357 kJ - 3.299.015,1223 kJ
= -3,0584 x 106 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan :
dQ m=
m
dT H - 3,0584 x 10 6 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg
24.389,4616 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.31 Neraca Energi pada Cooler (E-404) Komponen Masuk Keluar 27 28 3.299.015,1223 240.576,6357 CO2 -3.058.438,4866 Q Total 240.576,6357 240.576,6357 LB.13 Cooler ( E-315 ) Fungsi : Untuk menurunkan suhu gas sebelum memasuki kolom PSA. Kondensat 30oC, 1 atm H2 29 CO2 o 179,8231 C, 20 atm
30
E-315
H2 CO2 60oC, 20 atm
Air pendingin 30oC, 1 atm Aliran 29 adalah aliran gas dan cairan keluar kompresor (JC-314). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-314, diketahui T29 = 179,8231oC. Entalpi gas dan cairan keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB-31 452,8231
NCpdT ( H
2
) 678,9933 (17,638 (427,283 298)
298
6,70055 10 2 (427,2832 2982 ) 2
131,45 105,883 10 6 (427,2833 2983 ) 10 9 (427,2834 2984 ) 3 4 291,803 x10 13 (427,2835 2985 )) 5 = 3,0708 x 106 kJ 452,8231
NCpdT (CO
2
) 4,324 (19,0223 (427,283 298)
298
7,96291 10 2 (427,2832 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (427,2833 2983 ) 10 9 (427,2834 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 (427,2835 2985 ) 5 = 2,696 x 104 kJ
Q (29) = 3.097.743,3060 kJ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.32 Entalpi gas dan cairan output Kompresor (JC-314) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
H2
678,9933
4.522,5529
3.070.783,1391
CO2
4,324
6.234,9898
26.960,1669
Hin (kJ)
3.097.743,3060
Gas dan cairan sebelum diumpankan ke kolom PSA T-316 suhunya diturunkan hingga 60 0C dengan menggunkan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas dan cairan pada suhu 60 0C, 333
NCpdT ( H
2
) 678,9933 (17,638 (333 298)
298
6,70055 10 2 (3332 2982 ) 2
131,45 105,883 10 6 (3333 2983 ) 10 9 (3334 2984 ) 3 4 291,803 x10 13 (3335 2985 )) 5 = 6,8257 x 105 kJ 333
NCpdT (CO ) 4,324 (19,0223 (333 298) 2
298
7,96291 10 2 (3332 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (3333 2983 ) 10 9 (3334 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 (3335 2985 ) 5
= 5,736 x 103 kJ Q (30) = 688.305,9051 kJ
Tabel LB.33 Entalpi gas dan cairan output Cooler (E-315) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
H2
678,9933
1.005,267837
682.570,1261
CO2
4,324
1.326,494884
5.735,7790
Hout (kJ)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
688.305,9051
dQ Qout - Qin dt = 688.305,9051 kJ - 3.097.743,3060 kJ
= -2,4094 x 106 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan : dQ
m=
m
dT H
- 2,4094 x 10 6 kJ/hari (125,7 251,1) kJ/kg
19.214,0144 kg/hari Tabel LB.34 Neraca Energi pada Cooler (E-315) Komponen Masuk Keluar 29 30 H2 3.070.783,1391 682.570,1261 CO2 26.960,1669 5.735,7790 Q -2.409.437,4010 688.305,9051 688.305,9051 Total
LB.14 Cooler ( E-407 ) Fungsi : Mendinginkan gas H2 sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan gas H2. Kondensat 60oC, 1 atm 33 H2 o 73,0275 C, 30 atm
34
E-407
Air pendingin 30oC, 1 atm
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
H2 40oC, 30 atm
Aliran 33 adalah aliran gas CO2 keluar kompresor (JC-406). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-406, diketahui T33 = 73,0275oC. Entalpi gas CO2 keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB-2 346, 0275
NCpdT ( H
2
) 678,3143 (19,0223 (348,0275 298)
298
7,96291 10 2 (348,02752 2982 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (348,02753 2983 ) 10 9 (348,02754 2984 )) 3 4 81,3304 x10 13 (348,02755 2985 ) 5 = 938.038,5232 kJ
Tabel LB.35 Entalpi gas output Kompresor (JC-406) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
H2
678,3143
1.382,8966
938.038,5232
gas sebelum disimpan suhunya diturunkan hingga 40 0C dengan menggunakan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas pada suhu 40 0C, 313
NCpdT
(CO 2 ) 678,3143 (19,0223 (313 298)
298
7,96291 10 2 (3132 298 2 ) 2
73,7067 37,4572 10 6 (3133 2983 ) 10 9 (3134 298 4 )) 3 4 81,3304 x10 13 (3135 2985 ) 5
= 291.008,0433 kJ
Tabel LB.36 Entalpi gas output Cooler (E-407) Komponen
N (kmol)
∫Cp dT
H
CO2
678,3143
429,0165
291.008,0433
dQ Qout - Qin dt = 291.008,0433 kJ - 938.038,5232 kJ
= -6,4703 x 105 kJ Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 oC dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 oC. Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
H (60 oC)
= 251,1
H (30 oC)
= 125,7
Jumlah air pendingin yang diperlukan :
dQ m=
dT H
- 6,4703 x 10 5 kJ/hari m (125,7 251,1) kJ/kg 5.159,7327 kg/hari Tabel LB.37 Neraca Energi pada Cooler (E-407) Komponen Masuk Keluar 33 34 938.038,5232 291.008,0433 H2 -647.030,4799 Q 291.008,0433 291.008,0433 Total
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC.1 Bak Umpan LCPKS (BK-101) Fungsi
: Menampung LCPKS
Bentuk
: Bak Silinder vertikal dengan alas datar
Bahan konstruksi
: Beton Kedap air
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 30 0C
Waktu tinggal ( τ ) : 3 hari Laju alir massa (F) = 591.780,8219 kg/hari Densitas ()
= 983,24 kg/m3
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) =
591.780,82 19 kg/hari 983,24 kg/m 3
= 601,8681 m3/hari
Volume larutan
= τ x Q = 3 hari x 601,8681 m3/hari =1.805,604 m3
Volume tangki, VT
= ( 1+ 0,2 ) x 1.805,604 m3 = 2.166,7253 m3
Perhitungan ukuran bangunan Ukuran bak : Panjang bak (p)
= 2 x lebar bak (l) maka p = 2l
Tinggi bak (t)
= ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l
Maka : Volume bak (V) 2.166,7253 m
3
Lebar bak (l)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
=pxlxt = 2l x l x ½ l = 12,61 m
Dengan demikian, Panjang bak (p)
= 25,22 m
Tinggi bak (t)
= 6,306 m
Lebar bak (l)
= 12,61 m
Tinggi larutan dalam bak =
1.805,604 x 6,306 m = 5,255 meter 2.166,7253
LC.2 Pompa (J-102) Fungsi
: Memompa LCPKS ke Bak Neutralisasi
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 60 oC
Laju alir massa (F)
= 591.780,8219 kg/hari
= 15,1 lbm/sec
Densitas ()
= 983,24 kg/m3
= 61,3815 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,4688 cP
= 0,000315 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
15,1 lb m /sec F 0,246 ft3/sec 3 ρ 61,3815 lb m / ft
= 0,00697 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,00697)0,45x (983,24)0,13 = 0,0951 m = 3,7451 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 4 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 4,026 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,3355 ft
Diameter Luar (OD)
: 4,5 in = 0,3749 ft
Inside sectional area
: 0,0884 ft2
0,246 ft3 / s = 2,7828 ft/s 0,0884 ft 2
Kecepatan linear, v = Q/A =
Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (61,3815 lbm / ft3 )(2,7828 ft / s)(0,3355 ft) 0,000315 lbm/ft.s
= 181.917,8 (Turbulen) 4,6 x10 5 /D = D
= 0,00045
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 181.917,8 dan /D = 0,00045 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0048 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,7828 2 = 0,0662 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2,7828 2 v2 = 2(0,75) = 0,1805 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
2,7828 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) =0,2407 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0048)
30. 2,7828 2 0,3355.2.32,174
= 0,2066 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
2,7828 2 = 0,1203 ft.lbf/lbm 2132 ,174
Total friction loss :
F
= 0,8144 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 :
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 0,8144 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = - 20,8144 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws - 20,8144 Wp
= - x Wp = -0,8 x Wp = 26,0179 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 15,1 lbm/s 26,0179 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,7143 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 3/4 Hp
LC.3 Tangki Pre-Treatment (M-103) Fungsi
: Mencampur LCPKS dengan NaOH dan dilakukan pemanasan untuk menonaktifkan bakteri metanasi.
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 80 0C Waktu tinggal ( τ )
= 1 jam
Laju alir massa (F)
= 594.147,945 kg/hari
Densitas ()
= 216,57 kg/m3
Viskositas ()
= 0,357 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
594.147,94 5 kg/hari 216,57 kg/m 3
= 2.743,4 m3/hari
= τ x Q =1 jam x (1 hari/24 jam) x 2.743,4 m3/hari = 114,3084 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 114,3084 m3
Volume tangki, VT
= 137,17 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 1:1 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 1 : 1 4
=
1 DT3 4
DT ( diameter tangki ) = 5,59 m = 220,1044 in HS ( tinggi silinder ) = 5,59 m = 220,1044 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 5,59 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup
= 1,4 m
Tinggi total
= 5,59 + 1,4 = 6,99 m
Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 114,3084 m3 Volum tangki = 137,17 m3 Tinggi larutan dalam tangki =
114 ,3084 x6,99 5,8236 m 137 ,17
Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 216,5735 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 5,8236 m = 12.360,1393 Pa = 1,7929 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 1,7929) = 19,7867 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari
bejana yang
beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun
54,696x 1 220,1044 2 t 10 x0,125 (13700x0,85) 0,6 x54,696
t = 1,768 in tebal shell standar yang digunakan adalah 2 in
(Brownell&Young,1959)
menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tebal tutup atas = 2 in
(Brownell&Young,1959)
Perancangan Sistem pengaduk Jenis
: flat 6 blade turbin impeller
Baffle
: 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 1 rps
(Geankoplis, 2003)
Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : Da : Dt = 0,3
J : Dt = 1 : 12
L : Da = 1 : 4
E : Da = 1:1
W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)
Jadi : 1. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 1,68 m
= 5,5 ft
2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 1,68 m 3. Lebar baffle ( J) = 0,47 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,34 m 5. Panjang daun impeller (L) = 0,42 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (NRe) =
N Da2 1 1,68 2 216 ,5735 0,357
= 1.706.975,81 NRe>10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan
reynold,
persamaan menjadi :
k T N 3 Da 5 gc kT = 0,32 P
P
0,32 13 det 3 5,55 ft5 13,5207 lbm / ft3 = 32,147 lbm. ft / lbf . det 2 = 678,9367 ft.lbf/det = 1,2344 hp Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 1,543 hp
Menghitung Jaket Steam, Jumlah steam (1500C) = 17.729,5214 kg/hari Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(McCabe dkk., 1999)
Densitas steam = 2,5458 kg/m3 Laju alir steam (Qw) =
17.729,521 4 kg/hari = 6.964,156 m3/hari 2,5458 kg/m 3
Diameter dalam jaket
= diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 220,1044 in + [2(2 in)] = 224,1044 in
Tinggi jaket = tinggi tangki = 5,5907 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D)
= 224,1044 in + (2 ×5) in = 234,1044 in = 12,0008 m
Luas yang dilalui steam (A), A=
(D2-d2) = (234,10442 – 224,10442) = 3.596,9383 in2 = 2,3206 m2 4 4
Kecepatan steam (v),
Qw 6.964,156 m 3 /hari v= = = 3.001,0023 m/hari 2,3206 m 2 A Tebal dinding jaket (tj), Pdesain
= 19,7867 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
Allowable Stress
= 13.700 lb/in2
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
(Peters et.al., 2004)
Tebal shell jaket (t),
Tebal jaket (t)
P Dt c 2SE
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding jaket (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
Dt
= diameter dalam jaket (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
19,7867 234,1044 0,125 2 13.700 0,85 0,3239 in
d
Dipilih tebal jaket standar 1/2 in.
LC. 4 Gudang Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (L-104) Fungsi : Menyimpan NaOH selama 3 hari Bahan Konstruksi
: Dinding dari beton, lantai aspal dan atap dari seng
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T =30oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 3 hari
Laju alir massa,
F = 2.367,123 kg/hari
ρ NaOH,
ρ = 2.100 kg/m3
(Wikipedia, 2012)
Kapasitas gudang = 2.367,123 kg/hari × 3 hari =7.101,37 kg. NaOH dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 20 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan =
7.101,37 kg 355,0685 goni 20 kg / goni
Tinggi gudang: Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 20 buah Faktor kelonggaran = 30% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 15 cm × 20 = 3,9 m = 4 m. Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 30 goni × 15 goni Dimana panjang 1 goni = 40 cm Faktor kelonggaran = 30% Untuk jalan dalam gudang = 30% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 40 cm × 30 = 15,6 m = 16 m. Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 30 % Dimana lebar 1 goni 20 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 20 cm × 15 = 390 cm = 3,9 m ≈ 4 m.
LC.5 Belt Conveyor (C-105) Fungsi
: mengangkut NaOH ke M-103
Jenis
: Continuous belt conveyor
Bahan
: Carbon steel
Kondisi operasi
: Temperatur = 300C Tekanan
= 1 atm
Laju bahan
: 2.367,123 kg/hari
Faktor kelonggaran
: 12 %
Kapasitas total belt conveyor: = 1,12 Laju bahan = 1,12 2.367,123 kg/hari = 2.651,178 kg/hari = 0,1105 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21–9, Perry, dkk., 1999) -
Lebar belt conveyor
= 14 in
-
Luas permukaan muatan
= 0,11 ft2
-
Lapisan belt maksimum
=5
-
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): P 0,0027 m 0,82 L
Dimana:
(Peters, dkk., 2004)
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
L
= panjang conveyor (m)
m = 0,1105 ton/jam = 0,0307 kg/s L = 25 ft = 7,62 m Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Maka P 0,0027 (0,0307)
0,82
(7,62) 0,001182 kW
= 0,001585 hP Digunakan daya 0,05 hP.
LC.6 Pompa (J-106) Fungsi
: Memompa campuran pre-treatment
ke Tangki
Pencampur Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 80 oC
Laju alir massa (F)
= 594.147,9452 kg/hari
= 15,1604 lbm/sec
Densitas ()
= 216,5735 kg/m3
= 13,5201 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,3569 cP
= 0,00024 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
F 15,1604 lb m /sec 1,1213 ft3/sec 3 ρ 13,5201 lb m / ft
= 0,0318 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,0318)0,45x (216,5735)0,13 = 0,1546 m = 6,0884 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 6 in
Schedule number
: 40
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Diameter Dalam (ID)
: 6,065 in
Diameter Luar (OD)
: 6,625 in
Inside sectional area
: 0,2006 ft
= 0,5054 ft = 0,5521 ft 2
Kecepatan linear, v = Q/A =
1,1213 ft3 / s = 5,5898 ft/s 0,2006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(13,5202 lbm / ft3 )(5,5898 ft / s)(0,5054 ft) 0,00024 lbm/ft.s
= 159.267,8 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,000299
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 159.267,8 dan /D = 0,000299 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0045 Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 A1 2 5,5898 2 = 0,55 1 0 = 0,2671 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,5898 2 v2 = 2(0,75) = 0,7284 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
5,5898 2 v2 = 1(2,0) =0,9712 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f D.2.g c 2 30 . 5,5898 = 4(0,0045) 0,5054.2.32,174
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,5188 ft.lbf/lbm
2
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
1 Sharp edge exit = hex
5,5898 2 = 1 0 = 0,4856 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 2,9709 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 2,9709 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = - 52,971 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
- 52,971
= -0,8 x Wp
Wp
= 66,2137 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 15,1604 lbm/s 66,2137 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 1,8251 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 2 Hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.7
Tangki Pencampur LCPKS dan nutrisi (M-107)
Fungsi
:
Mencampur campuran dengan nutrisi
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
:
1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 79,97 0C Waktu tinggal ( τ )
= 1 hari
Laju alir massa (F)
= 594.278,8708 kg/hari
Densitas ()
= 216,6175 kg/m3
Viskositas ()
= 0,357 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
594.278,87 08 kg/hari 216,6175 kg/m 3
= 2.743,4479 m3/hari
= τ x Q =1 hari x 2.743,4479 m3/hari = 2.743,4479 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 2.743,4479 m3
Volume tangki, VT
= 3.292,1375 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 1:1 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 1 : 1 4
=
1 DT3 4
DT ( diameter tangki ) = 16,1264 m = 638,8944 in HS ( tinggi silinder ) = 16,1264 m = 638,8944 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 16,1264 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup
= 4,03 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tinggi total
= 16,1264 + 4,03 = 20,16 m
Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 2.743,4479 m3 Volum tangki = 3.292,1375 m3 2.743 ,4479 x 20 ,16 16 ,7983 m Tinggi larutan dalam tangki = 3.292 ,1375 Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 216,6175 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 16,7983 m = 35.660,2609 Pa = 5,1727 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 5,1727) = 23,8424 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun t
54,696x 1 638,8944 2 10 x0,125 (13700x0,85) 0,6 x54,696
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
t = 2,745 in tebal shell standar yang digunakan adalah 2 3/4 in
(Brownell&Young,1959)
menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 2 3/4 in
(Brownell&Young,1959)
Perancangan Sistem pengaduk Jenis
: flat 6 blade turbin impeller
Baffle
: 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 1 rps
(Geankoplis, 2003)
Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : Da : Dt = 0,3
J : Dt = 1 : 12
L : Da = 1 : 4
E : Da = 1:1
W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)
Jadi : 1. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 4,84 m
= 15,8722 ft
2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 4,84 m 3. Lebar baffle ( J) = 1,34 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,97 m 5. Panjang daun impeller (L) = 1,21 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (NRe) =
N Da2 1 4,84 2 216 ,6175 0,357
= 14.204.265,8 NRe>10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan
reynold,
persamaan menjadi :
k T N 3 Da 5 P gc kT = 0,32 P
=
0,32 13 det 3 15,87225 ft5 13,5234lbm / ft3 32,147 lbm. ft / lbf . det 2 = 135.606,9666 ft.lbf/det = 246,5581 hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(McCabe dkk., 1999)
Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 308,1977 hp
LC. 8 Gudang Penyimpanan FeCl2 (L-108) Fungsi : Menyimpan FeCl2 selama 15 hari Bahan Konstruksi
: Dinding dari beton, lantai aspal dan atap dari seng
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T =30oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 15 hari
Laju alir massa,
F = 110,663 kg/hari
ρ FeCl2,
ρ = 3.160 kg/m3
(Wikipedia, 2012)
Kapasitas gudang = 110,663 kg/hari × 15 hari = 1.659,945 kg NaOH dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 20 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan =
1.659,945 kg 82,9972 goni 20 kg / goni
Tinggi gudang: Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 10 buah Faktor kelonggaran = 30% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 15 cm × 10 = 1,95 m = 2 m.
Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 10 goni × 9 goni Dimana panjang 1 goni = 20 cm Faktor kelonggaran = 30% Untuk jalan dalam gudang = 30% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 20 cm × 10 = 2,6 m = 2,7 m.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 30 % Dimana lebar 1 goni 10 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 10 cm × 9 = 117 cm = 1,17 m ≈ 1,2 m.
LC.9 Belt Conveyor (C-109) Fungsi
: mengangkut FeCl2 ke M-107
Jenis
: Continuous belt conveyor
Bahan
: Carbon steel
Kondisi operasi
: Temperatur = 300C Tekanan
= 1 atm
Laju bahan
: 110,663 kg/hari
Faktor kelonggaran
: 12 %
Kapasitas total belt conveyor: = 1,12 Laju bahan = 1,12 110,663 kg/hari = 123,9426 kg/hari = 0,005164 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21–9, Perry, dkk., 1999) -
Lebar belt conveyor
= 14 in
-
Luas permukaan muatan
= 0,11 ft2
-
Lapisan belt maksimum
=5
-
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): P 0,0027 m 0,82 L
Dimana:
(Peters, dkk., 2004)
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
L
= panjang conveyor (m)
m = 0,005164 ton/jam = 0,001435 kg/s L = 25 ft = 7,62 m Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Maka P 0,0027 (0,001435)
0,82
(7,62) 0,0000758 kW
= 0,0000959 kW = 0,0001286 hP Digunakan daya 0,05 hP. LC. 10 Gudang Penyimpanan Na2HPO4 (L-110) Fungsi
: Menyimpan Na2HPO4 selama 50 hari
Bahan Konstruksi
: Dinding dari beton, lantai aspal dan atap dari seng
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan: Temperatur,
T =30oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 50 hari
Laju alir massa,
F = 20,2626 kg/hari
ρ Na2HPO4,
ρ = 1.700 kg/m3
(Wikipedia, 2012)
Kapasitas gudang = 20,2626 kg/hari × 50 hari = 1.013,13 kg NaOH dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 20 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan =
1.013,13 kg 50,6565 goni 20 kg / goni
Tinggi gudang: Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 7 buah Faktor kelonggaran = 30% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 15 cm × 7 = 1,365 m = 1,4 m.
Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 10 goni × 6 goni Dimana panjang 1 goni = 20 cm Faktor kelonggaran = 30% Untuk jalan dalam gudang = 30% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 20 cm × 10 = 2,6 m = 2,7 m. Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 30 % Dimana lebar 1 goni 10 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 10 cm × 6 = 78 cm = 0,78 m ≈ 0,8 m.
LC.11 Belt Conveyor (C-111) Fungsi
: mengangkut Na2HPO4 ke M-103
Jenis
: Continuous belt conveyor
Bahan
: Carbon steel
Kondisi operasi
: Temperatur = 300C Tekanan
= 1 atm
Laju bahan
: 20,2626 kg/hari
Faktor kelonggaran
: 12 %
Kapasitas total belt conveyor: = 1,12 Laju bahan = 1,12 20,2626 kg/hari = 22,6941 kg/hari = 0,000946 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21–9, Perry, dkk., 1999) -
Lebar belt conveyor
= 14 in
-
Luas permukaan muatan
= 0,11 ft2
-
Lapisan belt maksimum
=5
-
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): P 0,0027 m 0,82 L
Dimana:
(Peters, dkk., 2004)
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
L
= panjang conveyor (m)
m = 0,000946 ton/jam = 0,000263 kg/s L = 25 ft = 7,62 m Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Maka P 0,0027 (0,000263 ) 0,82 (7,62) 0,0000188 kW = 0,0000238 kW = 0,000032 hP Digunakan daya 0,05 hP.
LC.12 Pompa (J-112) Fungsi
: Memompa campuran ke reaktor biohidrogen
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 79,97 oC
Laju alir massa (F)
= 594.278,8707 kg/hari
= 15,1637 lbm/sec
Densitas ()
= 216,6175 kg/m3
= 13,5229 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,3569 cP
= 0,00024 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
F 15,1637 lb m /sec 1,1213 ft3/sec 3 ρ 13,5229 lb m / ft
= 0,0318 m3/sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,0318)0,45x (216,6175)0,13 = 0,1547 m = 6,0887 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 6 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 6,065 in
= 0,5054 ft
Diameter Luar (OD)
: 6,625 in
= 0,5521 ft
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
: 0,2006 ft2
Inside sectional area Kecepatan linear, v = Q/A =
1,1213 ft3 / s = 5,5899 ft/s 0,2006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
(13,5229 lbm / ft3 )(5,5899 ft / s)(0,5054 ft) = 0,00024 lbm/ft.s = 159.287,3 (Turbulen) 4,6 x10 5 /D = D
= 0,000299
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 159.287,3 dan /D = 0,000299 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0041 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,5899 2 = 0,2671 ft.lbf/lbm 2132 ,174
5,5899 2 v2 = 2(0,75) = 0,7284 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
5,5899 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) =0,9712 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0041)
30. 5,5899 2 0,5054.2.32,174
= 0,4727 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
5,5899 2 = 0,4856 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 2,925 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 = 65 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 65 ft 0 2,925 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = - 67,925 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
- 67,925
= -0,8 x Wp
Wp
= 84,9062 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 15,1637 lbm/s 84,9062 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 2,3409 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 2 1/2 Hp
LC.13 Reaktor Biohidrogen (R-201) Fungsi
: Mencampur campuran dengan nutrisi
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 60 0C Waktu tinggal ( τ )
= 2 hari
Laju alir massa (F)
= 594.278,871 kg/hari
Densitas ()
= 217,1769 kg/m3
Viskositas ()
= 0,4693 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
594.278,87 1 kg/hari 217,1769 kg/m 3
= 2.763,3815 m3/hari
= τ x Q =2 hari x 2.763,3815 m3/hari = 5.472,763 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 5.472,763 m3
Volume tangki, VT
= 6.567,3157 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 1:1 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 1 : 1 4
=
1 DT3 4
DT ( diameter tangki ) = 20,3 m = 799,2295 in HS ( tinggi silinder ) = 20,3 m = 799,2295 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 20,3 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup
= 5,08 m
Tinggi total
= 20,3 + 5,08 = 25,38 m
Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 5.472,7631 m3 Volum tangki = 6.567,3157 m3 5.472 ,7631 x 25,38 21,1463 m Tinggi larutan dalam tangki = 6.567 ,3157 Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 217,1769 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 21,1463 m = 45.006,4295 Pa = 6,5283 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 6,5238) = 25,4692 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari
bejana yang
beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun
54,696x 1 799,2295 2 t 10 x0,125 (13.700x0,85) 0,6 x54,696
t = 3,13 in tebal shell standar yang digunakan adalah 3 ¼ in
(Brownell&Young,1959)
Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tebal tutup atas = 3 ¼ in
(Brownell&Young,1959)
Perancangan Sistem pengaduk Jenis
: flat 6 blade turbin impeller
Baffle
: 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 1 rps
(Geankoplis, 2003)
Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : Da : Dt = 0,3
J : Dt = 1 : 12
L : Da = 1 : 4
E : Da = 1:1
W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)
Jadi : 1. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 6,09 m
= 19,98 ft
2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 6,09 m 3. Lebar baffle ( J) = 1,69 m 4. Lebar daun baffle (W) = 1,22 m 5. Panjang daun impeller (L) = 1,52 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (NRe) =
N Da2 1 6,09 2 217 ,1769 0,4693
= 17.162.410,7 NRe>10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan
reynold,
persamaan menjadi :
k T N 3 Da 5 gc kT = 0,32 P
P
0,32 13 det 3 19,985 ft5 13,5583lbm / ft3 = 32,147 lbm. ft / lbf . det 2 = 429.785,688 ft.lbf/det = 781,4285 hp Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 976,7857 hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(McCabe dkk., 1999)
Menghitung Jaket pendingin, Jumlah air pendingin (300C) = 424.345,746 kg/hari Densitas air pendingin = 995,68 kg/m3 Laju alir air pendingin (Qw) = Diameter dalam jaket
424.345,74 6 kg/hari = 426,1869 m3/hari 3 995,68 kg/m
= diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 799,2295 in + [2(3,25 in)] = 805,7295 in
Tinggi jaket = tinggi tangki = 20,3005 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D)
= 805,7295 in + (2 ×5) in = 815,7295 in in
Luas yang dilalui air pendingin (A), A=
(D2-d2) = (815,7295 in 2 – 805,7295 in 2) = 12.728,4528 in2 = 8,2119 m2 4 4
Kecepatan air pendingin (v), v=
Qw 426,1869 m 3 /hari = = 51,8986 m/hari 8,2119 m 2 A
Tebal dinding jaket (tj), Pdesain
= 25,4692 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
Allowable Stress
= 13.700 lb/in2
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
(Peters et.al., 2004)
Tebal shell jaket (t),
Tebal jaket (t)
P Dt c 2SE
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding jaket (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
Dt
= diameter dalam jaket (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
25,4692 815,7295 0,125 2 13.700 0,85 1,0171 in
d
Dipilih tebal jaket standar 1 in.
LC.14 Pompa (J-202) Fungsi
: Memompa effluent ke reaktor biogas
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 60oC
Laju alir massa (F)
= 573.892,0215 kg/hari
= 14,6436 lbm/sec
Densitas ()
= 211,4388 kg/m3
= 13,1997 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,5072 cP
= 0,00034 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
F 14,6436 lb m /sec 1,1094 ft3/sec 3 ρ 13,1997 lb m / ft
= 0,0314 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,0314)0,45x (211,4388)0,13 = 0,1534 m = 6,0403 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Ukuran nominal
: 6 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 6,065 in
= 0,5054 ft
Diameter Luar (OD)
: 6,625 in
= 0,5521 ft
Inside sectional area
: 0,2006 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
1,1094 ft3 / s = 5,5303 ft/s 0,2006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(13,1997 lbm / ft3 )(5,5303 ft / s)(0,5054 ft) 0,00034 lbm/ft.s
= 108.254,3 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,000299
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 108.254,3 dan /D = 0,000299 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0048 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,5303 2 = 0,2614 ft.lbf/lbm 2132 ,174
5,5303 2 v2 = 2(0,75) = 0,713 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
5,5303 2 v2 = 1(2,0) = 0,9506 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
2 30 . 5,5303 = 4(0,0048) 0,5054.2.32,174
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,5417 ft.lbf/lbm
2
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
1 Sharp edge exit = hex
5,5303 2 = 1 0 = 0,4753 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 2,942 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 = 90 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 90 ft 0 2,942 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = - 92,942 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
- 92,942
= -0,8 x Wp
Wp
= 116,1775 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 14,6436 lbm/s 116,1775 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 3,0931 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 3 Hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.15 Reaktor Biogas (R-203) Fungsi
:
Tempat
berlangsungnya
reaksi
fermentasi
effluent
biohidrogen menjadi biogas. Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 55 0C Waktu tinggal ( τ )
= 6 hari
Laju alir massa (F)
= 573.892,0215 kg/hari
Densitas ()
= 211,4388 kg/m3
Viskositas ()
= 0,5072 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
573.892,02 15 kg/hari 211,4388 kg/m 3
= 2.714,2233 m3/hari
= τ x Q =6 hari x 2.714,2233 m3/hari = 16.285,3398 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 16.285,3398 m3
Volume tangki, VT
= 19.542,4078 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 1:1 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 1 : 1 4
=
1 DT3 4
DT ( diameter tangki ) = 29,1991 m = 1.149,57 in HS ( tinggi silinder ) = 29,1991 m = 1.149,57 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 29,1991 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup
= 7,3 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tinggi total
= 29,1991 + 7,3 = 36,5 m
Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 16.285,3398 m3 Volum tangki = 19.542,4078 m3 16 .285 ,3398 x36 ,5 30 ,4157 m Tinggi larutan dalam tangki = 19 .542 ,4078 Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 211,4388 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 30,4157 m = 63.024,4299 Pa = 9,1419 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 9,1419) = 28,61 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun t
54,696x 1 1.149,569 2 10 x0,125 (13.700x0,85) 0,6 x54,696
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
t = 3,96 in tebal shell standar yang digunakan adalah 4 in
(Brownell&Young,1959)
Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 4 in
(Brownell&Young,1959)
Perancangan Sistem pengaduk Jenis
: flat 6 blade turbin impeller
Baffle
: 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 1 rps
(Geankoplis, 2003)
Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : Da : Dt = 0,3
J : Dt = 1 : 12
L : Da = 1 : 4
E : Da = 1:1
W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)
Jadi : 1. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 8,76 m = 28,74 ft 2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 8,76 m 3. Lebar baffle ( J) = 2,43 m 4. Lebar daun baffle (W) = 1,75 m 5. Panjang daun impeller (L) = 2,19 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (NRe) =
N Da2 1 8,76 2 211,4388 0,5072
= 31.989.011,58 NRe>10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan
reynold,
persamaan menjadi :
k T N 3 Da 5 P gc kT = 0,32 P
=
0,32 13 det 3 28,745 ft5 13,2 lbm / ft3 32,147 lbm. ft / lbf . det 2 = 2.575.964,586 ft.lbf/det = 4.683,572 hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(McCabe dkk., 1999)
Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 5.854,465 hp
Menghitung Jaket pendingin, Jumlah air pendingin (300C) = 106.308,4673 kg/hari Densitas air pendingin = 995,68 kg/m3 Laju alir air pendingin (Qw) = Diameter dalam jaket
106.308,46 73 kg/hari = 106,7697 m3/hari 995,68 kg/m 3
= diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 1.149,57 in + [2(4 in)] = 1.157,569 in
Tinggi jaket = tinggi tangki = 29,1991 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D)
= 1.157,569 in + (2 ×5) in = 1.167,569 in
Luas yang dilalui air pendingin (A), A=
2 2 (D -d ) = (1.167,569 in 2 – 1.157,569 in 2) = 18.252,3268 in2 = 11,7757 m2 4 4
Kecepatan air pendingin (v), v=
Qw 106,7697 m3/hari = = 9,0669 m/hari A 11,7757 m 2
Tebal dinding jaket (tj), Pdesain
= 28,6055 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
Allowable Stress
= 13.700 lb/in2
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
(Peters et.al., 2004)
Tebal shell jaket (t),
Tebal jaket (t)
P Dt c 2SE
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding jaket (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Dt
= diameter dalam jaket (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
28,6055 1.167,567 0,125 2 13.700 0,85 1,559 in
d
Dipilih tebal jaket standar 1 3/4 in.
LC.16 Pompa (J-204) Fungsi
: Memompa effluent dari reaktor biogas ke bak penampung
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 55oC
Laju alir massa (F)
= 564.572,0949 kg/hari
= 14,4057 lbm/sec
Densitas ()
= 208,732 kg/m3
= 13,0307 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,619 cP
= 0,00042 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
F 14,4057 lb m /sec 1,1055 ft3/sec ρ 13,0307 lb m / ft 3
= 0,0313 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13 = 0,363 x (0,0313)0,45x (208,732)0,13 = 0,1529 m = 6,0208 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Peters,et.al., 2004)
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 6 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 6,065 in
= 0,5054 ft
Diameter Luar (OD)
: 6,625 in
= 0,5521 ft
Inside sectional area
: 0,2006 ft2
1,1055 ft3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 5,511 ft/s 0,2006 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (13,0307 lbm / ft3 )(5,511 ft / s)(0,5054 ft) 0,00042 lbm/ft.s
= 87.229,99 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,000299
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 87.229,99 dan /D = 0,000299 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0049 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,511 2 = 0,2596 ft.lbf/lbm 2132 ,174
5,511 2 v2 = 2(0,75) = 0,708 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
5,511 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) =0,9434 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0049) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
30. 5,5112 0,5054.2.32,174
= 0,5491 ft.lbf/lbm
2
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
1 Sharp edge exit = hex
5,511 2 = 1 0 = 0,472 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 2,9327 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 = 18 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 18 ft 0 2,9327 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = -20,9327 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-20,9327
= -0,8 x Wp
Wp
= 26,1659 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 14,4057 lbm/s 26,1659 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,6853 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 3/4 Hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.17 Bak Penampung Akhir (BK-205) Fungsi
: Menampung limbah sementara
Bentuk
: Bak Silinder vertikal dengan alas datar
Bahan konstruksi
: Beton Kedap air
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 55 0C
Waktu tinggal ( τ ) : 1 hari Laju alir massa (F) = 564.572,0949 kg/hari Densitas ()
= 208,7322 kg/m3
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) =
564.572,09 49 kg/hari 208,7322 kg/m 3
= 2.704,7677 m3/hari
Volume larutan
=τ x Q =1 hari x 2.704,7677 m3/hari = 2.704,7677 m3
Volume tangki, VT
= ( 1+ 0,2 ) x 2.704,7677 m3 = 3.245,7213 m3
Perhitungan ukuran bangunan Ukuran bak : Panjang bak (p)
= 2 x lebar bak (l) maka p = 2l
Tinggi bak (t)
= ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l
Maka : Volume bak (V)
=pxlxt
3.245,7213 m3
= 2l x l x ½ l
Lebar bak (l)
= 14,806 m
Dengan demikian, Panjang bak (p)
= 29,612 m
Tinggi bak (t)
= 7,403 m
Lebar bak (l)
= 14,806 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tinggi larutan dalam bak =
2.704,7677 x 7,403 m = 6,1692 meter 3.245,7213
LC.18 Kompresor (JC-206) Fungsi : menaikkan tekanan gas sebelum diumpankan ke absorber. Jenis
: multistage reciprocating compressor
p ( k 1) / k . N s 2,78 104 k.N s P p1m v.1 2 1 (Timmerhaus,2004; hal 528) (k - 1). p1 di mana:
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 1 atm
= 101,325 kPa
p2
= tekanan keluar
= 83,89 atm
= 8.500,154 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
=1
k
= rasio panas spesifik
= 1,29134
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 3 tahap
T1
= 35 0C
= 303 K
= 78 %
Data: Laju alir massa = 15.290,1 kg/hari campuran
=
P BM 1 41,2 6,006 Kg / m3 0,375 lbm / ft 3 zRT 1x0,08206 303
20.404,85 kg / hari m3 mv.1 = = 1,3875 ft3/detik 3.397,128 3 hari 6,006 kg / m a. Menghitung Daya Kompresor P
8.500 ,154 (1, 291341) / 1, 29134.3 2,78 10 4 1,29134 3 (101,325) (3.397,128 m 3 /hari) 1 (1,2913 - 1) 0,78 101,325
= 26,8698 kW = 36 Hp Maka dipilih kompresor dengan daya 36 Hp.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k 1
P 2 k Nst T 2 T1 ( ) P1
(Timmerhaus,2004; hal 528)
1, 29134 1
83,89 1, 29134 x 3 ) T2 = 303 x( 1
T2 = 422,7781 K = 149,7781 oC
LC.19 Cooler (E-207) Fungsi
: Menurunkan temperatur gas sebelum dimasukkan ke dalam absorber
Jenis
: DPHE (Double pipe heat exchanger)
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 15 ft hairpin 4
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 850,2021 kg/jam = 1.874,3555 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 149,78°C
= 301,604°F
Temperatur akhir (T2)
= 35 °C
= 95 °F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 1.424,0723 kg/jam = 3.139,5098 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30 °C
= 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C
= 140 °F
Panas yang diserap (Q)
= 178.578,6642 kJ/jam = 169.259,2424 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida Dingin
Selisih
T1 = 301,604F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140F
t2 =161,6F
T2 = 95F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86F
t1 = 18F
T1 – T2 = 206,6F
Selisih
t2 – t1 = 54F
t2 – t1 = 152,6F
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
t 2 t1 152,6 52,8421oF t 2 161,6 ln ln 18 t 1 T T R = 1 2 = 3,826 t2 t1
LMTD =
S=
t 2 t1 0,2505 T1 t1
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,7 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 0,7 × 52,8421 = 36,9895oF (2) Tc dan tc Tc
T1 T2 301,604 95 198,3 F 2 2
tc
t 1 t 2 140 86 113 F 2 2
Fluida panas – Anulus, Gas 3) flow area anulus D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,65 0,1375 ft 12
aa
De
D 2 2 D1 2
D
4
D1 D1
2 2
2
0,0084 ft
Fluida dingin – Inner Pipe, Air 1,38 (3’) D 0,115 ft 12 (Tabel 11, kern) ap
2
0,0783
(4) kecepatan massa Ga
W aa
Ga
1.874,3555 lbm 221.827,9142 0,0084 jam . ft 2
4
0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp
W ap
Gp
3.139,5098 lbm 302.410,2482 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 113 0F Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.823)
μ = 0,599 cP Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
D 2
(5) Pada Tc = 198,3 0F
μ = 0,599 x 2,42 = 1,4496 lbm/ft.jam
μ = 0,0141 cP μ = 0,0141 x 2,42 = 0,0341 lbm/ft.jam
Re p Re p
Re a Re a
Da G a
Dp G p
0,115 302.410,2482 23.991,2102 1,4496
0,0783 221.827,9142 508.507,3259 (6’) Dari Gambar 24 (Kern, 1950, hal.834) 0,0341 JH = 60
(6) Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) JH = 900
(7’) Pada Tc = 113 0F Dari Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
c = 0,994 Btu/lbm .0F
(7) Pada Tc = 198,3 0F Dari Gambar 3 (Kern,1950,hal.805)
c. k
c = 1,2031 Btu/lbm . k = 0,0522 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
1
3
1,2031. 0,0341 0,0522
1
3
k = 0,4135 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
0,9236
1
3
0,994.1,4496 0,4135
1
3
0,901
(8’) 1
0 ,14
k c. 3 hi J H De k W 0,4135 60 0,901 1 0,115
(8)
1
0 ,14
k c. 3 ho J H De k W 0,0522 900 0,9236 1 0,0783 553,7698Btu/(jam)(ft 2 )(0 F)
173,2307Btu/(jam)(ft 2 )(0 F)
(9’) Koreksi hio ke permukaan pada OD
h io h i
ID 0,115 173,2307 OD 0,1383
144,8839 Btu/(jam)(ft 2 )(0 F ) (10) clean averall coefficient, Uc
UC
h io h o 144,8839 x 553,7698 h io h o 144,8839 553,7698
114,8385 Btu/(jam)(ft 2 )(0 F )
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(11) UD Rd ketentuan = 0,003
1 1 1 RD 0,003 UD UC 114,8385 U D 85,4125 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A
Q 169.259,24 24 53,5738 ft 2 U D t 85,4125 36,9895
Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft. L yang diperlukan
53,5738 123,1582 ft 0,435
Berarti diperlukan 5 hairpin ukuran 15 ft.
Pressure drop (1’) Rep’= 23.991,2102
(13) A = 5 x 30/ 0,435 = 65,25 ft2 (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya,
Q 169.259,2424 Ud A t 62,5 36,9895 70,1284 Btu/(hr)(ft 2 )(0 F ) Uc - Ud 114,8385- 70,1284 Rd UcxUd 114,8385 x 70,1284 0,0056 (hr)(ft2 )(0 F ) / Btu Pressure drop (1) De’ = (D2 – D1) = 0,0348 ft
F 0,0035
s = 1 , ρ =1 x 62,5 = 62,5
(2’)
Fa
4 0,0073x 302.410,2482 2 150 2 4.18.10 8 62,52 0,115 0,0073ft
0,0348 221.827,9142 Rea 0,0341 225.729,6443
s = 1 ; ρ = 1 x 62,5 = 62,5 (2) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
4 fGp2 L 2 g 2 D
De' Ga
0,264 F 0,0035 0,005 225.729,64 43 0,42
0,264 0,0073 23.991,210 20,42
(3’) 0,0073 62,5 144 0,4642 psi
Pp
Pp yang diperbolehkan < 10 psi
2
Fa
4 fGa L 2 g 2 De
4 0,0052 x221.827,9142 2 x150 2 4.18 10 8 62,52 0,0348 0,1298 ft
Maka spesifikasi dapat diterima
(3)
V
Ga 221.827,9142 3600 3600 62,5
0,9859 Fps V2 0,98592 5 Fi 5 2g ' 2 32,2 0,0755 ft (0,1298 0,0755) 62,5 144 0,0891 psi
Pa
∆P yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima LC.20
Absorber (TK-301)
Fungsi
: menyerap gas H2S
Bentuk
: silinder tegak
Bahan
: carbon steel, SA-283, Grade C.
Larutan medium : Laju alir massa Densitas,
= 374.263,32 kg/hari
x 993,65 kg/m 3 62,04526 lb/ft 3
Gas-gas umpan absorber Gas umpan H2 H2S CO2 Total
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Laju Massa 1.357,987 3,2168 19.025,65 20.386,86
xi .BMi 1,222 0,0029 17,1183 18,3419
xi. zi 0,0203 4,5 x 10-5 0,2557 0,27
Densitas gas
Mol gas
P BM zRT
1 18,3419 2,6878 kg/m 3 0,27 0,08206 308
= 6.064,425
Mol medium = 1.111,489 mol gas 5,4561 mol mol medium
Maka,
Gx
= 5,4561 x BM Larutan medium = 132,8727
Gy
= 1 x BM gas = 18,3419
Menghitung ukuran absorber : Packing yang digunakan adalah pall ring dengan spesifikasi sebagai berikut : Nominal size = 1 ½ in
= 0,95
Fp
= 40
P 0,115 FP
0 .7
(McCabe, 2001)
= 1,521
y
Gx Gy
x y
132,8727 18,3419
2,6878 0,3772 993,965 - 2,6878
dari grafik 18.6 McCabe , 2001 diperoleh bahwa : Gy Fp x 2
0,1
gc ( x y ) y
Gy
0,028
= 0,4917 lb/ft2.s = 1.769,958 lb/ft2 h = 884,9792 lb/ft2 h
Laju gas
= 894,4521 kg/jam = 1.871,04 lb/h
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
1.871,04 2,114 884 ,9792
S
=
Diameter
(D)
=
2,114 1,6422 ft 0,784
Dipilih tangki dengan diameter 2 ft. Tinggi tangki (Z)
= HETP x Nt
Nt
= ln
Y1 Y2
= ln
100 4,706 0,904
(McCabe, 2001)
digunakan jumlah tray 5 buah. HETP
= D0,3 = 1,1828
Z
= 1,828 x 5 = 5,914 ft
(Ulrich , 1984)
Dipilih tinggi tangki 6 ft (1,8293 m). Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) Tinggi tutup elipsoidal =
1 1,75 ft 0,4375 ft 4
Tinggi total = 6 ft + 2 x 0,4375 ft = 6,875 ft = 2,096 m Tebal dinding absorber: t
P R nC A SE 0,6 P
P operasi
= 101325 Pa
P hidrostatik = 17.947,34 Pa P packing
= 7.897,665 Pa
P design
= 127.170 Pa
P design
= 18,4445 psi
Jari-jari kolom
= ½ x 1,75 ft = 10,5 in
S (allowable stress)
= 13700 psi
E (Joint efficiency)
= 0,85
n (umur alat)
= 10 tahun
CA (Corrosion factor)
= 0,125 in/tahun
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 1:4
t
18,4445 10 ,5 (10 0,125 ) 1,2667 in 13700 0,8 0,6 18,4445
maka dipilih silinder dengan tebal 1,5 in (0,0381 m).
LC.21 Pompa (J-302) Fungsi
: Memompa medium yang sudah menyerap H2S ke reaktor desulfurisasi
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 35oC
Laju alir massa (F)
= 374.266,5368 kg/hari
= 9,5499 lbm/sec
Densitas ()
= 1.047,8049 kg/m3
= 65,4122 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,7228 cP
= 0,00049 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
9,5499 lb m /sec F 0,1459 ft3/sec 3 ρ 65,4122 lb m / ft
= 0,0041 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,0041)0,45x (1.047,8049)0,13 = 0,0758 m = 2,9859 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,068 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,2557 ft
Diameter Luar (OD)
: 3,5 in = 0,2917 ft
Inside sectional area
: 0,0513 ft2
0,1459 ft3 / s = 2,8459 ft/s 0,0513 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (65,4122 lbm / ft3 )(2,8459 ft / s)(0,2557 ft) 0,00049 lbm/ft.s
= 97.989,91 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,00059
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 97.989,91 dan /D = 0,00059 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0052 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,8459 2 = 0,06923 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2,8459 2 v2 = 2(0,75) = 0,1888 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
2,8459 2 v2 = 1(2,0) =0,2517 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
2 30 . 2,8459 = 4(0,0052) 0,2557.2.32,174
= 0,3072 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
2,8459 2 = 0,1259 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 0,9428 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 = 22 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 22 ft 0 0,9428 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = -22,9428 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-22,9428
= -0,8 x Wp
Wp
= 28,6785 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 9,5499 lbm/s 28,6785 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,4979 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/2 Hp
LC.22 Reaktor Desulfurisasi (R-303) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi pengubahan H2S menjadi sulfur.
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 55 0C Waktu tinggal ( τ )
= 1 hari
Laju alir massa (F)
= 374.267,808 kg/hari
Densitas ()
= 1.047,809 kg/m3
Viskositas ()
= 0,7319 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
374.267,80 8 kg/hari 1.050,2497 kg/m 3
= 357,1909 m3/hari
= τ x Q =1 hari x 357,1909 m3/hari = 357,1909 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 357,1909 m3
Volume tangki, VT
= 428,6291 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 1:1 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 1 : 1 4 =
1 DT3 4
DT ( diameter tangki ) = 8,1734 m = 321,7877 in HS ( tinggi silinder ) = 8,1734 m = 321,7877 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 8,1734 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup
= 2,04 m
Tinggi total
= 8,1734 + 2,04 = 10,22 m
Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 357,1909 m3 Volum tangki = 428,6291 m3 Tinggi larutan dalam tangki =
357 ,1909 x10 ,22 8,5139 m 428 ,6291
Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 1.047,8089 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 8,5139 m = 87.426,0662 Pa = 12,6815 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 12,6815) = 32,8529 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari
bejana yang
beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun
54 ,696 x 1 321,7877 2 t 10 x0,125 (13 .700 x0,85 ) 0,6 x54 ,696
t = 2,008 in tebal shell standar yang digunakan adalah 2 in
(Brownell&Young,1959)
Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tebal tutup atas = 2 in
(Brownell&Young,1959)
Perancangan Sistem pengaduk Jenis
: flat 6 blade turbin impeller
Baffle
: 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 1 rps
(Geankoplis, 2003)
Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : Da : Dt = 0,3
J : Dt = 1 : 12
L : Da = 1 : 4
E : Da = 1:1
W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)
Jadi : 1. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 2,45 m
= 8,045 ft
2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 2,45m 3. Lebar baffle ( J) = 0,68 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,49 m 5. Panjang daun impeller (L) = 0,61 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (NRe) =
N Da2
1 2,45 2 1.047,8089 0,7319
= 8.607.392,95 NRe>10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan
reynold,
persamaan menjadi :
k T N 3 Da 5 P gc kT = 0,32 P
=
0,32 13 det 3 8,0455 ft 5 65,4147 lbm / ft 3 32,147 lbm. ft / lbf . det 2 = 21.938,6525 ft.lbf/det = 39,8885 hp
Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 49,8606 hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(McCabe dkk., 1999)
Menghitung Jaket pendingin, Jumlah air pendingin (300C) = 138.229,0413 kg/hari Densitas air pendingin = 995,68 kg/m3 Laju alir air pendingin (Qw) = Diameter dalam jaket
138.229,04 13 kg/hari = 128,8288 m3/hari 3 995,68 kg/m
= diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 321,7877 in + [2(2 in)] = 325,7877 in
Tinggi jaket = tinggi tangki = 8,1734 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D)
= 325,7877 in + (2 ×5) in = 335,7877 in
Luas yang dilalui air pendingin (A), A=
2 2 (D -d ) = (335,7877 2 in 2 – 325,78772 in 2) = 5.193,3664 in2 = 3,3506 m2 4 4
Kecepatan air pendingin (v), v=
Qw 138,8288 m3/hari = = 41,4344 m/hari 3,3506 m2 A
Tebal dinding jaket (tj), Pdesain
= 32,835 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
Allowable Stress
= 13.700 lb/in2
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
(Peters et.al., 2004)
Tebal shell jaket (t),
Tebal jaket (t)
P Dt c 2SE
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding jaket (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
Dt
= diameter dalam jaket (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
32,835 335 ,7877 0,125 2 13 .700 0,85 0,5987 in
d
Dipilih tebal jaket standar 3/4 in.
LC.23 Tangki Penyimpanan Oksigen (TK-304) Fungsi
: tempat menyimpan gas oksigen.
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 35 0C Waktu tinggal ( τ )
= 200 hari
Laju alir massa (F)
= 1,2716 kg/hari
Densitas ()
= 1,3295 kg/m3
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
1,2716 kg/hari 1,3295 kg/m
3
= 0,9564 m3/hari
= τ x Q =200 hari x 0,9564 m3/hari = 191,29 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 191,29 m3
Volume tangki, VT
= 229,548 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 3:2 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 3 : 2 4
=
3 DT3 8
DT ( diameter tangki ) = 5,6973 m = 224,3038 in Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
HS ( tinggi silinder ) = 8,5459 m = 336,4556 in Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 191,29 m3 Volum tangki = 229,548 m3 Tinggi larutan dalam tangki =
191,29 x8,5459 7,1217 m 229 ,548
Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 1,3295 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 7,1217 m = 92,7888 Pa = 0,01346 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 0,01346) = 17,65135 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun
54 ,696 x 1 224 ,3038 2 t 10 x0,125 (13 .700 x0,85 ) 0,6 x54 ,696
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
t = 1,7783 in tebal shell standar yang digunakan adalah 2 in
(Brownell&Young,1959)
Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 1 3/4 in
(Brownell&Young,1959)
LC.24 Pompa (J-305) Fungsi
: Memompa keluaran reaktor desulfurisasi ke settler
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 35oC
Laju alir massa (F)
= 374.263,3201 kg/hari
= 9,5498 lbm/sec
Densitas ()
= 1047,8006 kg/m3
= 65,4119 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,7228 cP
= 0,00049 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
9,5498 lb m /sec F 0,1459 ft3/sec 3 ρ 65,4119 lb m / ft
= 0,0041 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,0041)0,45x (1047,8006)0,13 = 0,0758 m = 2,9859 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
: 3 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,068 in
Diameter Luar (OD)
: 3,5 in = 0,2917 ft
Inside sectional area
: 0,0513 ft2
= 0,2557 ft
0,1459 ft3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 2,8459 ft/s 0,0513 ft2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (65,4119 lbm / ft3 )(2,8459 ft / s)(0,2557 ft) 0,00049 lbm/ft.s
= 97.989,07 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,00059
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 97.989,07 dan /D = 0,00059 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0051 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,8459 2 = 0,0692 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2,8459 2 v2 = 2(0,75) = 0,1888 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
2,8459 2 v2 = 1(2,0) =0,2517 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
2 30 . 2,8459 = 4(0,0051) 0,2557.2.32,174
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,3013 ft.lbf/lbm
2
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
1 Sharp edge exit = hex
2,8459 2 = 1 0 = 0,1259 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 0,9369 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 = 10 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 10 ft 0 0,9369 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = -10,9369 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-10,9369
= -0,8 x Wp
Wp
= 13,6711 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 9,5498lbm/s 13,6711 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,2374 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/4 Hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.25 Clarifier (S-306) Fungsi
: Memisahkan endapan sulfur dan medium
Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 350C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa medium (F1)
= 374.265,3 kg/hari
Laju massa Sulfur (F2)
= 2,5431 kg/hari
Laju massa total, m
= 374.267,8 kg/hari
Densitas medium
= 1.050 kg/m3
(Geankoplis, 1997)
Densitas sulfur
= 2.000 kg/m3
(Wikipedia, 2012)
Dari Metcalf & Eddy (1984) diperoleh bahwa untuk clarifier tipe upflow (radial): -
Kedalaman air = 1-5 m
-
Settling time = 1-3 jam
Dipilih : Kedalaman air (H) = 5 m Settling time = 3 jam Diameter dan Tinggi Clarifier Densitas larutan,
374.267,8 374.265,3 2,5431 1.050 2000
Volume cairan, V =
= 1.050,003 kg/m3
374.267,8 kg / hari 1 hari 44 ,5555 m 3 1.050 ,003 x 24 jam
V = ¼ D2H
4V 1 / 2 4 44,5555 ) D= ( H 3,14 5
1/ 2
16,8462 m
Maka, diameter clarifier = 16,8462 m Tinggi clarifier = 1,5 × D = 25,2692 m Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid
= × g × h = 1.050,003 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 25,2692 m = 260 kPa = 37,7171 psia
Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia P = 37,7171 psia + 14,696 psia = 52,4131 psia Faktor kelonggaran = 5% Maka, Pdesign = (1,05) × (52,4131) psia = 78,6196 psia Joint efficiency = 0,85 Allowable stress = 13.700 psia
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (78,6196 (16,8462m) 2 (13.700) (0,85) 1,2 (78,6196kPa) 0,0571 in
t
Faktor korosi =1,5 in/tahun Maka tebal shell yang dibutuhkan =0,0571 in + (10. 1/8 in) = 1,3071 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Brownell,1959)
Daya Clarifier P = 0,006 D2 dimana:
(Ulrich, 1984)
P = daya yang dibutuhkan, kW
Sehingga, P = 0,006 (16,8462)2 = 1,7028 kW = 2,2834 hp Digunakan daya 2,5 hP.
LC.26 Screw Conveyor (C-401) Fungsi
:
Mengalirkan sulfur ke Tangki penyimpanan Sulfur
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
1 unit
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Umpan
L
Keluaran
Temperatur
T = 35°C (308 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm
Jarak angkut
L = 25 ft
Laju alir bahan
F = 2,5431 kg/hari = 0,1059 kg/jam
= 7,622 m
= 0,2336 lb/jam Densitas bahan
ρ = 2000 kg/m3 = 124,8556 lb/ft3
(Wikipedia, 2012)
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) Q
F
= 0,2336 /124,8556 = 0,00187 ft3/jam
1 = 0,0112 ft3/jam 1 6
Dipilih screw conveyor dengan diameter 12 in, Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ωmax) = 60 rpm, (Qmax) = 90 ft3/jam
Kapasitas masksimum Faktor S
= 171
Horse Power factor (f )
= 0,7
Sehingga, kecepatan putaran (ω),
Q max Q max
ω=
0,0112x60 =0,0075 rpm 90
Daya conveyor :
(Walas, 1988)
P
= [sx fxQx ]xL
P
= [171 x 0,0075 + 0,7x 0,0112 x 124,8556]x 25 = 67,8271
Faktor keamanan 20%, P
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
=1,2 x 67,8271 = 84,7839
(Walas, 1988)
Efisiensi 80%,
P
= 84,7839 = 8,4784 x 10-5 Hp
Maka dipilih conveyor dengan daya 0,05 Hp
LC.27 Tangki Penyimpanan Sulfur (TK-402) Fungsi
: tempat menyimpan sulfur
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 0C Waktu tinggal ( τ )
= 200 hari
Laju alir massa (F)
= 2,5431 kg/hari
Densitas ()
= 2.000 kg/m3
(Wikipedia, 2012)
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry dan Green,1999)
Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
2,5431 kg/hari 2.000 kg/m 3
= 0,001272 m3/hari
= τ x Q =200 hari x 0,001272 m3/hari = 0,2543 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 0,2543 m3
Volume tangki, VT
= 0,3052 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 3:2 Volume silinder =
1 DT2 H S H S : DT 3 : 2 4 =
3 DT3 8
DT ( diameter tangki ) = 0,6186 m = 24,3528 in HS ( tinggi silinder ) = 0,9278 m = 36,5219 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Menghitung tebal shell tangki t
PR n.C SE 0,6 P
(Perry, 1999)
Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 0,2543 m3 Volum tangki = 0,3052 m3 Tinggi larutan dalam tangki =
0,2543 x0,9278 0,7732 m 0,3052
Tekanan hidrostatik P=ρxgxl = 2.000 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,7732 m = 15.154,75 Pa = 2,1982 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 14,696 + 2,1982) = 20,2731 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari
bejana yang
beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E)
: 0,85
- Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
- Umur alat : 10 tahun t
54 ,696 x 1 24 ,3528 2 10 x0,125 (13 .700 x0,85 ) 0,6 x54 ,696
t = 1,307 in tebal shell standar yang digunakan adalah 1/2 in Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Brownell&Young,1959)
Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 1/2 in
(Brownell&Young,1959)
LC.28 Pompa (J-307) Fungsi
: Memompa cairan dari settler kembali ke reaktor
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 35oC
Laju alir massa (F)
= 374.263,319 kg/hari
= 9,5498 lbm/sec
Densitas ()
= 1.047,8011 kg/m3
= 65,4119 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,7228 cP
= 0,00049 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
9,54 lb m /sec F 0,1459 ft3/sec 3 ρ 65,4119 lb m / ft
= 0,0041 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Peters,et.al., 2004)
= 0,363 x (0,0041)0,45x (1.047,8011)0,13 = 0,0758 m = 2,9859 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,068 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,2557 ft
Diameter Luar (OD)
: 3,5 in = 0,2917 ft
Inside sectional area
: 0,0513 ft2
0,1459 ft3 / s = 2,8459 ft/s 0,0513 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (65,4119 lbm / ft3 )(2,8459 ft / s)(0,2557 ft) 0,00049 lbm/ft.s
= 97.989,07 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,00059
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 97.989,07 dan /D = 0,00059 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0051 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,8459 2 = 0,0692 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2,8459 2 v2 = 2(0,75) = 0,1888 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
2,8459 2 v2 = 1(2,0) =0,2517 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
2 30 . 2,8459 = 4(0,0051) 0,2557.2.32,174
= 0,3013 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
2,8459 2 = 01259 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F
Total friction loss :
= 0,9369 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 = 22 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 22 ft 0 0,9369 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = -22,9369 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-22,9369
= -0,8 x Wp
Wp
= 28,6711 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 9,5498 lbm/s 28,6711 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,4978 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/2 Hp
LC.29
Absorber (T-308)
Fungsi
: menyerap gas CO2
Bentuk
: silinder tegak
Bahan
: carbon steel, SA-283, Grade C.
Larutan Benfield : Laju alir massa Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 147.686,6 kg/hari
x 991,7822 kg/m 3 61,909 lb/ft 3
Densitas, Gas-gas umpan absorber Gas umpan H2 CO2 Total
Laju Massa 1.357,987 19.025,65 20.401,64
Densitas gas
Mol gas
xi .BMi 1,2281 16,9812 18,2093
xi. zi 0,1873 0,1057 0,293
P BM zRT
1 18,2093 2,459 kg/m 3 0,293 0,08205 308
= 1.120,394
Mol benfield = 8.085,9 mol gas 7,217 mol mol benfield
Maka,
Gx
= 7,217 x BM Larutan Benfield = 175,7555
Gy
= 1 x BM gas = 18,2093
Menghitung ukuran absorber : Packing yang digunakan adalah pall ring dengan spesifikasi sebagai berikut : Nominal size = 1 ½ in
= 0,95
Fp
= 40
P 0,115 FP
0 .7
(McCabe, 2001)
= 1,521
y
Gx Gy
x y
175,7555 18,2093
2,459 0,4812 991,7822 - 2,459
dari grafik 18.6 McCabe , 2001 diperoleh bahwa : G y Fp x 2
0 ,1
gc ( x y ) y
0,02
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,397 lb/ft2.s
Gy
= 1.427,69 lb/ft2 h = 713,845 lb/ft2 h Laju gas
= 850,0682 kg/jam = 1.872,397 lb/h 1.872 ,397 1,829 713 ,845
S
=
Diameter
(D)
=
S 1,23 ft 0,785
Dipilih tangki dengan diameter 2 ft. Tinggi tangki (Z)
= HETP x Nt
Nt
= ln
Y1 Y2
= ln
100 4,706 0,904
(McCabe, 2001)
digunakan jumlah tray 5 buah. HETP
= D0,3 = 1,23
Z
= 1,23 x 5 = 6,16 ft
(Ulrich , 1984)
Dipilih tinggi tangki 6,5 ft (1,982 m). Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) Tinggi tutup elipsoidal =
1 2 ft 0,5 ft 4
Tinggi total = 6,5 ft + 2 x 0,5ft =7,5 ft = 2,29 m Tebal dinding absorber: t
P operasi
P R nC A SE 0,6 P
= 101325 Pa
P hidrostatik = 20.143,14 Pa P packing
= 8.615,634 Pa
P design
= 130.083,8 Pa
P design
= 18,8671 psi
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 1:4
Jari-jari kolom
= ½ x 2 ft = 12 in
S (allowable stress)
= 13700 psi
E (Joint efficiency)
= 0,85
n (umur alat)
= 10 tahun
CA (Corrosion factor)
= 0,125 in/tahun
t
18,867 12 (10 0,125 ) 1,2695 in/tahun 13700 0,8 0,6 18,867
maka dipilih silinder dengan tebal 1,5 in (0,0381 m). LC.30 Pompa (J-309) Fungsi
: Memompa cairan keluaran absorber menuju stripper
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 72,42oC
Laju alir massa (F)
= 215.750,8249 kg/hari
= 5,5051 lbm/sec
Densitas ()
= 1.035,42 kg/m3
= 64,639 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,525 cP
= 0,000353 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
F 5,5051 lb m /sec 0,08517 ft3/sec 3 ρ 64,639 lb m / ft
= 0,002412 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13 = 0,363 x (0,002412)0,45x (1.035,42)0,13 = 0,0594 m = 2,3393 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Peters,et.al., 2004)
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 2,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 2,469 in
= 0,2057 ft
Diameter Luar (OD)
: 2,875 in
= 0,2396 ft
Inside sectional area
: 0,0332 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
Bilangan Reynold : NRe =
=
0,0852 ft 3 / s 0,0332 ft 2
= 2,5637 ft/s
v D (64,639 lbm / ft3 )(2,5637 ft / s)(0,2057 ft) 0,000353 lbm/ft.s
= 96.648,51 (Turbulen)
/D =
4,6 x10 5 D
= 0,000734
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 96.648,51 dan /D = 0,000734 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0051 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,5637 2 = 0,05618 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2,5637 2 v2 = 2(0,75) = 0,1532 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
2,5637 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) =0,3038 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0051) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
30. 2,53672 0,2057.2.32,174
= 0,3038 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
2,5637 2 = 1 0 = 0,1021 ft.lbf/lbm 2132 ,174
Total friction loss :
F
= 0,8197 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 = 5 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 5 ft 0 0,8197 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = -5,8197 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws -5,8197 Wp
= - x Wp = -0,8 x Wp = 7,2746 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 5,5051 lbm/s 7,2746 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,0728 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,125 Hp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.31 Heat Exchanger (E-310) Fungsi
: Menaikkan temperatur rich solution dan menurunkan temperatur amina solution
Tipe
: Shell and tube heat exchanger
Dipakai
: 1 ¼ in BWG 16, panjang 16 ft, 2 pass
Jumlah
: 1 unit
1. Neraca Energi Fluia panas (Amina solution) Laju alir umpan masuk
= 8.204,8098 kg/jam = 18.088,3237 lb/jam
Temperatur awal (T1)
= 112 oC = 233,6oF
Temperatur akhir (T2)
= 88 oC = 190,4oF
Fluida dingin (Rich solution) Laju alir umpan masuk
= 8989,6177 kg/jam = 19.818,5112 lb/jam
Temperatur awal (t1)
= 72,42oC = 162,356oF
Temperatur akhir (t2)
= 99,11oC = 210,398oF
Panas yang diserap (Q)
= 631.151,7217 kJ/jam = 598.214,0294 Btu/jam
2. ∆T = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida Dingin
Selisih
T1 = 233,6F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 219,398F
t2 =23,2F
T2 = 190,4F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 162,356F
t1 = 28,044F
T1 – T2 = 43,2F
Selisih
t2 – t1 = 48,04F
t2 – t1 = -4,842F
LMTD =
t 2 t1 4,842 25,5466oF 23 , 2 t ln 2 ln 28 , 044 t 1
R=
T1 T2 43,2 0,8992 = 48,04 t2 t1
S=
t 2 t1 48 ,04 0,6743 T1 t1 71,244
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,75 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 19,1599oF 3. Suhu kaloric Tc dan tc T1 T2 233,6 190,4 212oF 2 2 t t 162,356 210,398 tc = 1 2 186,377oF 2 2 dalam rancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi:
Tc =
pitch
= triangular
diameter luar tube (OD)
= 1 ¼ in
jenis tube
= 16 BWG
panjang
= 12 ft
Trial 1. a. Dari tabel 8 Kern, diharapkan UD = 40-75 Btu/(j.ft2.oF) Coba UD = 50 Btu/(j.ft2.oF) Ditempatkan aliran yang kecil di dalam shell dan ditempatkan aliran yang besar dalam pipa (tube) Luas perpindahan panas, A =
Q 631 .151,7217 642,4429 ft2. U D .t 50 19 ,1599
Luas permukaan per ft panjang pipa 1 ¼ “ OD = 0,3271 ft [Tabel 10, Kern] Jumlah tube =
642 ,4429 159,0856 buah 0,3271 12
b. Coba tube passes = 2 (n=2) Dari tabel 9, untuk 1 ¼ “ OD dan 1 9/16 ” triangular pitch, maka tube counts (tube sheet lay out) yang terdekat adalah 164 tubes dengan ID shell = 25 in. c. Pembetulan harga UD A = 164 × 12 × 0,3271 = 643,7328 ft2. UD =
Q 631 .151,7217 48,5017 Btu/(j.ft2.oF) A t 643 ,7328 19 ,1599
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Karena nilai UD hitung sudah mendekati nilai UD tebakan, maka tidak diperlukan trial 2. Fluida panas – Shell Side 4. luas aliran (as) B=
Fluida dingin – Tube Side 4. luas aliran (at) Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843)
ID 12 2,4 in 5 5
at’ = 0,96 in2
C’ = PT – OD C’ = 1,5625 – 1,25 = 0,3125
at =
as = ID C 'B = 12 (0,3125 ) 2,4 144 PT n'
=
0,04 ft
144 1,5625 1
=
5. Kecepatan Massa (Gs)
W as
=
0,5303 ft2
5. Kecepatan massa (Gt)
2
Gt =
Gs =
Nt at ' 159,0856 0,96 = 144 n 144 2
w 19.818.511 2 = 0,5303 at
= 37.373,2879 /ft2.jam
18.088,323 7 0,04
= 452.208,0921 lbm/ft2.jam
6. Bilangan Reynold (Ret) Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) untuk 1 ¼ in 16 BWG Dt = 1,12 in = 0,0933 ft
6. Bilangan Reynold (Res) De = 1,23 in [fig. 28] = 0,1025 ft
μ = 0,3687 cP = 0,8923 lbm/ft.jam
μ = 0,3079 cP = 0,745 lbm/ft.jam
Ret =
Res= De Gs = 0,1025 452.208,09 21 0,745
Dt x Gt
= 0,0933 x 37.373,287 9 0,8923
= 3.909,0501
= 746.576,2854 7. Dari Gambar 28 (Kern,1950,hal.838) Res=746.576,2854diperoleh jH =700 8. Pada Tc = 212 0F Cp k
Pada Gambar 4 (Kern,1950,hal.806) o
= 0,415 btu/jam.ft. F 1/ 3
1/ 3
= 0,45 x 0,745
0,415
= 0,9313 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
diperoleh jH = 17 8. Pada tc = 186,337oF
= 0,45 btu/lbm.0F
Cp k
7. Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834)
Cp = 0,45 btu/lbm.0F Pada Gambar 1 (Kern,1950,hal.803)
k
= 0,3685 btu/jam.ft.0F
9.
ho k Cp jH s Ds k
1/ 3
Cp k
1/ 3
11. untuk trial dianggap Φs = 1 12. ho = 2.639,5719 btu/jam.ft.0F
0,3685
= 0,7665
ho 0,415 700 0,9313 s 0,1025
= 2.639,5719 btu/jam.ft.0F
1/ 3
= 0,45 0,8923
9. hio jH k Cp t
Dt
k
1/ 3
hio 0,3685 17 0,7665 t 0,0933
= 46,0949 btu/jam.ft.0F Pressure drop 10. untuk Res = 746.576,2854 Dari Gambar 29, hal. 839 diperoleh f = 0,001 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 0,9491 Ds = 0,1025 ft Φs
=1
11. jumlah crosses
Pressure drop 10. untuk Ret = 3.909,0501 Dari Gambar 26, hal. 836 diperoleh f = 0,00035 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 0,999 Φt = 1 11. ∆Pt
=
N + 1 = 12 L / B N + 1 = 12 . (12 / 2,4) = 60 f Gs 2 Ds N 1 12. ∆Ps = 5,22 .10 10 De s s 0,001 452.208,09 21 2 0,1025 60 5,22 .1010 0,1025 0,9491 1
∆Ps = 0,0235 psi
0,00039 37.373,2879 2 12 2 5,22.1010 0,0933 0,9991 = 0,0072 psi 12. Gt = 37.373,2879 lb/ft2.jam Dari Gambar 27 hal. 837 didapatkan : v2/2g = 0,001 ∆Pr =
Pressure Drop < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima.
f Gt 2 L n 5,22 .10 10 Dt s t
=
4n v 2 4 2 0,001 = s 2 g 0,999 0,008 psi
∆Pf = ∆Pt + ∆Pr = 0,0072 + 0,008 = 0,0152 psi Pressure Drop < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima. Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.30 Pompa (J-312) Fungsi
: Memompa cairan keluaran stripper menuju absorber.
Jenis
: Pompa screw pump
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 112oC
Laju alir massa (F)
= 196.915,4354 kg/hari
= 5,0245 lbm/sec
Densitas ()
= 1.355,5 kg/m3
= 84,6209 lbm/ft3
Viskositas ()
= 0,0837 cP
= 0,0000562 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q
5,0245 lb m /sec F 0,0523 ft3/sec 3 ρ 84,6209 lb m / ft
= 0,00168 m3/sec
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Dopt
= 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13 0,45
= 0,363 x (0,00168)
(Peters,et.al., 2004) 0,13
x (1.355,5)
= 0,0523 m = 2,059 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 2 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 2,067 in
= 0,1722 ft
Diameter Luar (OD)
: 2,375 in
= 0,1979 ft
Inside sectional area
: 0,0233 ft2
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linear, v = Q/A =
Bilangan Reynold : NRe =
=
0,0523 ft3 / s = 2,5484 ft/s 0,0233 ft2
v D (84,6209 lbm / ft3 )(2,5484 ft / s)(0,1722 ft) 0,000056 lbm/ft.s
= 660.418,7 (Turbulen) 4,6 x10 5 /D = D
= 0,000876
(Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 660.418,7 dan /D = 0,000876 Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0049 Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
2,5484 2 = 0,0555 ft.lbf/lbm 2132 ,174
2,5484 2 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) = 0,1514 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
2,5484 2 v2 = 1(2,0) =0,2018 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0049)
30. 2,54842 0,1722.2.32,174
= 0,3445 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
2,5488 2 = 0,1009 ft.lbf/lbm 2132 ,174
Total friction loss :
F
= 0,8542 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 = 5 ft Maka :
0
32,174 ft / s 2 5 ft 0 0,8542 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
ft.lbf / lbm Ws 0
Ws = -5,8542 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws
= - x Wp
-5,8542
= -0,8 x Wp
Wp
= 7,3177 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 5,0245 lbm/s 7,3177 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,0669 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,125 Hp
LC.33 Cooler (E-311) Fungsi
: Menurunkan temperatur gas sebelum dimasukkan ke dalam absorber
Jenis
: DPHE (Double pipe heat exchanger)
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 12 ft hairpin 4
Jumlah
: 1 unit
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 8.204,8098 kg/jam = 18.088,3237 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 88°C
= 190,4°F
Temperatur akhir (T2)
= 75°C
= 167°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 2.713,8794 kg/jam = 5.983,0186 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30 °C
= 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C
= 140 °F
Panas yang diserap (Q)
= 340.320,4806 kJ/jam = 322.560,2957 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida Dingin
Selisih
T1 = 190,4F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140F
t2 =50,4F
T2 = 167F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86F
t1 = 81F
T1 – T2 = 23,4F
Selisih
t2 – t1 = 54F
t2 – t1 = -30,6F
LMTD =
t 2 t1
30,6 64,4946oF 50,4 ln 81
t ln 2 t1 T T R = 1 2 = 0,4333 t2 t1 S=
t 2 t1 0,5172 T1 t1
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,95 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 0,95× 64,4946= 61,2699oF (2) Tc dan tc
Tc
T1 T2 190,4 167 178,7 F 2 2
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
t 1 t 2 140 86 113 F 2 2
tc
Fluida panas – Anulus, Gas 3) flow area anulus D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,65 0,1375 ft 12
aa
D 2 2 D1 2
D De
4
D1 D1
2 2
2
0,0084 ft
Fluida dingin – Inner Pipe, Air 1,38 (3’) D 0,115 ft 12 (Tabel 11, kern) ap
0,0783
18.088,3237 lbm 2.140.733,1793 0,0084 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 178,7 0F μ = 0,3079 cP μ = 0,3079x 2,42 = 0,745 lbm/ft.jam
Gp
W ap
Gp
5.983,0186 lbm 576.308,4865 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 113 0F Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.823)
μ = 0,599 cP μ = 0,599 x 2,42 = 1,4496 lbm/ft.jam Re p
Re a
Da G a
Re p
0,0783 2.140.733,1793 224.934,8335 0,745
(6) Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) JH = 500 (7) Pada Tc = 178,7 0F
0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
W Ga aa
Re a
4
2
(4) kecepatan massa
Ga
D 2
Dp G p
0,115 576.308,4865 45.720,468 1,4496
(6’) Dari Gambar 24 (Kern, 1950, hal.834) JH = 140 (7’) Pada Tc = 113 0F
c = 0,45 Btu/lbm .
Dari Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
k = 0,415 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c = 0,994 Btu/lbm .0F
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
c. k
1
3
0,45. 0,745 0,4512
1
3
0,9313
k = 0,4135 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
1
3
0,994 . 1,4496 0,4135
1
3
0,901
(8) 1
0 ,14
k c. 3 De k W 0,415 500 0,9313 1 0,0783
ho JH
2.468,6862Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(8’) 1
404,205 Btu/(jam)(ft 2 )(0 F)
(10) clean averall coefficient, Uc
UC
h io h o 338,0623 x 2.468,6862 h io h o 338,0623 2.468,6862
(9’) Koreksi hio ke permukaan pada OD
297,344 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F )
Rd ketentuan = 0,003
1 1 1 RD 0,003 U D UC 297,344 U D 157,1559 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t Q 322.560,29 57 33,4991 ft 2 U D t 157,1559 61,2699
Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft. L yang diperlukan:
h io h i
ID 0,115 404,205 OD 0,1383
338,0623 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F )
(11) UD
A
0 ,14
k c. 3 hi J H De k W 0,4135 140 0,901 1 0,115
33,4991 77,0094 ft 0,435
Berarti diperlukan 3 hairpin ukuran 15 ft. (13) A = 3 x 30/0,435 = 39,15 ft2 (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya, Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Ud
Q 322.560,2957 A t 39,15 61,2699
134,472Btu/(hr)(ft2 )(0F ) Uc - Ud 297,344- 134,472 Rd UcxUd 297,344 x 134,472 0,0041(hr)(ft2 )(0F ) / Btu
Pressure drop (1’) Rep’= 45.720,468
F 0,0035
0,264 45.720,468
0,42
0,0064
s = 1 , ρ =1 x 62,5 = 62,5 (1) De’
Pressure drop = (D2 – D1) = 0,0348 ft
De' G a
0,0348 2.140.733,1793 0,745 99.850,0068
Rea
(2’)
Fa
0,264 F 0,0035 0,0056 99 .850 ,0068 0,42
s = 1 ; ρ = 1 x 62,5 = 62,5 (2) 2
Fa
4 fGa L 2 g 2 De
4 0,0056 x2.140.733,17932 x72 2 4.18 10 8 62,52 0,0348 8,1389 ft
(3)
V
Ga 2.140.733,1793 3600 3600 62,5
9,5144 Fps V 2 9,51442 3 Fi 3 2g' 2 32,2 4,2169 ft (8,1839 4,2169) 62,5 144 5,3628 psi
Pa
∆P yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
4 fGp2 L 2 g 2 D 4 0,0064 x 576.308,4865 2 72
2 4.18.10 8 62,52 0,115 2,0418 ft
(3’) 2,0418 62,5 144 0,8862 psi
Pp
Pp yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima
LC.34
Stripper (T-313)
Fungsi
: melucuti gas CO2 yang terserap
Bentuk
: silinder tegak
Bahan
: carbon steel, SA-283, Grade C.
Larutan KHCO3 : Laju alir massa Densitas,
= 215.750,8 kg/hari
x 972,2377 kg/m 3 60,69 lb/ft 3
Gas Terlarut CO2
= 18.835,39
Densitas gas
mol gas
P BM zRT
1 44 5,2605 kg/m 3 0,3284 lb / ft 3 1 0,08206 372
= 428,077
mol benfield = 8.085,9 mol gas 18,89 mol mol benfield
Menghitung ukuran absorber : Packing yang digunakan adalah pall ring dengan spesifikasi sebagai berikut : Nominal size = 1 ½ in
= 0,95
Fp
= 40
P 0,115 FP
0 .7
(McCabe, 2001)
= 1,521 Gx Gy
y x y
10,6499 mol x 26,6824 gr/mol 5,2605 0,8449 1 mol x 44 gr/mol 972,2377- 5,2605
dari grafik 18.6 McCabe , 2001 diperoleh bahwa : Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
G y Fp x 2
0 ,1
gc ( x y ) y
0,016
= 0,5328 lb/ft2.s
Gy
= 959,0132 lb/ft2.jam Laju gas
= 784,8079 kg/jam = 1.782,652 lb/h = 0,4802 lb/s 959 ,0132 0,5545 ft 2 1.728 ,652
S
=
Diameter
(D)
=
S 1,3426 ft 0,785
Dipilih tangki dengan diameter 1,5 ft.
Tinggi tangki (Z)
= HETP x Nt
Nt
= ln
Y1 Y2
= ln
100 5 1
(McCabe, 2001)
digunakan jumlah tray 5 buah. HETP
= D0,3 = 1,129
Z
= 1,129 x 5 = 5,647 ft
(Ulrich , 1984)
Dipilih tinggi tangki 6 ft (2,06 m).
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D)
Tinggi tutup elipsoidal =
1 1,5 ft 0,375 ft 4
Tinggi total = 6 ft + 2 x 0,375ft = 6,75 ft Tebal dinding stripper: t
P R nC A SE 0,6 P
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 1:4
P operasi
= 101325 Pa
P hidrostatik = 19.607,78 Pa P packing
= 7.754,071 Pa
P design
= 128.686,9 Pa
P design
= 18,6645 psi
Jari-jari kolom
= ½ x 1,5 ft =0,75 ft = 9 in
S (allowable stress)
= 13700 psi
E (Joint efficiency)
= 0,85
n (umur alat)
= 10 tahun
CA (Corrosion factor)
= 0,125 in/tahun
t
18,6645 9 (10 0,125 ) 1,26 in/tahun 13700 0,8 0,6 18,6645
maka dipilih silinder dengan tebal 1,5 in (0,0381 m). LC.35 Kompresor (JC-403) Fungsi : menaikkan tekanan gas CO2 sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan. Jenis
:
multistage reciprocating compressor
p ( k 1) / k . N s 2,78 104 k.N s P p1m v.1 2 1 (Timmerhaus,2004; hal 528) (k - 1). p1 di mana:
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 1 atm
= 101,325 kPa
p2
= tekanan keluar
= 100 atm
= 10.132,5 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
=1
k
= rasio panas spesifik
= 0,274
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 4 tahap
T1
0
= 112 C
Data: Laju alir massa = 18.835,39 kg/hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 78 %
= 385 K
campuran
mv.1 =
=
P BM 1 44 5,0866 Kg / m3 0,31755 lbm / ft 3 zRT 1x0,08206 385
18.835,39 kg / hari 5,0866 kg / m 3
m3 = 1,5124 ft3/detik 3.702,943 hari
a. Menghitung Daya Kompresor P
10 .132 ,5 (1, 2552 1) / 1, 2552.4 2,78 10 4 1,2552 4 (101,325) (3.702,943 m 3 /hari) 1 (1,2552 - 1) 0,78 101,325
= 28,9113 kW = 38,77 Hp Maka dipilih kompresor dengan daya 38,77 Hp.
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k 1
P 2 k Nst T 2 T1 ( ) P1
(Timmerhaus,2004; hal 528)
1, 2552 1
100 1, 2552 x 4 ) T2 = 385 x ( 1
T2 = 486,5392 K = 213,5392oC
LC.36 Cooler (E-404) Fungsi
: Menurunkan temperatur gas CO2 sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan.
Jenis
: DPHE (Double pipe heat exchanger)
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 15 ft hairpin 4
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 784,8079 kg/jam = 1.703,1875 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 213,54°C
= 416,372°F
Temperatur akhir (T2)
= 40°C
= 104°F
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 1.016,2276 kg/jam = 2.240,3754 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30 °C
= 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C
= 140 °F
Panas yang diserap (Q)
= 127.434,937 kJ/jam = 120.784,5349 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida Dingin
Selisih
T1 = 416,372F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140F
t2 =276,37F
T2 = 104F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86F
t1 = 18F
T1 – T2 = 312,37F
Selisih
t2 – t1 = 54F
t2 – t1 = 253,37F
LMTD =
t 2 t1
253,37 94,5941oF 276,37 ln 18
t ln 2 t1 T T R = 1 2 = 5,7847 t2 t1 S=
t 2 t1 0,1635 T1 t1
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,7 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 0,7× 94,5941= 66,2159oF (2) Tc dan tc Tc
T1 T2 416,37 104 260,19 F 2 2
tc
t 1 t 2 140 86 113 F 2 2
Fluida panas – Anulus, Gas 3) flow area anulus D2
2,067 0,1723ft 12
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin – Inner Pipe, Air 1,38 D 0,115 ft (3’) 12 (Tabel 11, kern)
D1 aa
1,65 0,1375 ft 12
D 2 2 D1 2 4
D De
D1 D1
2 2
2
ap
0,0084 ft
D 2 4
0,0104 ft 2
2
0,0783
(4’) kecepatan massa
(4) kecepatan massa
Gp
Ga
W aa
W ap
Gp
Ga
1.730,1875 lbm 204.765,784 0,0084 jam . ft 2
2.240,3754 lbm 215.801,9931 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 113 0F
0
(5) Pada Tc = 260,19 F
Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.823)
μ = 0,65 cP
μ = 0,599 cP
μ = 0,65x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam
μ = 0,599 x 2,42 = 1,4496 lbm/ft.jam
Rea
Re p
Da G a
0,0783 204.765,784 Rea 10.190,4203 1,573 (6) Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) JH = 40
Re p
Dp G p
0,115 215.801,9931 17.120,2895 1,4496
(6’) Dari Gambar 24 (Kern, 1950, hal.834) JH = 60
(7) Pada Tc = 260,19 0F
(7’) Pada Tc = 113 0F
c = 1,004 Btu/lbm . k = 0,3685 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
1
3
1,004 .1,573 0,3685
1
3
1,6243
Dari Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
c = 0,994 Btu/lbm .0F k = 0,4135 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
(8’) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
1
3
0,994 . 1,4496 0,4135
1
3
0,901
(8)
1
1
0 ,14
k c. 3 ho JH De k W 0,3685 40 1,6243 1 0,0783
305,8504 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
k c. 3 hi J H De k W 0,4135 60 0,901 1 0,115
173,2307 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) Koreksi hio ke permukaan pada OD
h io h i (10) clean averall coefficient, Uc
UC
h io h o 144,8839 x 305,8504 h io h o 144,8839 305,8504
98,3124 Btu/(jam)(ft2 )(0F ) (11) UD Rd ketentuan = 0,003
1 1 1 RD 0,003 U D UC 98,3124 U D 75,9206 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A
Q 120.784,53 49 24 ,0265 ft 2 U D t 75,9206 66 ,2159
Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft. L yang diperlukan:
24,0265 55,2332 ft 0,435
Berarti diperlukan 2 hairpin ukuran 15 ft. (13) A = 2 x 30 / 0,435 = 26,1 ft2 (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya,
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
0 ,14
ID 0,115 173,2307 OD 0,1383
144,8839 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F )
Q 120.784,5349 A t 26,1 66,2159
Ud
69,889 Btu/(hr)(ft 2 )(0F ) Uc - Ud 98,3124- 69,889 Rd UcxUd 98,3124x69,889 0,0041(hr)(ft2 )(0F ) / Btu
(1) De
’
Pressure drop = (D2 – D1) = 0,0348 ft
Rea
De' Ga
0,0348 204.765,784 1,573
4.523,5925 F 0,0035
Pressure drop (1’) Rep’= 17.120,2895
0,264 0,0112 4.523 ,5925 0,42
F 0,0035
0,264 0,0079 17.120,289 50,42
s = 1 , ρ =1 x 62,5 = 62,5
s = 1,015 ; ρ = 1,015 x 62,5 = 63,437 (2)
(2’) 2
4 fGa L Fa 2 g 2 De
4 fGp2 L Fa 2 g 2 D
4 0,0122 x204.765,7842 x60 2 4.18 108 63,4372 0,0348 0,0964 ft
(3)
4 0,0079 x 215.801,99312 60
2 4.18.10 8 62,52 0,115 0,2341ft
(3’)
V
Ga 204.765,784 3600 3600 63,437
0,8966 Fps V2 0,89662 2 Fi 2 2g ' 2 32,2 0,0249 ft (0,0964 0,0249) 63,437 144 0,0535 psi
Pa
∆P yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
0,2351 62,5 144 0,1021 psi
Pp
Pp yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima
LC.37 Tangki Penyimpanan Karbondioksida (TK-405) Fungsi
: tempat menyimpan gas karbondioksida
Bentuk
: spherical shell
Bahan konstruksi
: Low alloy steel SA-353
Jenis sambungan
: Single welded butt joint
Jumlah
: 10 unit
Kebutuhan perancangan
: 1 hari
Kondisi operasi
: Temperatur = 400C Tekanan
= 100 atm
Laju massa
= 18.835,39 kg/hari
Faktor keamanan
= 20
Perhitungan: a. Volume tangki Total massa karbondioksida dalam tangki = 18.835,39 kg/hari ×1 hari = 18.835,39 kg Direncanakan ada 10 buah tangki, sehingga: Total massa karbondioksida dalam 1 tangki =
18.835,39kg 1.883,54 kg 10
Densitas bahan dalam tangki (1 atm) = 476,1905 kg/m3 (Perry, dkk., 1999) Total volume karbondioksida dalam tangki =
1.883,54 kg = 3,9554 m3 3 476,1905 kg/m
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry, dkk., 1999)
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 3,9554 m3 = 1,2 × 3,9554 m3 = 4,7465 m3
Volume bola (VT)
Jari - jari tangki (r) 3
=
4 r3 3
3 Vt 3 3 4,7465 2,2179 m 4 4
Diameter tangki (D)
= 2(r) = 4,4359 m
Tinggi tangki (HT) = D
= 4,4359 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
b. Tekanan desain Tinggi karbondioksida dalam tangki =
volume bahan dalam tangki tinggi tangki volume tangki
=
3,9554 4,4359 4,7465
= 3,6967 m Tekanan hidrostatis
= Densitas bahangtinggi cairan dalam tangki = 476,1905 kg/m3 9,8 m/s2 3,6967 m = 17.251,08 Pa = 0,1703 atm
Tekanan operasi
= 100 atm
Faktor keamanan
= 20 %
P desain
= (1 + 0,2) (100 atm + 0,1703 atm) = 120,2043 atm = 1.766,52 lb/in2
c. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Korosi yang diizinkan (c)
: 0,0042 in/tahun
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Efisiensi sambungan (E)
(Brownell dan Young, 1959)
: 0,9
Untuk spherical shells berlaku:
Tebal silinder (d) dimana :
d
Pr c SE 0,2 P
(Peters, dkk., 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
r
= jari-jari dalam tangki (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
1.766,52 87,3225 0,0042 0,9 22.500 (0,2 1.766,52)
7,758 in 0,197 m
Dipilih tebal silinder standar = 8 in Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LC.38 Kompresor (JC-314) Fungsi : menaikkan tekanan gas sebelum diumpankan ke PSA Jenis
: multistage reciprocating compressor
p 2,78 104 k.N s P p1m v.1 2 (k - 1). p1 di mana:
( k 1) / k . N s
1 (Timmerhaus,2004; hal 528)
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 1 atm
= 101,325 kPa
p2
= tekanan keluar
= 20 atm
= 2.026,5 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
= 0,3012
k
= rasio panas spesifik
= 1,3719
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 3 tahap
T1
= 72,4197 0C
= 345,4197 K
= 78 %
Data: Laju alir massa = 1.548,243 kg/hari campuran
=
1 7,1612 P BM 0,8394 Kg / m 3 0,0524 lbm / ft 3 zRT 1x0,08206 345 ,4197
mv.1 =
1.548,243kg/hari m3 = 0,7533 ft3/detik 1 . 844 , 46 hari 0,8394 kg / m 3
a. Menghitung Daya Kompresor 2.026 ,5 (1,3719 1) / 1,3719.3 2,78 10 4 1,3719 3 3 P (101,325) (1.844,46 m /hari) 1 (1,3719 - 1) 0,78 101,325
= 9,5484 kW = 12,805 Hp Maka dipilih kompresor dengan daya 12,805 Hp.
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k 1
P 2 k Nst T 2 T1 ( ) P1
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Timmerhaus,2004; hal 528)
1, 3719 1
T2 = 345 ,4197 x (
20 1,3719 x 3 ) 1
T2 = 452,8036 K = 179,8036oC
LC.39 Cooler (E-315) Fungsi
: Menurunkan temperatur gas sebelum diumpankan ke PSA
Jenis
: DPHE (Double pipe heat exchanger)
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 12 ft hairpin 4
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 64,5101 kg/jam
= 142,219 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 179,82°C
= 355,676°F
Temperatur akhir (T2)
= 60°C
= 140°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 800,5839 kg/jam
= 1.764,9673 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30 °C
= 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C
= 140 °F
Panas yang diserap (Q)
= 100.393,225 kJ/jam = 95.154,0392 Btu/jam
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida Dingin
Selisih
T1 = 355,676F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140F
t2 =215,68F
T2 = 140F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86F
t1 = 54F
T1 – T2 = 215,68F
Selisih
t2 – t1 = 54F
t2 – t1 = 161,68F
LMTD =
t 2 t1 161,68 116,75oF 215 , 68 t ln 2 ln 54 t1
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
R=
T1 T2 = 3,994 t2 t1
S=
t 2 t1 0,2002 T1 t1
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,7 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 0,7× 116,751= 81,7257oF (2) Tc dan tc Tc
T1 T2 355,676 140 247,84 F 2 2
tc
t 1 t 2 140 86 113 F 2 2
Fluida panas – Anulus, Gas 3) flow area anulus D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,65 0,1375 ft 12
aa
De
D 2 2 D1 2 4
D
D1 D1
2 2
2
0,0084 ft
Fluida dingin – Inner Pipe, Air 1,38 (3’) D 0,115 ft 12 (Tabel 11, kern) ap
D 2 4
0,0104 ft 2
2
0,0783
(4’) kecepatan massa
(4) kecepatan massa
Gp
Ga
W aa
W ap
Gp
Ga
142,219 lbm 16.831,458 0,0084 jam . ft 2
1.764,9673 lbm 170.008,767 0,0104 jam . ft 2
0
(5) Pada Tc = 247,84 F μ = 0,0105 cP μ = 0,0105x 2,42 = 0,0255 lbm/ft.jam Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(5’) Pada Tc = 113 0F Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.823)
μ = 0,599 cP
Re a
Da G a
μ = 0,599 x 2,42 = 1,4496 lbm/ft.jam
0,078316.831,458 Re a 51.677,2301 0,0255
Re p Re p
Dp G p
0,115 170.008,767 13.487,3606 1,4496
(6) Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) JH = 150 (6’) Dari Gambar 24 (Kern, 1950, hal.834) JH = 50
(7) Pada Tc = 247,84 0F c = 3,4402 Btu/lbm .
(7’) Pada Tc = 113 0F
k = 0,1318 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
1
3
3,4402. 0,0255 0,1318
1
Dari Gambar 2 (Kern,1950,hal.804) 3
0,8731
c = 0,994 Btu/lbm .0F k = 0,4135 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
(8)
1
220,4939 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(10) clean averall coefficient, Uc
h io h o 120,7365 x 220,4939 h io h o 120,7365 220,4939
78,0167 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (11) UD Rd ketentuan = 0,003
1 1 1 RD 0,003 U D UC 78,0167 U D 63,22 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
3
0,994 . 1,4496 0,4135
1
3
0,901
0 ,14
k c. 3 ho JH De k W 0,1318 150 0,8731 1 0,0783
UC
1
(8’) 1
k c. 3 hi J H De k W 0,4135 50 0,901 1 0,115
0 ,14
144,3589 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F) (9’) Koreksi hio ke permukaan pada OD h io h i
ID 0,115 144,3589 OD 0,1383
120,7365 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F )
Q = UD x A x Δ t A
Q 95.154,039 2 18,4168 ft 2 U D t 63,22 81,7257
Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft. L yang diperlukan:
18,4168 42,3374 ft 0,435
Berarti diperlukan 2 hairpin ukuran 12 ft. (13) A = 2 x 24 / 0,435 = 20,88 ft2 (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya,
Ud
Q 95.154,0392 A t 20,88 81,7257
55,762 Btu/(hr)(ft 2 )(0F ) Uc - Ud 78,0167 - 55,762 Rd UcxUd 78,0167x55,762 0,0051(hr)(ft2 )(0F ) / Btu
Pressure drop (1’) Rep’= 13.487,3606
F 0,0035
0,264 0,0084 13.487,360 60,42
s = 1 , ρ =1 x 62,5 = 62,5 Pressure drop (1) De’ = (D2 – D1) = 0,0348 ft
Rea
De' G a
0,0348 16.831,458 0,0255
22.939.852 F 0,0035
(2’)
4 fGp2 L Fa 2 g 2 D
0,264 0,0074 22.939.8520,42
2 4.18.10 8 62,52 0,115 0,1236 ft
s = 1,2629 , ρ =1,2629 x 62,5 = 78.93 (2)
4 0,0084 x 170.008,767 2 48
(3’) 2
Fa
4 fGa L 2 g 2 De
4 0,0074 x16.831,4582 x 48 2 4.18 108 78.932 0,0348 0,00022 ft
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
0,1236 62,5 144 0,0536 psi
Pp
Pp yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima
(3)
Ga 16.831,458 3600 3600 78.93 0,0592 Fps
V
V 2 0,0592 2 2 Fi 2 2g' 2 32,2 0,00011ft (0,00022 0,00011) 78.93 144 0,0002 psi
Pa
∆P yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima LC.40
Pressure swing adsorber (T-316)
Fungsi
: meningkatkan kemurnian Hidrogen dengan menyerap gas CO2.
Jenis
: Fixed bed ellipsoidal
Bahan
: Carbon steel, SA-283, grade C
Kondisi operasi
T
= 60 0C
P
= 20 atm
Jumlah gas terserap (F)
(Walas, 1988)
= 191,6144 kg/hari
Volume adsorbent : Katalis yang digunakan adalah actiavated carbon (zeolit)
(Walas, 1988)
Sebanyak 16 Kg gas/100 Kg adsorbent. Densitas adsorbent
= 43 lb/ft3
= 688,7955 kg/m3
Porositas pada design adsorber ( ) = 0,45 Jumlah katalis
= 191,6144 x 100/16 = 1.197,59 kg/hari
Faktor keamanan 20% Jumlah katalis aktual
= (1+0,2) x 1.197,59 = 1.437,108 kg
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Walas, 1988) (Walas, 1988)
1.437 ,108 ) /(1 0,45 ) 3,7935 m3 =( 688 ,7955
Maka volume adsorbent
Ukuran adsorber : Volume total =
3,7935 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
D2H s
3 3 D 8
Volume silinder
=
Diameter tangki
=
3
Tinggi tangki
=
3 3,13 4,696 m 2
4
8Vt 3
3
= 3:2
8 3,7935 3,13 m 3 3,14
Direncanakan tangki mempunyai tutup dan alas berbentuk ellipsoidal, Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D)
1 3,13 0,7827 m 4
Tinggi tutup elipsoidal
=
Tinggi total adsorber
= Hs + He
= 6,2614 m
Tebal dinding tangki : Tekanan
= 20 atm
Tekanan design
= 293,92 psi = (1,2 x 293,92 psi)
= 352,704 psi
Allowable working stress (S) = 13.700 psi Efisiensi sambungan (E)
= 0,85
Corrosion factor (CA)
= 0,125 in/thn
Umur alat (n)
= 10 thn
Tebal silinder (t)
=
ts
=
PR n CA SE 0,6P
1 293,92 ( 123,2548in) 2 ( 0,125 10) = (13700 x 0,8) (0,6 x 293,92)
= 3,151 in maka digunakan silinder dengan tebal tangki 3 1/4 in. Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 1:4
LC.41 Kompresor (JC-406) Fungsi : menaikkan tekanan gas sebelum disimpan di dalam tangki penyimpanan. Jenis
: multistage reciprocating compressor
p ( k 1) / k . N s 2,78 104 k.N s P p1m v.1 2 1 (Timmerhaus,2004; hal 528) (k - 1). p1 di mana:
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 20 atm
= 2.026,5 kPa
p2
= tekanan keluar
= 30 atm
= 3.039,75 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
= 0,305
k
= rasio panas spesifik
= 1,3965
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 3 tahap
T1
= 600C
= 333 K
= 78 %
Data: Laju alir massa = 1.356,629 kg/hari campuran
=
1 2 P BM 4,8029 Kg / m 3 0,2998 lbm / ft 3 zRT 1x0,08206 333
1.356,629kg/hari m3 mv.1 = = 0,1154ft3/detik 282,4613 3 hari 4,8029 kg / m a. Menghitung Daya Kompresor 3.039 ,75 (1,39651) / 1,3965.3 2,78 10 4 1,3965 3 3 P (2.026,5) (282,4613 m /hari) 1 (1,3965 - 1) 0,78 2.026 ,5
= 3,1536 kW = 4,7119 Hp
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k 1
P 2 k Nst T 2 T1 ( ) P1 1, 3965 1
30 T2 = 333 x( ) 1,3965 x 3 20
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Timmerhaus,2004; hal 528)
T2 = 346,0268 K = 73,0268oC
LC.42 Cooler (E-407) Fungsi
: Menurunkan temperatur gas sebelum disimpan di tangki penyimpanan
Jenis
: DPHE (Double pipe heat exchanger)
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 20 ft hairpin 4
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 56,5262 kg/jam
=124,6177 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 73°C
= 163,454°F
Temperatur akhir (T2)
= 40°C
= 104°F
Laju alir fluida dingin
= 214,9889 kg/jam
= 473,9645 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30 °C
= 86 °F
Temperatur akhir (t2)
= 60 °C
= 140 °F
Panas yang diserap (Q)
= 26.959,603 kJ/jam = 25.552,6717 Btu/jam
Fluida dingin
(1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas
Fluida Dingin
Selisih
T1 = 163,454F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140F
t2 =23,454F
T2 = 104F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 86F
t1 = 18F
T1 – T2 = 59,45F
Selisih
t2 – t1 = 54F
t2 – t1 = 5,45F
t 2 t1 5,45 20,6068oF t 23,454 ln 2 ln 18 t1 T T R = 1 2 = 1,101 t2 t1
LMTD =
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
S=
t 2 t1 0,6972 T1 t1
Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,75 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965) FT merupakan faktor koreksi LMTD. Maka ∆t = FT × LMTD = 0,75× 20,6068oF = 15,4551oF (2) Tc dan tc Tc
T1 T2 163,454 104 133,73 F 2 2
tc
t 1 t 2 140 86 113 F 2 2
Fluida panas – Anulus, Gas 3) flow area anulus D2
2,067 0,1723ft 12
D1
1,65 0,1375 ft 12
aa
De
D 2 D1 2
2
4
D
D1 D1
2 2
2
0,0084 ft
Fluida dingin – Inner Pipe, Air 1,38 (3’) D 0,115 ft 12 (Tabel 11, kern) ap
D 2 4
0,0104 ft 2
2
0,0783
(4’) kecepatan massa
(4) kecepatan massa
Gp
Ga
W aa
W ap
Gp
Ga
124,6177 lbm 6.098,8351 0,0084 jam . ft 2
473,9645 lbm 20.349,6865 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 113 0F (5) Pada Tc = 133,73 0F μ = 0,0094 cP μ = 0,0094x 2,42 = 0,0227 lbm/ft.jam
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.823)
μ = 0,599 cP μ = 0,599 x 2,42 = 1,4496 lbm/ft.jam
Re a Re a
Da G a
Re p
0,0783 6.098,8351 35.186,0898 0,0227
(6) Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) JH = 120
Re p
Dp Gp
0,115 20.349,6865 2.418,1028 1,4496
(6’) Dari Gambar 24 (Kern, 1950, hal.834) JH = 9
(7) Pada Tc = 133,73 0F (7’) Pada Tc = 113 0F
c = 3,45 Btu/lbm .
Dari Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
k = 0,1168 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
1
3
3,45. 0,0227 0,1168
1
c = 0,994 Btu/lbm .0F 3
0,8759
k = 0,4135 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c. k
(8)
1
0 ,14
k c. 3 ho JH De k W 0,1168 120 0,8759 1 0,0783
93,5398 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
1
3
0,994 . 1,4496 0,4135
1
3
0,901
(8’) 1
k c. 3 hi J H De k W 0,4135 9 0,901 1 0,115
0 ,14
17,3482 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F) (10) clean averall coefficient, Uc
UC
h io h o 15,0667 x 93,5398 h io h o 15,0667 93,5398
12,9765 Btu/(jam)(ft )( F ) 2
0
(11) UD Rd ketentuan = 0,003
1 1 1 RD 0,003 U D UC 12,9765 U D 12,4903 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(9’) Koreksi hio ke permukaan pada OD h io h i
ID 0,115 17,3482 OD 0,1383
15,0667 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F )
A
Q 25.552,671 7 132 ,3704 ft 2 U D t 12,4903 15,4551
Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft. L yang diperlukan:
132 ,3704 212,8141 ft 0,435
Berarti diperlukan 4 hairpin ukuran 20 ft. (13) A = 6 x 40/0,435 = 149,28 ft2 (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya,
Q 25.552,6717 A t 149,28 15,4551
Ud
11,0755 Btu/(hr)(ft )( F ) Uc - Ud 12,9765- 11,0755 Rd UcxUd 12,9765x11,0755 2
0
0,0132 (hr)(ft2 )( 0 F ) / Btu
(1) De
’
Pressure drop = (D2 – D1) = 0,0348 ft
0,0348 6.098,8351 0,0227 15.371,3094
Rea
De' Ga
F 0,0035
Pressure drop (1’) Rep’= 2.418,1028
F 0,0035
0,42
0,0135
s = 1 , ρ =1 x 62,5 = 62,5
(2’)
Fa
0,264 0,0081 15 .371,3094 0,42
4 fGp2 L 2 g 2 D 4 0,0135 x 20.349,6865 2 240
2 4.18.10 8 62,52 0,115 0,00955 ft
ρ = 0,15 (2) 2
Fa
0,264 2.418,1028
4 fGa L 2 g 2 De
4 0,0081 x6.098,83512 x 240 2 4.18 108 0,152 0,0348 26,8347 ft
(3’) 0,00955 62,5 144 0,0041 psi
Pp
Pp yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(3)
V
Ga 6.098,8351 3600 3600 0,15
11,2941Fps V 2 11,29412 6 Fi 6 2g' 2 32,2 11,8842 ft
(26,8347 11,8842) 0,15 144 0,0403 psi
Pa
∆P yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima LC.43 Tangki Penyimpanan Biohidrogen (TK-408) Fungsi
: tempat menyimpan gas biohidrogen
Bentuk
: spherical shell
Bahan konstruksi
: Low alloy steel SA-353
Jenis sambungan
: Single welded butt joint
Jumlah
: 10 unit
Kebutuhan perancangan
: 1 hari
Kondisi operasi
: Temperatur = 400C Tekanan
= 100 atm
Laju massa
= 1.356,629 kg/hari
Faktor keamanan
= 20
Perhitungan: a. Volume tangki Total massa biohidrogen dalam tangki = 1.356,629 kg/hari ×1 hari = 1.356,629 kg Direncanakan ada 10 buah tangki, sehingga: Total massa biohidrogen dalam 1 tangki
=
1.356,629kg 135,6629 kg 10
Densitas bahan dalam tangki (1 atm) = 2,336 kg/m3 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Total volume biohidrogen dalam tangki
=
135,6629 kg = 58,0749 m3 3 2,336 kg/m
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry, dkk., 1999)
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 58,0749 m3 = 1,2 × 58,0749 m3 = 69,6898 m3
Volume bola (VT)
Jari - jari tangki (r) 3
=
4 r3 3
3 Vt 3 3 69,6898 5,3827 m 4 4
Diameter tangki (D)
= 2(r) = 10,7655 m
Tinggi tangki (HT) = D
= 10,7655 m
b. Tekanan desain
volume bahan dalam tangki tinggi tangki volume tangki
Tinggi biohidrogen dalam tangki =
=
58,0749 10,7655 69,6898
= 8,9712 m Tekanan hidrostatis
= Densitas bahangtinggi cairan dalam tangki = 2,336kg/m3 9,8 m/s2 8,9712 m = 205,3764 Pa = 0,002027 atm
Tekanan operasi
= 30 atm
Faktor keamanan
= 20 %
P desain
= (1 + 0,2) (30 atm + 0,002027 atm) = 36 atm = 529,091 lb/in2
c. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Korosi yang diizinkan (c)
: 0,0042 in/tahun
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Efisiensi sambungan (E)
(Brownell dan Young, 1959)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
: 0,9
Untuk spherical shells berlaku:
Tebal silinder (d) dimana :
d
Pr c SE 0,2 P
(Peters, dkk., 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
r
= jari-jari dalam tangki (in)
S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
529,091 211,9182 0,0042 0,9 22.500 (0,2 529,091)
5,5703 in 0,1415 m
Dipilih tebal silinder standar = 5 3/4 in LC.44 Koil Pemanas Fungsi : Untuk menambah panas pada stripper Direncanakan : Koil berupa tube dengan ukuran = ¾ in Diameter (ID)
= 0,824 in
= 0,0686 ft
Flow area/tube (a”)
= 0,534 in2
= 0,0037 ft2
Outside diameter
= 1,05 in
Diameter dalam tangki (OD)
= 1,5 ft
Beban panas (Qco)
= 475.980,4 kJ/jam = 451.134,2 btu/jam
Jumlah steam
= 225,2119 kg/jam
= 496,5022 lbm/jam
Hot Fluid T1
= 150 oC
= 3020F
T2
= 150 oC
= 302oF
T1 T2 2 Viskositas (μ) = 0,014 cp
Tav
=
= 302oF
= 0,03388 lbm/ftdetik Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Fig 15, Kern, 1950)
k
= 0,4535 btu/jam.ft.0F
(Tabel 4, Kern, 1950)
Cp
= 0,45 btu/lbm.0F
(Fig 3, Kern, 1950)
Gp
=
496 ,5022 =133.956,3 lbm/jam ft2 0,0037 0,06865 x133.956,3 = 0,03388 = 271.428,4
Re
jH
= 400
(Fig 24, Kern, 1950)
hi
= jH x k x (
c x 1/ 3 1 ) x k D 1 0,45 x 0,03388 1 / 3 ) x = 400 x 0,4535 x ( 0,4535 0,0686 = 862,5268 ID = hi x OD 0,824 = 862,5268 x 1,05 = 676,8782 btu/jam.ft2.0F
hi
hoi
Cold Fluid Larutan masuk pada : t1
= 99oC = 210,2 oF
t2
= 112oC = 233,6oF
Maka: t
= 233,6oF – 210,2oF = 23,4oF
OD
= 1,05 in
t OD
=
23,4 1,05
= 22,2857
Dari persamaan 10.14 Kern, 1950 hc
= 116 [ [(
k 3f f2 c f
f
)(
t 0, 25 )] do
dari fig 10.4 Kern, 1950 didapatkan : ( maka : hc = 88,213 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
k 3f f2 c f
f
)
= 0,35
Uc =
hc hoi 88,213 x 676,8782 = 88,213 676 ,8782 hc hoi
= 78,0423 btu/jam.ft2.0F
dari Appendix tabel 12, hal.845 (Kern,1950) diperoleh : Rd = 0,003 maka : hd = 1/Rd = 1/0,003 = 333,333 UD =
Uc hd 78,0423 333 ,333 = 78,0423 333 ,333 Uc hd
LMTD
A =
= LMTD
= 63,2368 btu/jam.ft2.0F
Δt 2 Δt1 68,4 91,8 79,5271 Δt 2 68,4 ln 2,3 log 91,8 Δt1
Qs 451 .134 ,2 = U D T 63,2368 79 ,5271
= 89,7058 ft2
Dari Appendix tabel 10, hal.843 (Kern,1950) diperoleh : Tube 1 in BWG 18, memiliki surface per linft, ft2 (a1)= 0,2351 ft2/ft Diameter Lingkar koil
= 21 in = 1,75 ft
Jumlah lilitan koil (n)
=
A x a' ' x L
=
89,7058 x 0,2351 x 1,75 ft
= 69,4738 buah
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS LD.1 Screening (SC) Fungsi
: menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: stainless steel
Kondisi operasi: - Temperatur
= 30C
- Densitas air ()
= 995,68 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 390.961,0852 kg/hari
Laju alir volume (Q) =
(Perry & Green, 1999)
390.961,08 52 kg/hari 1 hari/86400 s = 0,0045 m3/s 995,68 kg/m 3
Ukuran bar: Lebar
= 5 mm
Tebal
= 20 mm
Bar clear spacing
= 20 mm
Slope
= 30°
Direncanakan ukuran screening: Panjang
= 2m
Lebar
= 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 = 2,0400 m2
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat. Q2
Head loss (h) =
2
2 g Cd A 2
2
(0,0032)2 2 (9,8) (0,6)2 (2,04)2
= 7,024x 10-7 mm dari air 2m
20 mm 2m
20 mm
Gambar D.1 Sketsa Sebagian Bar Screen (tampak atas) LD.2 Bak Sedimentasi (BS) Fungsi
: untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air
Jumlah
: 1 unit
Jenis
: Grift Chamber Sedimentation
Aliran
: Horizontal sepanjang bak sedimentasi
Bahan konstruksi : Beton kedap air Kondisi operasi : Temperatur Tekanan Laju massa air
= 30oC
= 1 atm : 390.961,0852 kg/hari
Densitas air
: 995,68 kg/m3 = 62,1585 lbm/ft3
Laju air volumetrik
=
390.961,08 52 kg/hari 1 hari/86.40 0 s 995,68 kg/m 3
= 0,0045m3/s = 9,6232 ft3/min Desain bak sedimentasi Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991) Perhitungan ukuran tiap bak: Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah:
0 = 1,57 ft/min = 8 mm/s Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Kawamura, 1991)
Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi: Kedalaman tangki
= 10 ft
Lebar tangki
= 2 ft
Q 9,6232 ft 3 /min Kecepatan aliran = v 0,4812 ft/min At 10 ft 2 ft h Desain panjang ideal bak : L = K 0
v
(Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif (10-16 ft); diambil 10 ft. Maka :
p = 1,5 × (10/1,57) × 0,4812 = 4,5971 ft
Diambil panjang bak = 4,6 ft = 1,4021 m
Uji desain Waktu retensi (t) : t
Va pl t Q laju volumetrik
(4,6 2 10) ft 3 = 9,5603 menit 9,6232 ft 3 / min
Desain diterima, dimana t diizinkan 6-15 menit Surface loading:
(Kawamura, 1991)
laju volumetrik Q A luas permukaan masukan air
9,6232 ft 3 /min (7,481 gal/ft 3 ) 7,8251 gpm/ft 2 2 ft 4,6 ft
Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4-10 gpm/ft2 Headloss (h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in): v
= 1,57 ft/min = 0,0024 m/s
h K
v2 2g
= = 4.10-6 m dari air.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LD.3 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) Fungsi
: membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan
: Temperatur = 30C Tekanan
Al2(SO4)3 yang digunakan
= 1 atm
= 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3
= 19,53455 kg/hari
Densitas Al2(SO4)3 30 = 1.363 kg/m3 = 85,092 lbm/ft3 (Perry & Green, 1999) Kebutuhan perancangan = 30 hari = 20
Faktor keamanan Perhitungan: a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
19,53455 kg/hari 30 hari = 1,4332 m3 3 0,3 1363 kg/m
Volume tangki, Vs = 1,2 1,4332 m3= 1,7198 m3 Direncanakan tinggi larutan (H) = Di Volume tangki silinder (Vs)
Di = = 1,2988 m = 51,1335 in Tinggi cairan, HL = 1,0823 m b. Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik:
P
= × g × h = 1363 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,0823 m = 14,4571 kPa
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tekanan total
= 14,4571 kPa + 101,325 kPa = 115,7821 kPa = 16,7928 psia
Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Pdesign
= 1,2 × 16,7928 psia = 20,1514 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959) 2
Allowable Stress
= 13.750 lb/in
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
(Brownell dan Young, 1959)
Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia.
= 0,2454 Dipilih tebal silinder standar = in c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh: Da/Dt
= 1/3
Da
= 1/3 × 1,2988 m = 0,4329 m = 1,4204 ft
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
E/Da
= 1
E
= 0,4329 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 × 0,4329 m = 0,1082 m
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 × 0,4329 m = 0,0866 m
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 × 1,2988 m = 0,1082 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 Al2(SO4)3 30 = 6,7210-4 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1978)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
85,089811,42042 6,72 10 4
(Geankoplis, 2003)
254.449,2005
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .Da ρ gc
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(McCabe, 1999)
KT = 5,75 (McCabe,1999) 5,75 (1 put/det)3 (1,4204ft)5 (85,0898lbm/ft3 ) 1 hp 2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,1598 hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,1598 = 0,1998 hp 0,8
Maka, digunakan motor dengan daya 0,25 hp.
LD.4 Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02) Fungsi
: membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan
: Temperatur = 30C
Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Na2CO3
= 10,5487 kg/hari
Densitas Na2CO3 30 = 1.327 kg/m3 = 82,845 lbm/ft3 (Perry & Green, 1999) Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
Perhitungan: a. Ukuran Tangki Volume larutan, VL
10,5487 kg/hari 30 hari = 0,7949 m3 3 0,3 1327 kg/m
Volume tangki, Vs = 1,2 0,7949 m3= 0,9539 m3 Direncanakan tinggi larutan (H) = Di Volume tangki silinder (Vs)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Di = = 1,0671 m Tinggi tangki, H = Di = 1,0671 m Tinggi larutan,hs = 0,7949/0,9539 × 1,0671 = 0,8893 m b. Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik:
P
= × g × h = 1327 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,8893 m = 11,5645 kPa
Tekanan total
= 11,5645 kPa + 101,325 kPa = 112,8895 kPa = 16,3733 psia
Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Pdesign
= 1,2 × 16,3733 psia = 19,648 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
= 0,2239 Dipilih tebal silinder standar = in
c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh: Da/Dt
= 1/3
Da
= 1/3 × 1,0671 m = 0,3557 m = 1,167 ft
E/Da
= 1
E
= 0,3557 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 × 0,3557 m = 0,0889 m
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 × 0,3557 m = 0,0711 m
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 × 1,0671 m = 0,0889 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
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 = 3,6910-4 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1978)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 2003)
82,842311,1672 3,69 10 4
305.751,3032
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .Da ρ P T gc
(McCabe, 1999)
KT = 5,75 McCabe,1999) 5,75 (1 put/det)3 (1,167ft)5 (82,8423lbm/ft3 ) 1 hp P 2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,0583 hp
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0583 = 0,0728 hp 0,8
Maka, digunakan motor dengan daya 0,125 hp.
LD.5 Clarifier (CL) Fungsi
: memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-285 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Temperatur = 300C Tekanan
Laju massa air (F1)
= 1 atm = 14,696 psia
= 390.691,0852 kg/hari
Laju massa Al2(SO4)3 (F2) = 19,5346 kg/hari Laju massa Na2CO3 (F3) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 10,5487 kg/hari
Laju massa total, m
= 390.721,1684 kg/hari = 4,5222 kg/detik
Densitas Al2(SO4)3
= 2,71 gr/ml
(Perry & Green, 1999)
Densitas Na2CO3
= 2,5333 gr/ml
(Perry & Green, 1999)
Densitas air
= 0,9965 gr/ml
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 = 3-5 m Settling time = 1-3 jam Dipilih : kedalaman air (H) = 5 m, waktu pengendapan = 2 jam Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan, ρ
390.721,16
84 = 996,5478 kg/m3 390.691,08 52 19,5346 10,5487 996 ,5 2710 2533
Volume cairan, V = 390.721,16 84 kg/hari (1 hari/24 jam) 2 jam 32,6729 m 3 996,5478
V = 1/4 D2H
4V 4 32,6729 D = ( )1/2 πH 3,14 4
1/2
3,1606 m
Maka, diameter clarifier = 3,1606 Tinggi clarifier = D = 1,5 x 3,1606 = 4,7408 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: P
= × g × h = (996,548 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 5 m)/1000 = 48,8303 kPa
Tekanan total
= 48,8303 kPa + 101,325 kPa = 150,1558 kPa
Faktor kelonggaran Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 5%
Maka, Pdesign
= 1,05 × 150,1558 kPa = 157,6636 kPa = 21,7783 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana :
t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in)
= 0,2575 Dipilih tebal silinder standar = in
Daya Clarifier P = 0,006 D2
(Ulrich, 1984)
dimana: P = daya yang dibutuhkan (kW) Sehingga, P = 0,006 (3,1606)2 = 0,0599 kW = 0,0804 hp maka dipilih daya 0,05 hp.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LD.6 Sand Filter (SF) Fungsi
: menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier
Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi penyaringan : Temperatur = 30C Tekanan
= 1 atm = 101,325 kPa
Laju massa air
= 390.691,0852 kg/hari
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Faktor keamanan
= 20
Sand filter dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi. Sand filter dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki. Desain Sand Filter a. Volume tangki Volume air: Va
390.691,08 52 kg/hari 1 hari x 0,25 jam = 0,1703 m3 3 24 jam x 995,68 kg/m
Volume air dan bahan penyaring: Vt = (1 + 1/3) × 0,1703 m3= 0,2271 m3 Volume tangki = 1,2 0,2271 m3= 0,2725 m3
b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi, D : H = 3 : 4
1 πD 2 H 4 1 4 0,2725 m 3 πD 2 D 4 3 1 0,2725 m 3 πD 3 3 V
Maka:
D = 0,6385 m = 25,1389 in H = 0,8514 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 0,8514 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1 Tinggi tutup
=
1 0,6385 = 0,1596 m 4
Tinggi tangki total = 0,8514 + 2(0,1596) = 1,1706 m d. Tebal shell dan tutup tangki Tinggi penyaring
=
1 0,8514 = 0,2128 m 4
0,1703 m 3 0,8514 m = 0,5321 m Tinggi cairan dalam tangki = 0,2725 m 3 =×g×h
Phidro
= (995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,5321 m)/1000 = 5,1921 kPa =×g×l
Ppenyaring
= 2200 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,2128 m = 4,5889 kPa PT
= 5,1921 kPa + 4,5589 kPa + 101,325 kPa = 111,106 kPa = 16,1146 psia
Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= 1,05 × 16,1146 psia = 16,9204 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,125 in/tahun Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in)
= 0,128 Dipilih tebal silinder standar = in Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/4 in.
LD.7 Tangki Utilitas I (TU I) Fungsi
: menampung air sementara dari Clarifier
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Temperatur = 300C
Tekanan
= 1 atm = 101,325 kPa
Laju massa air
= 390.691,0852 kg/hari
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan= 1 hari Faktor keamanan
= 20
Desain Tangki a. Volume tangki Volume air, Va
390.691,08 52 kg/harii 1 hari = 392,3862 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 392,3862 m3= 470,8634 m3
b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
1 D 2 H 4 1 3 470,8634 m 3 πD 2 ( D) 4 2 3 470,8634 m 3 D 3 8 V
Maka, D = 7,3674 m = 290,0526 in H = 11,051 m
c. Tebal tangki Tinggi air dalam tangki =
392,3862 m 3 11,051 m = 9,2092 m 470,8634 m 3
Tekanan hidrostatik: P
=×g×h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 9,2092 m = 89,8602 kPa = 13,0331 psia
P total
= 13,0331 psia + 14,696 psia = 27,7291 psia
Faktor kelonggaran
= 20%
Maka, Pdesign
= 1,2 × 27,7291 psia = 33,2749 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,125 Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 1,4912 Dipilih tebal silinder standar = in
LD.8 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
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan
: Temperatur Tekanan
= 30°C = 1 atm
H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5 ( berat) Laju massa H2SO4
= 0,7023 kg/hari
Densitas H2SO4
= 1.061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
(Perry & Green, 1999) Faktor keamanan
= 20
a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,7023 kg/hari 30 hari = 0,3969 m3 0,05 1061,7 kg/m 3
Volume tangki, Vs = 1,2 0,3969 m3= 0,4763 m3 Direncanakan tinggi tangki (Hs) = Di Volume tangki silinder (Vs)
Di
= = 0,8466 m = 33,3289 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tinggi tangki, Hs = Di = 0,8466 m Tinggi larutan, hL = 0,3969/0,4763 × 0,8466 = 0,7055 m b. Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik:
P
= × g × h = 1.061,7 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7055 m = 7,3401 kPa = 1,0646 psia
Tekanan total
= 14,696 psia + 1,0646 psia = 15,7606 psia
Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Pdesign
= 1,2 × 15,7606 psia = 18,9127 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 12.650 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia.
= 0,21 in Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
Dipilih tebal silinder standar = in
c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh: Da/Dt
= 1/3
Da
= 1/3 × 0,8466 m = 0,2822 m = 0,9258 ft
E/Da
= 1
E
= 0,2822 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 × 0,2822 m = 0,0705 m
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 × 0,2822 m = 0,0564 m
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 × 0,8466 m = 0,0705 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 H2SO4 = 0,012 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1978)
Bilangan Reynold, N Re
ρ N D a 2 μ
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Geankoplis, 2003)
N Re
66,280110,92582 0,012
4.743,0243
Dari gambar 3.4-5 (Geankoplis, 2003 ) diperoleh Np = 5 5.(1put/det)3 .(0,9258 ft)5 (66,2801lbm/ft3 ) 1hp 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,0127 hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0127 = 0,0159 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih ½ hp.
LD.9 Tangki Pelarutan NaOH (TP-04) Fungsi
: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-285 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan
: Temperatur
Tekanan
= 1 atm
= 30°C
NaOH yang digunakan mempunyai konsentrasi 5 ( berat) Laju massa NaOH
= 2,5609 kg/hari
Densitas NaOH
= 1.518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
(Perry & Green, 1999) Faktor keamanan
= 20
a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
2,5609 kg/hari 30 hari =1,2653 m3 0,05 1.518 kg/m 3
Volume tangki, Vs = 1,2 1,2653 m3= 1,5183 m3 Direncanakan tinggi tangki (Hs) = Di Volume tangki silinder (Vs)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Di = = 1,2459 m = 49,053 in Tinggi tangki, Hs = Di = 1,2459 m Tinggi larutan,hl = 1,5183/1,2653× 1,2459 = 1,0383 m b. Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik:
P
= × g × h = 1.518 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,0383 m = 15,446 kPa = 2,2403 psia
Tekanan total
= 14.696 psia + 2,2403 psia = 16,9363 psia
Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Pdesign
= 1,2 × 16,9363 psia = 20,3235 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
= 0,2405 Dipilih tebal silinder standar = in
c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh: Da/Dt
= 1/3
Da
= 1/3 × 1,2459 m = 0,4153 m = 1,3626 ft
E/Da
= 1
E
= 0,4153 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 × 0,4153 m = 0,1038 m
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 × 0,4153 m = 0,0831 m
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 × 1,2459 m = 0,1038 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
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas NaOH = 0,4302.10-3 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1978)
Bilangan Reynold, ρ N D a 2 μ
N Re
N Re
(Geankoplis, 2003)
94,766211,36262 0,4302.10-3
408.977,7041
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .Da ρ P T gc
(McCabe, 1999)
KT = 5,75 (McCabe,1999) 5,75 (1 put/det)3 (1,3626ft)5 (94,7662lbm/ft3 ) 1 hp 2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det 0,1446 hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,1446 = 0,1808 hp 0,8
Maka, digunakan motor dengan daya 0,25 hp.
LD.10 Penukar Kation/Cation Exchanger (CE) Fungsi
: Mengikat kation yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 6.014,9981 kg/hari
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 hari
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Geankoplis, 1997)
Faktor keamanan
= 20%
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: -
Diameter penukar kation
-
Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2
Tinggi resin dalam cation exchanger
= 2 ft = 0,6096 m
= 2,5 ft = 0,762
Tinggi silinder = (1 + 0,2) 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Rasio axis
= 2:1
Tinggi tutup =
1 0,6096 0,1524 m 2 2
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 2 × 0,9144 m + 0,1524 m = 1,9812 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid = × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4354 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 7,4354 kPa + 101,325 kPa = 108,7664 kPa Faktor kelonggaran
= 20%
Maka, Pdesain
= (1,2) (108,7664 kPa) = 130,5196 kPa
Joint efficiency
= 0,85
(Brownell, 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (130,5196 kPa) (0,6069 m) 2(87.218,714 kPa)(0,85) 1,2(130,5196 kPa) 0,0005 m 0,0211 in
t
Faktor korosi = 1/8 in/tahun Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0211 in +(1/8 in )= 0,1461 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup ¼ in.
LD.11 Penukar Anion/Anion Exchanger (AE) Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Temperatur
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 6.014,9981 kg/hari
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Densitas resin
= 28 kg/ft3 = 0,7929 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 hari
Faktor keamanan
= 20%
= 30oC
(Nalco, 1988)
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: -
Diameter penukar kation
= 2 ft = 0,6096 m
-
Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 Tinggi resin dalam cation exchanger = 2,5 ft = 0,762 Tinggi silinder = (1 + 0,2) 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Rasio axis
= 2:1
Tinggi tutup =
1 0,6096 0,1524 m 2 2
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 2 × 0,9144 m + 0,1524 m = 1,9812 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid = × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4417 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 7,4417 kPa + 101,325 kPa = 108,7664 kPa Faktor kelonggaran
= 20%
Maka, Pdesain
= (1,2) (108,7664 kPa) = 130,5196 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress
=12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,125 in/tahun Tebal shell tangki (t),
Tebal silinder (t) dimana : P
t
P Dt c 2SE
(Brownell dan Young, 1959)
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
= tekanan desain (lb/in2)
Dt = diameter dalam tangki (in) S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in)
130,5196 0,6096 0,125 2 87.218,714 0,8 1,2 x130,5196 0,1475 in
d
Dipilih tebal silinder standar = ¼ in
LD.12 Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05) Fungsi
: Membuat larutan kaporit untuk klorinasi air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-285 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan
: Temperatur Tekanan
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 30°C = 1 atm
Kaporit yang digunakan mempunyai konsentrasi 70 ( berat) Laju massa kaporit
= 0,06989 kg/hari
Densitas kaporit
= 1.272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3
(Perry & Green, 1999)
Kebutuhan perancangan
Faktor keamanan
= 20
= 90 hari
a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,06989 kg/hari 90 hari =0,0071 m3 3 0,7 1.272 kg/m
Volume tangki, Vs = 1,2 0,0071 m3 = 0,0085 m3 Direncanakan tinggi larutan (HL) = Di
Volume tangki silinder (Vs)
Di = = 0,221 m Tinggi tangki, HL
= Di = 0,221 m
Tinggi larutan, hs
= 0,0071/0,0085 × 0,221 = 0,1842 m
b. Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik:
P
= × g × h = 1.272 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,1842 m = 2,2962 kPa
Tekanan total
= 2,2962 kPa + 101,325 kPa = 103,6212 kPa = 15,029 psia
Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Pdesign
= 1,2 × 15,029 psia = 18,0348 psia
Jenis sambungan Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c)
= 0,125 in/tahun
Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia.
= 0,1455 Dipilih tebal silinder standar = in c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh: Da/Dt
= 1/3
Da
= 1/3 × 0,221 m = 0,0737 m = 0,2417 ft
E/Da
= 1
E
= 0,0737 m
L/Da
= 1/4
L
= 1/4 × 0,0737 m = 0,0174 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
W/Da
= 1/5
W
= 1/5 × 0,0737 m = 0,0147 m
J/Dt
= 1/12
J
= 1/12 × 0,221 m = 0,0184 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/menit Viskositas kaporit = 0,0007 lbm/ftdetik
(Kirk & Othmer, 1978)
Bilangan Reynold, N Re
ρ N D a 2 μ
N Re
79,408810,24172 0,0007
(Geankoplis, 2003)
6.905,1925
Dari gambar 3.4-5 (Geankoplis, 2003 ) diperoleh Np = 5,8
P
5,8 (1 put/det)3 (0,2417 ft)5 (79,4088lbm/ft 3 ) 1 hp 2 550 ft lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det
2,15 x 10 -5 hp
Efisiensi motor penggerak = 80
2,15 x 10 -5 Daya motor penggerak = = 2,69 x 10 -5 hp 0,8 Maka, digunakan motor dengan daya
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
hp.
LD.13 Tangki Utilitas II (TU II) atau Menara Air Fungsi
: menampung air untuk didistribusikan ke domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: = 300C
Temperatur Tekanan
= 1 atm = 101,325 kPa
Laju massa air
= 390.691,08521 kg/hari
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 0,25 hari
Faktor keamanan
= 20
Desain Tangki a. Volume tangki Volume air, Va
390.691,08 521 kg/hari 0,25 hari = 98,0965 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 98,0965 m3= 117,7159 m3
b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3 1 D 2 H 4 1 3 117,7159 m 3 πD 2 ( D ) 4 2 3 117,7159 m 3 D 3 8 V
Maka, D = 4,6411 m H = 5,8014 m
c. Tebal tangki Tinggi air dalam tangki =
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
98,0965 m 3 6,9617 m = 5,8014 m 117,7159 m 3
Tekanan hidrostatik: P
=×g×h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 5,8014 m = 56,6084 kPa
P total
= 56,6084 kPa + 101,325 kPa = 157,9334 kPa = 22,9063 psia
Faktor kelonggaran
= 20%
Maka, Pdesign
= 1,2 × 22,9063 psia = 27,4876 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,125 in/tahun Tebal shell tangki (t), (Brownell dan Young, 1959) dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress (lb/in2) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia.
= 0,9857 Dipilih tebal silinder standar = 1 in
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
bejana yang
LD.14 Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT) Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas dari suhu 60oC menjadi 30C
Jenis
: Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–53 Grade B
Kondisi operasi: Suhu air masuk menara (TL2) = 60C = 140F Suhu air keluar menara (TL1) = 30C = 86F Suhu udara (TG1
= 30C = 86F
Dari Gambar 12-14,Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 2 gal/ft2menit dan suhu bola basah, Tw = 64,4oF= 18oC Dari Gambar 9.3-2 (Geankoplis, 2003) diperoleh H = 0,01 kg uap air/kg udara kering Densitas air (60C) = 983,24 kg/m3
(Perry&Green, 1999)
Laju massa air pendingin bekas = 678.728,2644 kg/hari = 678.728,2644 kg/hari / 983,24 kg/m3
Laju volumetrik air pendingin
= 690,2977 m3/hari Kapasitas air, Q
= 690,2977 m3/hari 264,17 gal/m3/(24 jam/1 hari x 60 menit/jam = 126,6361 gal/menit
Faktor keamanan
= 20%
Luas menara, A
= 1,2 x (kapasitas air / konsentrasi air) = 1,2 x126,6361 gal/menit / (2 gal/ft2.menit) = 75,9816 ft2
= 1,1128 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 6/5 x 1,1128 = 0,9274 kg/s.m2
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Perhitungan tinggi menara : Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (2003): Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,01).103 (30 – 0) + 2,501.106 (0,01) = 55.724 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (2003) diperoleh: 0,9274 (Hy2 – 55.724) = 1,128 (4,187.103).(60- 30) Hy2 = 206.456 J/kg
Gambar D.1 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT)
Dari(Geankoplis, 2003) :
Tabel D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy
Hy*
1/(hy*-hy)
55724
100000
2,259E-05
75000
120000
2,222E-05
100000
150000
2,000E-05
120000
180000
1,667E-05
140000
210000
1,429E-05
160000
250000
1,111E-05
180000
310000
7,692E-06
200000
350000
6,667E-06
206456
375000
5,933E-06
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Gambar D.2 Kurva 1/(Hy*–Hy)terhadap Hy Luasan daerah di bawah kurva dari Hy = 55.724 sampai 206.456 pada Gambar D.3 adalah
Hy2
Hy1
dHy Hy * Hy
= 2,2621
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =
0,9274 2,2621 29 1,207 10 7 1,013 10 5
= 5,9163 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 75,9816 ft2 = 2,2794 hp Digunakan daya standar 2,5 hp.
LD.15 Deaerator (DE) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285 grade C
Jumlah
: 1 unit
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Kondisi penyaringan : Temperatur = 90C Tekanan
= 1 atm = 101,325 kPa
Laju massa air
= 6.014,9981 kg/hari
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan Faktor keamanan
= 1 hari
= 20
Perhitungan a. Volume tangki Volume air: Va
6.014,9981 kg/hari 1 hari = 6,231 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki = 1,2 6,231 m3= 7,4772 m3
b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan panjang, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 7,4772 m3 πD 2 D 4 2 3 7,4772 m3 πD 3 8 V
Maka:
D = 1,8518 m = 72,905 in
H = 2,7777 m
c. Diameter dan panjang tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,8518 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1 Tinggi tutup
=
1 1,8518 = 0,4629 m 4
Tinggi tangki total = 2,7777 + 2(0,4269) = 3,7036 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
e. Tebal shell dan tutup tangki Tinggi cairan dalam tangki =
6,231 m 3 3,7036 m = 2,3147 m 7,4772 m 3
=×g×h
Phidro
= (995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,3147 m)/1000 = 21,8982 kPa PT
= 21,8982 kPa + 101,325 kPa = 123,2232 kPa = 17,8721 psia
Faktor kelonggaran
= 20%
Maka, Pdesign
= 1,2 × 17,8721 psia = 21,4465 psia
Jenis sambungan
= Double welded butt joint
Joint Efficiency
= 0,85
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable Stress
= 13.750 lb/in2
(Brownell dan Young, 1959)
Korosi yang diizinkan (c) = 0,125 in/tahun Tebal shell tangki (t),
Tebal silinder (t)
P Dt c 2 SE 1,2 P
(Brownell dan Young, 1959)
dimana : t
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (lb/in2)
Dt = diameter dalam tangki (in) S
= allowable working stress (lb/in2)
E
= efisiensi pengelasan
c
= korosi yang diizinkan (in) 21,4465 72,905 0,125 2 13.750 0,8 1,2 x 21,4465 0,1355 in
d
Dipilih tebal silinder standar =1/4 in Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/4 in.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LD.16 Ketel Uap (KU) Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Water tube boiler
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Kondisi operasi : Uap jenuh yang digunakan bersuhu 1800C dan tekanan 1002,7 kPa bar Dari Smith, dkk (2005), diperoleh Hvl (1500C) = 2113,2 kJ/kg = 4.415,6976 Btu/lbm Kebutuhan uap = 30.074,9903 kg/hari = 2.762,6813 lbm/jam Menghitung Daya Ketel Uap W
34,5 P 970,3 H
dimana: P
= Daya boiler, hp
W
= Kebutuhan uap, lbm/jam
H
= Panas laten steam, Btu/lbm
Maka, P
2.762,6813 4.415 ,6976 = 364,4223 hp 34 ,5 970 ,3
Menghitung Jumlah Tube Dari ASTM Boiler Code, permukaan bidang pemanas = 10 ft2/hp Luas permukaan perpindahan panas, A = P 10 ft2/hp = 364,4223 hp 10 ft2/hp = 3.644,223 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi : - Panjang tube
= 30 ft
- Diameter tube
= 2,5 in
- Luas permukaan pipa, a’
= 0,753 ft2/ft
Sehingga jumlah tube:
(3.664,223ft 2 ) A = L a' 30 ft 0,753 ft 2 / ft
Nt
=
Nt
= 161 buah
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Kern, 1965)
LD.17 Tangki Bahan Bakar (TB) Fungsi
: Menyimpan bahan bakar Solar
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283, grade C
Kondisi operasi
: Temperatur 30°C dan tekanan 1 atm
Laju volume solar
= 16.559,1212 L/hari
Densitas solar
= 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft3
(Perry & Green, 1999)
Kebutuhan perancangan = 7 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va)
= 16.559,1212 L/hari × 7 hari = 115.913,8485 L = 115,9138 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 115,9138 m3 = 139,0966 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 1 : 2
1 πD 2 H 4 1 139,0966 m 3 πD 2 2D 4 3 139,0966 m 0,5 D 3 V
D = 4,458 m = 1475,511 in ; H = 8,916 m Tinggi cairan dalam tangki =
volume cairan tinggi silinder volume silinder
=
(139,0966 )(8,916 ) = 7,43 m (115,9138 )
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = × g × l
= 890,0712 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 7,43 m = 64,8043 kPa
Tekanan operasi, Po
= 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi
= 64,8083 + 101,325 kPa = 166,1293 kPa = 24,0951 psia
Faktor kelonggaran Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 5 %.
Maka, Pdesign
= (1,05)( 24,0951 psia) = 25,2998 psia
Dari Walas,1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari bejana yang beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig. -
Joint efficiency
= 0,85
(Brownell&Young,1959)
-
Allowable stress
= 12650 psia
-
Faktor korosi
= 0,125 in/tahun.
Tebal shell tangki: t
PD/2 SE 0,6P
(54,696 psia) (175,511/2 in) (0,125 in / tahun) (12650 psia)(0,85 ) 0,6(54,696 psia) 0,5728 in
t
Maka tebal shell standar yang digunakan =3/4 in
LD.18 Tangki Utilitas-03 (TU-03) Fungsi
: Menampung air dari menara air untuk keperluan air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–285 grade C
Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur
= 30 0C
Tekanan = 1 atm A. Volume tangki Laju alir massa air
= 12.406,1728 kg/hari
Densitas air () = 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3 (Perry, 1997) Tangki dirancang untuk kebutuhan selama 1 hari Volume air, (Va)
=
12 .406 ,1728 kg / hari / 1 hari 995 ,68 kg / m 3
= 12,46 m3 Faktor keamanan tangki
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 12,46 m3= 14,952 m3
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
B. Diameter dan tebal tangki -
Volume silinder tangki (Vs) π Di 2 Hs 4
Vs =
Dimana
(Brownell & Young, 1959)
:
Vs
= Volume silinder (ft3)
Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs = Tinggi tangki silinder (ft) Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 2 Maka : Vs
=
14,952 m3 = Di
Di 2 3 2 Di
4
Di 2 3Di 8
= 2,333 m = 7,6541 ft
Hs = 3/2 Di
= 3/2 x 2,333 ft = 3,4995 m
Jadi
:
- Diameter dalam tangki
= 2,333 m
- Tinggi silinder
= 3,4995 m
- Tinggi cairan dalam tangki -Volume silinder
= 14,952 m3
-Volume cairan
= 12,46 m3
-Tinggi silinder
= 3,4995 m
Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(12,46 m 3 )(3,4995 m) (14,952 m 3 )
= 2,9162 m
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tekanan hidrostatik, Phid = × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,9162 m = 28,4557 kPa = 4,1271 psia Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain
= 1,2 x (4,1271 + 14,696) = 18,8231 psia
Dari Walas,1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari bejana yang beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig. Dari Brownell & Young, item 4, Apendix D, 1979, diperoleh data :
Allowable working stress (s) = 13700 psi
Efisiensi sambungan (E)
= 0,80
Faktor korosi
= 1/8 in
(Timmerhaus, 1991)
Tebal dinding silinder tangki : PR Cc S.Ej 0,6P (54,696 psia) (2,333 / 2 in) 0,125 in (13700 psia)(0,85) (0,6)(54,696 psia) 0,3413 in
t desain
Dari Tabel 5.4 Brownell & Young, 1979, dipilih tebal tangki standar ½ in
LD.19 Pompa (PU-01) Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak pengendap BP-01
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
temperatur cairan
: 30oC
-
laju alir massa
: 390.691,0852 kg/hari=
9,9691 lbm/s
=
62,1586 lbm/ft3
: 0,8007cP
=
0,0005 lbm/ft.s
tekanan masuk (P1)
: 14,696 psi
=
2116,23628 lbf/ft2
tekanan keluar (P2)
: 14,696 psi
=
2116,23628 lbf/ft2
-
densitas (ρ)
: 995,68kg/m
-
viskositas (µ)
-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
3
Laju alir volumetrik, Q
F
9,9691 lbm/s 0,1604 ft 3 / s 0,0045 m 3 / s 62,1586 lbm/ft3
Asumsi NRe> 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas,1999)
= 3,9 x (0,1604)0,45x (62,1586)0,20 = 2,9278 in Digunakan pipa dengan spsifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 3 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam ( ID )
= 3,068 in
= 0,2557 ft
-
Diameter luar ( OD )
= 3,5 in
= 0,2917 ft
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0513 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= 0,0779 m
= Commercial steel
Q 0,1604 ft 3 / s 3,1264 ft / s 0,0513 ft2 at
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,1586 x 3,1264 x0,2557 92.336,6109 0,0005
Asumsi NRe>2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/ 0,2557 = 0,0002. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 92.336,6109 dan ɛ /D = 0,0002, diperoleh f = 0,0035.
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 2 A1 2 = 0,55 1 0
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
3,1264 2 = 0,0759 ft.lbf/lbm 2132 ,174
1 elbow 90° = hf = n.Kf.
3,1264 2 v2 = 1(0,75) = 0,1139 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
3,1264 2 v2 = 1(2,0) =0,3038 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
2 30 . 3,1264 = 4(0,0035) 0,557.2.32,174
= 0,2495 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
3,1264 2 = 0,1519 ft.lbf/lbm 2132 ,174
F = 0,8951 ft.lbf/lbm
Total friction loss :
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 0,8951 ft.lbf / lbm Ws 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = - 50,8951 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , Ws
= 80 % = - x Wp
- 50,8951 = -0,8 x Wp Wp = 63,6188 ft.lbf/lbm
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Daya pompa : P
= m x Wp = 9,9691 lbm/s 63,6188 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 1,1531 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1,25 Hp
D.20 Pompa (PU-02) Fungsi
: memompa air dari bak pengendap BP-01 ke Clarifier CL-01
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
temperatur cairan
: 30oC
-
laju alir massa
: 390.691,0852 kg/hari=
9,9691 lbm/s
-
densitas (ρ)
: 995,68kg/m3
=
62,1586 lbm/ft3
-
viskositas (µ)
: 0,8007cP
=
0,0005 lbm/ft.s
-
tekanan masuk (P1)
: 14,696 psi
=
2116,23628 lbf/ft2
-
tekanan keluar (P2)
: 14,696 psi
=
2116,23628 lbf/ft2
Laju alir volumetrik, Q
F
9,9691 lbm/s 0,1604 ft 3 / s 0,0045 m 3 / s 62,1586 lbm/ft3
Asumsi NRe> 2100, aliran turbulen. Diameter optimum, Dopt= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas,1999)
= 3,9 x (0,1604)0,45x (62,1586)0,20 = 2,9278 in Digunakan pipa dengan spsifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 3 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam ( ID )
= 3,068 in
= 0,2557 ft
-
Diameter luar ( OD )
= 3,5 in
= 0,2917 ft
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0513 ft2
-
Bahan konstruksi
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= Commercial steel
= 0,0779 m
Kecepatan linear, v
Q 0,1604 ft 3 / s 3,1264 ft / s 0,0513 ft2 at
Bilangan reynold, N Re
.v.D 62,1586 x 3,1264 x0,2557 92.336,6109 0,0005
Asumsi NRe>2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ε = 4,6 x 10-5. ε/D = 4,6 x 10-5/ 0,2557 = 0,0002. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk NRe = 92.336,6109 dan ɛ /D = 0,0002, diperoleh f = 0,0035. Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 A 1 2 3,1264 2 = 0,55 1 0 = 0,0759 ft.lbf/lbm 2132 ,174 1 elbow 90° = hf = n.Kf.
3,1264 2 v2 = 1(0,75) = 0,1139 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
= 4(0,0035)
3,1264 2 v2 = 1(2,0) =0,3038 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c
L.v 2 D.2.g c
30. 3,1264 2 0,557.2.32,174
= 0,2495 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex = 1 0
3,1264 2 2132 ,174
Total friction loss :
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 0,1519 ft.lbf/lbm
F
= 0,8951 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 :
32,174 ft / s 2 50 ft 0 0,8951 ft.lbf / lbm Ws 0 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = - 50,8951 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws = - x Wp - 50,8951 Wp
= -0,8 x Wp = 63,6188 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp
= 9,9691 lbm/s 63,6188 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 1,1531 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1,25 Hp
D.21 Pompa (PU-03) Fungsi
: memompa alum dari TP-01 ke Clarifier CL-01
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : -
temperatur cairan
: 30oC
-
laju alir massa
: 19,5346 kg/hari
=
0,0005 lbm/s
-
densitas (ρ)
: 1363 kg/m3
=
85,0898 lbm/ft3
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
-
viskositas (µ)
: 1,00005 cP
=
0,000672 lbm/ft.s
-
tekanan masuk (P1)
: 14,696 psi
=
2116,23628 lbf/ft2
-
tekanan keluar (P2)
: 14,696 psi
=
2116,23628 lbf/ft2
F
Laju alir volumetrik, Q
0,0005 lbm/s 85,0898 lbm/ft3
5,858 x10 6 ft 3 / s 1,659 x10 7 m 3 / s
Asumsi NRe< 2100, aliran laminar. Diameter optimum, Dopt= 3 (Q)0,40 (µ)0,2
(Walas,1999) -6 0,45
= 3 x (5,858 x 10 )
0,20
x (0,000672)
= 0,0873 in Digunakan pipa dengan spsifikasi : -
Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam ( ID )
= 0,269 in
= 0,0224 ft
-
Diameter luar ( OD )
= 0,405 in
= 0,0338 ft
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0004 ft2
-
Bahan konstruksi
Kecepatan linear, v
= 0,0068 m
= Commercial steel
6 3 Q 5,858 x10 ft / s 0,0146 ft / s 0,0004 ft 2 at
Bilangan reynold, N Re
.v.D 85,0898x 0,0146 x0,0224 41,5669 0,000672
Asumsi NRe<2100 sudah benar. Dari Fig. 2.10-3 (Geankoplis, 1997, hal. 88), untuk bahan pipa commercial steel diperoleh ɛ = 4,6 x 10-5. ɛ /D = 4,6 x 10-5/ 0,0224 = 0,0067 Untuk NRe = 41,5669 dan ɛ /D = 0,0067, diperoleh f = 16/Nre= 0,3849 Friction loss :
A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 1 A 1 2 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 0,55 1 0
0,0146 2 =3,33x10-6 ft.lbf/lbm 2132 ,174
0,0146 2 v2 1 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) = 5x10-6 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c 0,0146 2 v2 1 check valve =hf = n.Kf. = 1(2,0) =6,67x10-6 ft.lbf/lbm 2132 ,174 2.g c Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
L.v 2 D.2.g c
2 30 . 0,0146 = 4(0,3849) 0,0224.2.32,174
= 0,0069 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex = 1 0
0,0146 2 2132 ,174
Total friction loss :
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 3,33x10-6 ft.lbf/lbm
F
= 0,0069 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 :
0
32,174 ft / s 2 20 ft 0 0,0069 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = - 20,0069 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , = 80 % Ws = - x Wp
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
ft.lbf / lbm Ws 0
- 20,0069 Wp
= -0,8 x Wp = 25,0086 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp
= 0,0005 lbm/s 25,0086 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft .lbf / s
= 0,00054 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,05 Hp Tabel D.2 Spesifikasi Pompa Utilitas Pompa
Jenis
Bahan Konstruksi
Daya (hp)
PU – 04
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 05
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,75
PU – 06
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 07
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,125
PU – 08
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,75
PU – 09
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 10
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU– 11
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 12
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 13
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 14
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
PU – 15
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,5
PU – 16
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
1,25
PU – 17
Pompa Sentrifugal
Commercial steel
0,05
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI
Dalam rencana pra rancangan pabrik
Gas Hidrogen digunakan asumsi
sebagai berikut: Pabrik beroperasi selama 365 hari dalam setahun. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peter, 2004). Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 9.497,- (Bank Mandiri, 1 Agustus 2012). 1.
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
1.1
Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)
1.1.1 Modal untuk Pembelian Tanah Lokasi Pabrik Luas tanah seluruhnya = 13.250 m2 Menurut data dari Rumah.com, biaya tanah pada lokasi pabrik di Tebing Tinggi berkisar Rp 300.000,-/m2 (Rumah.com, 2011) Harga tanah seluruhnya =13.250 m2 Rp 300.000/m2 = Rp 3.975.000.000,Biaya perataan tanah diperkirakan 5 dari harga tanah seluruhnya (Peters, 2004). Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 3.975.000.000,- = Rp 198.750.000,Biaya administrasi jual beli tanah diperkirakan 0,2 % Biaya administrasi jual beli tanah = 0,002 x Rp 3.975.000.000,= Rp 7.950.000,Maka total biaya tanah (A) adalah Rp 4.181.700.000,-
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga (Rp/m2)
Jumlah (Rp)
1
Pos Keamanan
20
1.000.000
20.000.000
2
Tempat Parkir*)
300
700.000
210.000.000
3
Bengkel
200
1.250.000
250.000.000
4
Unit Pembangkit Listrik
300
2.500.000
750.000.000
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ................. (lanjutan) No
Nama Bangunan
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Luas (m2)
Perkantoran Laboratorium Ruang Kontrol Utilitas Areal Perluasan*) Gudang Peralatan/Suku Cadang Areal Proses Kantin Poliklinik Perpustakaan Tempat Ibadah Taman *) Mess Karyawan Jalan*) Pemadam kebakaran TOTAL Keterangan *) : untuk sarana (non bangunan)
500 150 150 1000 1800 500 4000 100 100 80 150 1000 400 2400 100 13.250
Harga (Rp/m2) 1.350.000 2.500.000 2.500.000 3.500.000 500.000 1.000.000 4.125.000 1.000.000 2.000.000 1.250.000 1.250.000 500.000 2.000.000 1.000.000 1.250.000
Harga bangunan saja
= Rp 24.457.500.000,-
Harga sarana
= Rp 4.010.000.000,-
Jumlah (Rp) 675.000.000 375.000.000 375.000.000 3.500.000.000 900.000.000 500.000.000 16.500.000.000 100.000.000 200.000.000 100.000.000 187.500.000 500.000.000 800.000.000 2.400.000.000 125.000.000 28.467.500.000
Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp 28.467.500.000,-
1.1.2 Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang diimpor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Peters, 2004) :
dimana: Cx
= harga alat pada tahun 2012
Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = kapasitas alat yang tersedia X2 = kapasitas alat yang diinginkan Ix
= indeks harga pada tahun 2012
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Iy
= indeks harga pada tahun yang tersedia
m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat) Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2012 digunakan metode regresi koefisien korelasi(Montgomery, 1992)
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift No.
Tahun (Xi)
Indeks (Yi)
Xi.Yi
Xi²
Yi²
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
895 915 931 943 967 993 1028 1039 1057 1062 1068 1089 1094 1103
1780155 1820850 1853621 1878456 1927231 1980042 2050860 2073844 2110829 2121876 2134932 2178000 2189094 2208206
3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000 4004001 4008004
801025 837225 866761 889249 935089 986049 1056784 1079521 1117249 1127844 1140624 1185921 1196836 1216609
Total
27937
14184
28307996
55748511
14436786
Sumber: Tabel 6-2, Peters et.al., 2004
Data :
n = 14
∑Xi = 27937
∑Yi = 14184
∑XiYi = 28307996
∑Xi² = 55748511
∑Yi² = 14436786
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel E – 2, maka diperoleh harga koefisien korelasi: r = (14) . (28307996) –
(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 (2009)
X
= variabel tahun ke n
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣXi 2 ΣXi 2
a
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : b = 14 .( 28307996) – (27937)(14184)= 53536 14. (55748511) – (27937)²
3185
= 16,8088 a = (14184)( 55748511) – (27937)(28307996) = - 103604228 14. (55748511) – (27937)² = -32528,8 Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y = a + b X Y = 16,809X – 32528,8 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2012 adalah: Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
3185
Y = 16,809 (2012) – 32528,8 Y = 1.290,91
Gambar E.1 Hasil Regresi Koefisien Korelasi Harga Indeks Marshall dan Swift
Perhitungan harga peralatan menggunakan harga faktor eksponsial (m)Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4,Peters et.al., 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters, 2004).
Contoh perhitungan harga peralatan: a. Tangki Pencampur, (M-107) Kapasitas tangki , X2 = 2.469,1031 m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 6.500. Dari tabel 6-4, Peters et.al., 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Purchased cost, dollar
106
102
103
Capacity, gal 104
105
105
Mixing tank with agitator 304 Stainless stell
104
Carbon steel 310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)
103 10-1
P-82 Jan,2002
10
1
2
10
103
Capacity, m3
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan (Peters, 2004)
Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1.290,91. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 2.469,1031 m3 adalah :
Cx = US$ 349.603 /unit
Cx = Rp.3.320.175.979,- /unit
Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel E – 3 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel E – 4 untuk perkiraan peralatan utilitas. Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - Biaya transportasi - Biaya asuransi - Bea masuk - PPn - PPh - Biaya gudang di pelabuhan - Biaya administrasi pelabuhan - Transportasi lokal - Biaya tak terduga Total Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= = = = = = = = = =
5 1 15 10 10 0,5 0,5 0,5 0,5 43
(Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004)
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - PPn - PPh - Transportasi lokal - Biaya tak terduga Total
= = = = =
10 10 0,5 0,5 21
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses Kode Harga / Unit No Unit Ket*) Alat (Rp) 1 BK-101 1 NI 2.585.996.075 2 BK-205 1 NI 3.561.805.325 3 C-105 1 I 151.100.143 4 C-109 1 I 151.100.143 5 C-111 1 I 151.100.143 6 C-401 1 I 100.600.326 7 E-207 1 I 9.365.660 8 E-310 1 I 25.642.150 9 E-311 1 I 7.480.402 10 E-315 1 I 5.673.147 7 E-404 1 I 6.258.133 8 E-407 1 I 13.479.848 9 J-102 1 NI 73.809.825 10 J-106 1 NI 121.763.915 11 J-112 1 NI 121.765.181 12 J-202 1 NI 121.335.931 13 J-204 1 NI 121.195.567 14 J-302 1 NI 62.134.368 15 J-305 1 NI 62.134.368 16 J-307 1 NI 62.134.368 17 J-309 1 NI 24.333.693 18 J-312 1 NI 21.600.353 19 JC-206 1 I 233.396.521 20 JC-403 1 I 309.734.460 21 JC-314 1 I 153.196.222 22 JC-406 1 I 41967.182 23 L-104 1 NI 7.000.000 24 L-108 1 NI 7.000.000 25 L-110 1 NI 7.000.000 26 M-103 1 I 1.549.068.124 27 M-107 1 I 3.822.795.677 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Rusjdi, 2004) (Rusjdi, 2004)
Harga Total (Rp) 2.585.996.075 3.561.805.325 151.100.143 151.100.143 151.100.143 100.600.326 9.365.660 25.642.150 7.480.402 5.673.147 6.258.133 13.479.848 73.809.825 121.763.915 121.765.181 121.335.931 121.195.567 62.134.368 62.134.368 62.134.368 24.333.693 21.600.353 233.396.521 309.734.460 153.196.222 41967.182 7.000.000 7.000.000 7.000.000 1.549.068.124 3.822.795.677
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses (Lanjutan) Kode Harga / Unit No Unit Ket*) Alat (Rp) 28 R-201 1 I 16.003.058.842 29 R-203 1 I 28.836.443.618 30 R-303 1 I 3.665.537.203 31 S-306 1 I 150.849.141 32 T-301 1 I 10.633.178 33 T-308 1 I 90.382.012 34 T-313 1 I 75.611.969 35 T-316 1 I 215.937.121 36 TK-304 1 I 1.355.659.037 37 TK-402 1 I 52.816.409 38 TK-405 1 I 202.649.464 39 TK-408 1 I 691.316.309 40 Koil 52 I 10.676.113 Total Import Non Import
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Kode No. Unit Ket*) Harga / Unit Alat 1 SC 1 NI 10.000.000 2 BP 1 NI 30.000.000 3 4 5 6
BPA BN BS TS
1 1 1 1
7
CL
8
Harga Total 10.000.000 30.000.000
20.000.000 20.000.000 12.000.000 58.639.280
20.000.000 20.000.000 12.000.000 58.639.280
1 I
279.184.992
279.184.992
SF
1 I
6.035.814
6.035.814
9
CT
1 I
122.587.756
122.587.756
10
DE
1 I
99.944.622
99.944.622
11
CE
1 I
134.159.176
134.159.176
12
AE
1 I
134.159.176
134.159.176
13
MA
1 I
499.159.937
499.159.937
14
TP-01
1 I
188.465.157
188.465.157
15
TP-02
1 I
141.189.784
141.189.784
16
TP-03
1 I
100.463.514
100.463.514
17
TP-04
1 I
177.301.373
177.301.373
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
NI NI NI I
Harga Total (Rp) 16.003.058.842 28.836.443.618 3.665.537.203 150.849.141 10.633.178 90.382.012 75.611.969 431.874.242 1.355.659.037 52.816.409 202.649.464 691.316.309 555.157.863 Rp 65.901.157.395 Rp 58.918.548.072 Rp 6.982.609.323
18
TP-05
1 I
13.972.115
13.972.115
19
TU-01
1 I
1.037.856.211
1.037.856.211
20
TU-02
1 I
696.983.458
696.983.458
21
TU-03
1 I
352.774.873
352.774.873
22
KU
1 I
446.731.691
446.731.691
23
TB
1 I
736.446.714
736.446.714
24
PL-01
1 NI
1.143.779
1.143.779
25
PL-02
1 NI
1.143.779
1.143.779
26
PL-03
1 NI
1.143.779
1.143.779
27
PL-04
1 NI
1.143.779
1.143.779
28
PL-05
1 NI
1.143.779
1.143.779
29
PU-01
1 NI
4.017.003
4.017.003
30
PU-02
1 NI
4.017.003
4.017.003
31
PU-03
1 NI
2.500.000
2.500.000
32
PU-04
1 NI
2.500.000
2.500.000
33
PU-05
1 NI
4.017.003
4.017.003
34
PU-06
1 NI
1.143.779
1.143.779
35
PU-07
1 NI
1.143.779
1.143.779
36
PU-08
1 NI
1.643.584
1.643.584
37
PU-09
1 NI
1.500.000
1.500.000
38
PU-10
1 NI
1.143.779
1.143.779
39
PU-11
1 NI
2.150.000
2.150.000
40
PU-12
1 NI
2.230.000
2.230.000
41
PU-13
1 NI
1.200.000
1.200.000
42
PU-14
1 NI
1.643.584
1.643.584
43
PU-15
1 NI
1.125.665
1.125.665
44
PU-16
1 NI
4.836.809
4.836.809
45
PU-17
1 NI
1.143.779
1.143.779
46
A.Sludge
1 I
61.315.828
61.315.828
47
Generator
3 NI
600.000.000
600.000.000
Harga Total
Rp
6.023.046.133
Import
Rp
5.287.371.471
Non import
Rp
735.674.662
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x ( Rp
58.918.548.072,- + Rp
+ 1,21 x ( Rp. 6.982.609.323,- + Rp
5.287.371.471,- ) 735.674.662,- )
= Rp. 101.153.588.570,Biaya pemasangan diperkirakan 39 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya pemasangan = 0,39 x Rp. 101.153.588.570,= Rp. 39.449.899.542,Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp. 101.153.588.570,- + Rp. 39.449.899.542,= Rp 140.603.488.112,1.1.4
Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,26 101.153.588.570,= Rp. 26.299.933.028,-
1.1.5
Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 60 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,6 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 60.692.153.142,-
1.1.6
Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 20.230.717.714,-
1.1.7
Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 20 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya insulasi (G)
= 0,2 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 20.230.717.714,-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
1.1.8
Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 3 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,03 Rp. 101.153.588.570,= Rp 3.034.607.657,-
1.1.9
Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 2 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,02 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 2.023.071.771-
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
1
Mobil Dewan Komisaris
1
2
Mobil Direktur
1
3
Mobil Manajer
4
4 4 5
Mobil Kepala Seksi Bus karyawan Truk Mobil kepentingan pembelian & pemasaran Mobil pemadam kebakaran Ambulance
12 3 4
Chevrolet Tahoe New KIA Sorento Honda Odyssey Avanza Bus Truk
3
6 7 8
Harga/ Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
542.082.500
542.082.500
390.500.000
390.500.000
380.000.000
1.520.000.000
159.200.000 358.000.000 346.000.000
1.910.400.000 1.074.000.000 1.384.000.000
pick-up
130.000.000
390.000.000
1
Truk Tangki
270.000.000
270.000.000
1
Mini Bus
108.000.000
108.000.000
Total
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tipe
7.588.982.500
Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 313.352.871.638,1.2
Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL)
1.2.1
Biaya Pra Investasi Diperkirakan 7 dari total harga peralatan (Peter, 2004). = 0,07 Rp. 101.153.588.570,-
Biaya Pra Investasi (K)
= Rp. 7.080.751.200,1.2.2
Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 30 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,3 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 30.346.076.571,-
1.2.3
Biaya Legalitas Diperkirakan 4 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,04 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 4.046.143.543,-
1.2.4
Biaya Kontraktor Diperkirakan 19 dari total harga peralatan (Peter, 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,19 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 19.219.181.828,-
1.2.5
Biaya Tak Terduga Diperkirakan 37 dari total harga peralatan (Peter, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,37 Rp. 101.153.588.570,= Rp. 37.426.827.771,-
Total MITTL = K + L + M + N+O = Rp. 98.118.980.913,Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 313.352.871.638,- + Rp. 98.118.980.913,= Rp 411.471.852.551,-
2
Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 1 bulan ( 30 hari).
2.1
Persediaan Bahan Baku
2.1.1 Bahan baku proses 1.
LCPKS Kebutuhan
= 591.780,822 kg/hari = 591,780822 L/hari
Harga LCPKS = Rp100,- /L Harga total
= 365 hari 591,780822 L/hari Rp100,- /L = Rp. 21.304.110,-
2. NaOH Kebutuhan
= 2.367,1233 kg/hari
Harga
= Rp 6.200/kg
Harga total
= 365 hari x 2.367,1233 kg/hari x Rp 6.200/kg
(PT. Tahoma Mandiri,2012)
= Rp. 5.283.419.206,-
3. FeCl2 Kebutuhan
= 110,6630 kg/hari
Harga
= Rp. 82.520.000,-/50 kg
Harga total
= 365 hari 110,6630 kg/hari x Rp. 82.520.000,-/50 kg
(Merck Millipore, 2012)
= Rp. 65.749.757.472,-
4. Na2HPO4.2H2O Kebutuhan
= 20,2626 kg/hari
Harga
= Rp 7.583.520,-/25 kg
Harga total
= 365 hari 20,2626 kg/hari x Rp 7.583.520,-/25 kg = Rp. 2.212.730.386,-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(Merck Millipore,2012)
Asumsi : medium fermentasi desulfurisasi dapat dipakai berulang selama 1 tahun dan terjadi kehilangan medium pada settler sebanyak 1,9452 kg/hari (0,00052% medium per hari) sehingga dibutuhkan mark up sebesar 0,19% dari jumlah medium. 5. K2HPO4 Kebutuhan
= 14,0509 kg/tahun
Mark up
= 0,0019 x 14,0509 kg/tahun = 0,027 kg/tahun
Harga
= Rp 17.472.030,-/25 kg
Harga total
= (14,0509 + 0,027) kg x Rp 17.472.030,-/25 kg
(Merck Millipore,2012)
= Rp. 9.838.539,6. NaNO3 Kebutuhan
= 11,662 kg/tahun
Mark up
= 0,0019 x 11,662 kg/tahun = 0,022 kg/tahun
Harga
= Rp.747.200 ,-/kg
Harga total
= (11,662 + 0,022) kg x Rp.747.200 ,-/kg
(Merck Millipore,2012)
= Rp. 8.730.527,7. NaCl Kebutuhan
= 84,3053 kg/tahun
Mark up
= 0,0019 x 84,3053 kg/tahun = 0,16 kg/tahun
Harga
= Rp. 5000,- /kg
Harga total
= (84,3053 + 0,16) kg x Rp. 5000,- /kg
(Toko kimia Indonesia, 2012)
= Rp. 422.326,8. MgCl2.6H2O Kebutuhan
= 2,8102 kg/tahun
Mark up
= 0,0019 x 2,8102 kg/tahun = 0,0053 kg/tahun
Harga
= Rp 21.169.000 ,-/25 kg
Harga total
= (2,8102 + 0,0053)kg x Rp 21.169.000 ,-/25 kg
(Merck Millipore,2012)
= Rp. 2.384.079,9. NaOH Kebutuhan
= 372,3153 kg/tahun
Mark up
= 0,0019 x 372,3153 kg/tahun = 0,71 kg/tahun
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Harga
= Rp 6.200 ,-/kg
(PT Tahoma Mandiri,2012)
Harga total
= (372,3153 + 0,71) kg x Rp 6.200 ,-/kg = Rp. 2.312.734,-
10. KOH Kebutuhan
= 1.058,278 kg/tahun
Mark up
= 0,0019 x 793,7086 kg/tahun = 2,01 kg/tahun
Harga
= Rp 35.000,- /kg
Harga total
= (1.058,278 + 2,01) kg x Rp 35.000,- /kg
(Toko kimia indonesia, 2011)
= Rp.37.109.996,-
11. K2CO3 Kebutuhan
= 59.074,6306 kg/3 bulan
Harga
= US $0,8,-/kg
Harga total
= 4 x 59.074,6306 kg/3 bulan x $0,8- /kg x Rp. 9.497/ $
(Alibaba.com,2012)
= Rp 1.795.301.654,-
12. O2 Kebutuhan
= 1,276 kg/hari
Harga
= Rp 7.000,-/L
Harga total
= 365 hari x 1,276 kg/hari x Rp 7.000,-/kg
(PT.Samator Gas Industri, 2012)
= Rp 3.248.938,-
13. Zeolite Kebutuhan
= 1.437,108 kg/tahun
Harga
= US $0,8,-/kg
Harga total
= 1.437,108 kg/tahun x US $0,8,-/kg x Rp. 9.497/ $
(Alibaba.com,2012)
= Rp 10.918.572,-
2.1.2
Persediaan bahan baku utilitas
1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 19,5346 kg/hari
Harga
= Rp 3.233,-/kg
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
(www.icis.com, 2012)
Harga total
= 365 hari 19,5346 kg/hari Rp 3.233,-/kg = Rp. 23.051.707,-
2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 10,5487 kg/hari Harga
= Rp 4.582,-/kg
(www.icis.com, 2012)
Harga total = 365 hari 10,5487 kg/hari Rp 4.582,-/kg = Rp 17.641.962,3. Kaporit Kebutuhan = 0,0699 kg/hari Harga
= Rp 12.200,-/kg
(PT. Bratachem 2011)
Harga total = 365 hari 0,0699 kg/hari Rp 12.200,-/kg = Rp 311.265,4. H2SO4 Kebutuhan
= 0,7023 kg/hari
Harga
= Rp 1.200,-/kg
Harga total
= 365 hari x 0,7023 kg/hari Rp 1.200,-/kg
(www.icis.com, 2012)
= Rp 307.607,5. NaOH Kebutuhan
= 2,5609 kg/hari
Harga
= Rp 6.200,-/kg
Harga total
= 365 hari 2,5609 kg/hari Rp. 6.200,-/ kg
(PT Tahoma Mandiri,2012)
= Rp 5.795.317,6. Solar Kebutuhan
= 16.559,1212 ltr/hari
Harga solar untuk industri = Rp. 7.200,-/liter Harga total
(hsdsolar.blogspot.com, 2011)
= 365 hari 16.559,1212 ltr/hari Rp. 7.200,-/liter = Rp 51.374.673.523,-
Total biaya persediaan bahan baku selama 1 tahun = Rp 126.559.375.037,Total biaya persediaan bahan baku selama 1 bulan = Rp. 10.546.614.586,-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
2.2 2.2.1
Kas Gaji Pegawai
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai
1 Dewan Komisaris
2
Gaji/orang (Rp) 40.000.000
2 Direktur
1
30.000.000
30.000.000
3 Sekretaris
1
20.000.000
20.000.000
4 Staff Ahli 5 Manajer Teknik 6 Manajer Produksi 7 Manajer Umum dan Keuangan 8 Kepala Seksi Proses 9 Kepala Seksi Laboratorium R&D 10 Kepala Seksi Utilitas 11 Kepala Seksi Listrik 12 Kepala Seksi Instrumentasi 13 Kepala Seksi Pemeliharaan Pabrik 14 Kepala Seksi Mesin 15 Kepala Seksi Kesehatan dan Keselamatan Kerja 16 Kepala Seksi Keuangan 17 Kepala Seksi Administrasi 18 Kepala Seksi Personalia 19 Kepala Seksi Humas 20 Kepala Seksi Keamanan 21 Kepala Seksi Gudang / Logistik 22 Karyawan Proses 23 Karyawan Laboratorium, R&D 24 Karyawan Utilitas 25 Karyawan Unit Pembangkit Listrik 26 Karyawan Instrumentasi Pabrik 27 Karyawan Pemeliharaan Pabrik 28 Karyawan Pemeliharaan Mesin 29 Karyawan Kesehatan dan Keselamatan Kerja 30 Karyawan Bag. Keuangan 31 Karyawan Bag. Administrasi 32 Karyawan Bag. Personalia
2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 40 10 10 10 10 10 3 2 5 5 5
15.000.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000
30.000.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 7.000.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 6.500.000 200.000.000 50.000.000 50.000.000 50.000.000 30.000.000 30.000.000 9.000.000 6.000.000 15.000.000 15.000.000 15.000.000
No
Jabatan
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Jumlah
Total Gaji (Rp) 80.000.000
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai (Lanjutan) No
Jabatan
33 Karyawan Bag. Humas 34 Petugas Keamanan 35 Karyawan Gudang / Logistik 36 Dokter 37 Perawat 38 Petugas Kebersihan 39 Supir Jumlah
Gaji/orang (Rp) 3.000.000 1.500.000 2.000.000 4.000.000 2.000.000 1.250.000 1.400.000
Jumlah 5 10 9 1 2 10 8 178
Total Gaji (Rp) 15.000.000 15.000.000 18.000.000 4.000.000 4.000.000 12.500.000 11.200.000 840.200.000
Diperkirakan seluruh karyawan shift bekerja lembur, dimana gaji lembur dihitung dengan rumus: 1/173 x gaji per bulan, dimana untuk 1 jam pertama dibayar 1,5 kali gaji perjam dan jam berikutnya 2 kali dari gaji satu jam (Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi RI, 2004). Gaji lembur untuk 8 jam kerja yaitu: 1 jam pertama
= 1,5 x 1 x 1/173 x Rp. 315.000.000 = Rp. 2.731.214,-
7 jam berikutnya
= 2 x 7 x 1/173 x Rp. 315.000.000
Total gaji lembur dalam 1 bulan
= Rp. 25.491.329,-
= Rp 28.222.543,-
Jadi, gaji pegawai selama 1 bulan beserta lembur = Rp 28.222.543 + Rp 840.200.000 = Rp 868.422.543,Total gaji pegawai selama 1 tahun beserta lembur = Rp 10.421.070.520,-
2.2.2
Biaya Administrasi Umum
Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp 10.421.070.520,= Rp 2.084.214.104,2.2.3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp 10.421.070.520,= Rp 2.084.214.104,-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. Jenis Biaya 1. Gaji Pegawai 2. Administrasi Umum 3. Pemasaran
Jumlah (Rp)/tahun Rp 10.421.070.520,Rp 2.084.214.104,Rp 2.084.214.104,1.729.057.110,Rp 14.589.498.728,12103399769
Total
Biaya kas untuk 1 bulan = Rp 14.589.498.728/12 = Rp. 1.215.791.561,12103399769 2.2 Biaya Start – Up Diperkirakan 8 dari Modal Investasi Tetap (Peter, 2004). = 0,08 Rp 411.471.852.551,= Rp 32.917.748.204,2.3 Piutang Dagang PD
IP HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : 1. Harga jual Gas H2
= US$ 8,18/kg = Rp 77.685,- /kg (www.h2carblog.com, 2009)
Produksi Gas H2
= 1.356,63 kg/hari
Hasil penjualan gas H2 tahunan = 1.356,63 kg/hari 365 hari/tahun Rp 77.685,- /kg = Rp 38.467.465.647,-
2. Harga jual Gas CO2 = US$ 8,8/kg = Rp 83.574,- /kg (Stoody Industrial & Supply, Inc., 2012) Produksi CO2 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 18.835,39 kg/hari
Welding
Hasil penjualan CO2 tahunan = 18.835,39 kg/hari 365 hari/tahun Rp 83.574,- /kg = Rp 574.561.577.390,-
3.Harga jual Sulfur Produksi Sulfur
= Rp 7.500,-/kg
(Indramurti inc., 2012)
= 2,5431 kg/hari
Hasil penjualan Sulfur tahunan = 2,5431 kg/hari 365 hari/tahun Rp 7.500,-/kg = Rp 6.961.736,Hasil penjualan total tahunan = Rp 613.036.004.773,Piutang Dagang
=
1 Rp 613.036.004.773,12
= Rp 51.086.333.731,-
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. 1. Bahan baku proses dan utilitas 2. Kas 3. Start up 4. Piutang Dagang Total Total Modal Kerja
Jumlah Bulanan (Rp) Rp. Rp. Rp. Rp. Rp.
10.546.614.586,1.215.791.561,32.917.748.204,51.086.333.731,95.766.488.081,-
= Rp. 95.766.488.081,-
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 411.471.852.551,- + Rp. 95.766.488.081,= Rp 507.238.340.632,Modal ini berasal dari: - Modal sendiri
= 60 dari total modal investasi = 0,6 Rp 507.238.340.632,= Rp 304.343.004.379,-
- Pinjaman dari Bank
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
= 40 dari total modal investasi
= 0,4 Rp 507.238.340.632,= Rp 202.895.336.253,3.
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 868.422.543,= Rp 12.157.915.607,-
3.1.2
Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 10 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012). = 0,1 Rp 202.895.336.253
Bunga bank (Q)
= Rp 20.289.533.625,3.1.3
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 Berwujud
Masa Tarif (tahun) (%)
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
4
25
2. Kelompok 2
8
12,5
Mobil, truk kerja
3. Kelompok 3
16
6,25
Mesin industri kimia, mesin industri mesin
20
5
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri.
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
Sumber : Waluyo, 2000 dan Rusdji,2004 Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Depresiasi dihitung berdasarkan tarif (%) penyusutan untuk setiap kelompok harta berwujud sesuai dengan umur peralatan. D Px %
dimana: D
= Depresiasi per tahun
P
= Harga peralatan
%
= Tarif penyusutan
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 Umur Komponen Biaya (Rp) Depresiasi (Rp) (tahun) Bangunan 28.467.500.000 20 1.423.375.000 Peralatan proses dan utilitas 140.603.488.112 17 8.787.718.007 Instrumentrasi dan pengendalian proses 26.299.933.028 5 3.287.491.629 Perpipaan 60.692.153.142 5 7.586.519.143 Instalasi listrik 20.230.717.714 5 2.528.839.714 Insulasi 20.230.717.714 5 2.528.839.714 Inventaris kantor 3.034.607.657 4 758.651.914 Perlengkapan keamanan dan kebakaran 2.023.071.771 5 252.883.971 Sarana transportasi 7.588.982.500 10 948.622.813 TOTAL 28.102.941.905 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 98.118.980.913,= Rp 24.529.745.228,-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 28.102.941.905,- + Rp 24.529.745.228,= Rp 52.632.687.133,3.1.4
Biaya Tetap Perawatan
1. Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%, diambil 10% dari harga peralatan terpasang di pabrik (Peter, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 Rp 140.603.488.112,= Rp 14.060.348.811,-
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 dari harga bangunan (Peter, 2004). = 0,1 Rp 28.467.500.000,-
Perawatan bangunan
= Rp 2.864.750.000,3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 dari harga kendaraan (Peter, 2004). = 0,1 Rp 7.588.982.500,-
Perawatan kenderaan
= Rp 758.898.250,4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Peter, 2004). = 0,1 Rp 26.299.933.028,-
Perawatan instrumen
= Rp 2.629.993.303,5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 dari harga perpipaan (Peter, 2004). = 0,1 Rp 60.629.153.142,-
Perawatan perpipaan
= Rp 6.069.215.314,6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 dari harga instalasi listrik (Peter, 2004). Perawatan listrik
= 0.1 Rp 20.230.717.714,= Rp 2.023.071.771,-
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 dari harga insulasi (Peter, 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 Rp 20.230.717.714,= Rp 2.023.071.771,-
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 dari harga inventaris kantor (Peter, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 Rp 3.034.607.657,= Rp 303.460.766,-
9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 dari harga perlengkapan kebakaran (Peter, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 Rp 2.023.071.771,= Rp 202.307.177,-
Total biaya perawatan (S)
3.1.5
= Rp 30.917.117.164,-
Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 dari modal investasi tetap (Peter, 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 x Rp 411.471.852.551,= Rp 82.294.370.510,-
3.1.6
Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = Rp. 2.084.214.104,-
3.1.7
Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 1 tahun
= Rp 2.084.214.104,-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi = 0,5 x Rp 2.084.214.104,- = Rp 1.042.107.052,Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 3.126.321.156,Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
3.1.8
Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5 dari biaya tambahan industri (Peter, 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,05 x Rp 82.294.370.510,= Rp 4.114.718.526,-
3.1.9
Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Peter, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 411.471.852.551,= Rp 4.114.718.526,-
3.1.10 Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik. adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2011). = 0,0031 Rp 313.352.871.638,= Rp 971.393.902,-
2. Biaya asuransi karyawan. Premi asuransi
= Rp. 100.000,-/tenaga kerja (PT. Prudential Life
Assurance, 2012) Maka biaya asuransi karyawan = 178 orang x Rp 100.000,-/orang = Rp 17.800.000,-
Total biaya asuransi (Y)
= Rp 989.193.902,-
3.1.11 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).
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
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 Gas Biohidrogen Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah Rp 3.975.000.000,
Bangunan
Rp 25.457.500.000,-
Total NPOP
Rp. 29.382.500.000,-
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
(Rp.
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp. 28.462.500.000,-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) (Z)
Rp
30.000.000,- )
1.423.125.000,-
Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y +Z = Rp 214.143.915.253,-
3.2
Biaya 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 126.559.375.037,Biaya Variabel Tambahan
1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan
= 0,01 Rp 126.559.375.037,= Rp 1.265.593.750,-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10 dari biaya variabel bahan baku
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Biaya variabel pemasaran
= 0,1 Rp 126.559.375.037,= Rp 12.655.937.504,-
Total biaya variabel tambahan 3.2.2
= Rp 13.921.531.254,-
Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan = 0,05 Rp 13.921.531.254,= Rp 696.076.563,Total biaya variabel = Rp 141.176.982.854,Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 214.143.915.253,- + Rp 141.176.982.854,= Rp 355.320.898.107,-
4
Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1
Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi = Rp 613.036.004.773 - Rp 355.320.898.107,= Rp 257.715.106.666,-
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 256.426.531.133,= Rp 1.288.575.533,-
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 257.715.106.666,- − Rp 1.288.575.533,= Rp 256.426.531.133,-
4.2
Pajak Penghasilan Berdasarkan Pasal 17 ayat 3 UU No 36 Tahun 2008 tentang pajak penghasilan mengikuti aturan sebagai berikut : Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 5.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 250.000.000,- dikenakan pajak sebesar 15 . Penghasilan Rp 250.000.000,- sampai dengan Rp 500.000.000,- dikenakan pajak sebesar 25 . Penghasilan di atas Rp 500.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 . Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: - 5 Rp 50.000.000 = Rp
4.3
2.500.000,-
- 15 (Rp 250.000.000- Rp 50.000.000)
= Rp
30.000.000,-
- 25 (Rp 500.000.000- Rp 250.000.000)
= Rp
62.500.000,-
- 30 (Rp 256.426.531.133,– Rp. 500.000.00) Total PPh Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= Rp = Rp
76.777.959.340,76.872.959.340,-
= laba sebelum pajak – PPh = Rp 256.426.531.133,- – Rp 76.872.959.340,= Rp 179.553.571.793,-
5
Analisa Aspek Ekonomi
5.1
Profit Margin (PM) PM =
PM =
Laba sebelum pajak 100 total penjualan
Rp 256.426.53 1.133,Rp 613.036.00 4.773,-
x 100%
= 41,83 % 5.2
Break Even Point (BEP) BEP =
BEP =
Biaya Tetap 100 Total Penjualan Biaya Variabel
Rp 214.143.91 5.253,Rp 613.036.00 4.773,- - Rp 141.176.98 2.854,-
x 100%
= 45,38 % Produksi Gas H2
= 1356,63 kg/hari = 1356,63 kg/hari x 365 hari/tahun x
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
1 Ton 1000 kg
= 495,1694 ton/tahun = 45,38 % 495,1694 ton/tahun
Kapasitas produksi pada titik BEP
= 224,7229 ton/tahun Nilai penjualan pada titik BEP
= 45,24 % x Rp 613.036.004.773,= Rp 278.214.305.873,-
5.3
Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak 100 Total modal investasi
ROI
=
Rp 179.553.57 1.793,Rp 507.238.34 0.632,-
x 100%
= 35,40 % 5.4
5.5
Pay Out Time (POT) 1 x 1 tahun 0,354
POT
=
POT
= 2,82 tahun
Return on Network (RON) RON =
RON =
Laba setelah pajak 100 Modal sendiri
Rp 179.553.57 1.793,Rp 304.343.00 4.379,-
x 100%
RON = 59,00 % 5.6
Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari
Tabel
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
LE.11,
diperoleh
nilai
IRR
=
52,30
Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) . Th
Laba Sebelum
n
Pajak (Rp)
0
-
-
-
-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
256.426.531.133 282.069.184.246 310.276.102.671 341.303.712.938 375.434.084.231 412.977.492.654 454.275.241.920 499.702.766.112 549.673.042.723 604.640.346.995
76.872.959.340 84.565.755.274 93.027.830.801 102.336.113.881 112.575.225.269 123.838.247.796 136.227.572.576 149.855.829.834 164.846.912.817 181.337.104.099
179.553.571.793 197.503.428.972 217.248.271.869 238.967.599.056 262.858.858.962 289.139.244.858 318.047.669.344 349.846.936.278 384.826.129.906 423.303.242.897
52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133 52.632.687.133
Pajak (Rp)
Laba Sesudah Pajak (Rp)
Penyusutan (Rp)
Net Cash Flow (Rp)
507.238.340.632 232.186.258.926 250.136.116.105 269.880.959.003 291.600.286.190 315.491.546.095 341.771.931.991 370.680.356.477 402.479.623.412 437.458.817.039 475.935.930.030
P/F pada i
P/F PV pada i = 52 %
=52%
Rp. 3.084.103. 618,× (53% - 52%) Rp 3.084 .103 .618 Rp 7.206.289. 429 = 52,30 %
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara
PV pada i = 53%
=53%
1
-507238340632
1
0,6579 0,4328 0,2848 0,1873 0,1232 0,0811 0,0533 0,0351 0,0231 0,0152
152754117715 108265285710 76849576914 54627785330 38883897234 27712446376 19773996657 14125219146 10100546741 7229572428
0,6536 0,4272 0,2792 0,1825 0,1193 0,0780 0,0510 0,0333 0,0218 0,0142
3.084.103.618
IRR = 52% +
pada i
507.238.340.632 151.755.724.788 106.854.678.160 75.352.549.730 53.213.548.765 37.629.684.087 26.643.287.339 18.886.851.093 13.403.322.008 9.521.695.677 6.770.709.556 -7.206.289.429
BEP = 45,38 %
Gambar LE.4 Kurva Break Even Point Pabrik Gas Hidrogen
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara