![Appendix Rancangan [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/appendix-rancangan.jpg)
13 0 4 MB
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Benzoat dari Toluena dengan proses oksidasi menggunakan mangan asetat sebagai katalisator dilaksanakan untuk kapasitas produksi sebesar 6.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut: 1 tahun operasi = 330 hari kerja 1 hari kerja
= 24 jam
Basis
= 1 jam operasi
Kemurnian
= 99,9%
Maka kapasitas asam benzoat dalam bentuk kristal adalah: =
6.000 ton 1.000 kg 1 tahun 1 hari x x x 1 tahun 1 ton 330 hari 24 jam
= 757,576 Kg/Jam Bahan Baku dan Berat Molekul Bahan Baku yang digunakan antara lain (Kirk, Othmer 1989) :
− Toluena (C7H8)
= 92,14 gr / mol
− Oksigen (O2)
= 32 gr / mol
− Mangan Asetat MnCH3COO.4H2O = 249,09 gr / mol − Asam Benzoat (C6H5-COOH)
= 122,12 gr / mol
Misal : N
=
Laju alir mol (kmol/jam)
F
=
Laju alir massa (kg/jam)
x
=
fraksi mol cair
y
=
fraksi mol uap
P
=
Tekanan (kPa)
T
=
Temperatur (K)
Vd
=
vapour destilat
Vb
=
vapor reboiler
Ld
=
liquid destilat LA-1 Universitas Sumatera Utara
Lb
=
liquid reboiler
AsBen
=
Asam Benzoat
MnAs
=
Mangan Asetat
Benz
=
Benzaldehide
BenAl
=
Benzil Alkohol
Oks
=
Oksigen
Tol
=
Toluena
¾ Perhitungan Neraca Massa dengan Cara Perhitungan Alur Mundur. LA.1. Drum Dryer (DE-201) Fungsi : mengurangi kandungan air dengan cara diuapkan dalam produk sehingga didapatkan produk asam benzoat dalam fasa padat yang murni. H2O (g)
(34a) AsBenz (s)
(34)
Drum Dryer ( DE-201 )
H2O (l)
(37)
AsBenz (s) H2O (l)
Diinginkan produk yang keluar dari drum drier dengan komposisi: Neraca Massa Total F37 = 757,576 kg/jam 37 Dengan Komposisi : Asam Benzoat : FAsBen = 756,818 kg/jam
N 37 AsBen = 6,197 kmol/jam = 0,758 kg/jam
37 Air
Air
: F
37 N H2O = 0,042 kmol/jam
Sehingga, kemurnian asam benzoat yang dihasilkan adalah 99,9%. Neraca Massa Total
:
Neraca Masuk = Neraca Keluar F34
=
F34a + F37
Neraca Massa Komponen Produk terdiri dari
:
99,9 % Asam Benzoat dalam keadaan kristal dan 0,1%
berupa air.
Universitas Sumatera Utara
Digunakan drum drier (DE-201) dengan efisiensi alat = 70% Neraca Massa Air
FH372O = (1-0,7) x FH342O 0,758 = 0,3 x FH342O
FH342O = 2,525 kg jam N
34 H2O
= 0,140 kmol jam
Sehingga, air yang teruapkan akibat proses pengeringan sebesar :
FH34a2O = 2,525 - 0,758 = 1,768 kg jam N
34a H2O
= 0,098 kmol jam
Neraca Massa Asam Benzoat Diasumsikan bahwa tidak ada asam benzoat dalam bentuk padat yang ikut menguap bersama dengan air pada alat drum dryer (DE-201) sehingga:
34 37 FAsBen = FAsBen = 756,818 kg/jam
N 34 AsBen = 6,197 kmol jam
Tabel LA.1 Neraca massa pada drum dryer (DE-201) Alur Masuk KOMPONEN
BM
Alur 34 N
F
AsBen
122,120
6,197 756,818
H2O
18,010
0,140
Total
Alur Keluar Alur 34a N
Alur 37
F
N
F
-
-
6,197
756,818
2,525
0,098
1,768
0,042
0,758
6,338 759,343
0,098
1,768
6,239
757,576
6,338 759,343
6,338
759,343
Universitas Sumatera Utara
LA.2. Crystallizer (CR-201) Fungsi : Membentuk kristal – kristal asam benzoat dari larutan induk (mother liquor) asam benzoat yang telah dimurnikan melalui proses pendinginan. AsBen (aq) H2O (l)
AsBen (aq) H2O (l)
(28) F
Neraca massa total :
S (26a)
crystallizer (CR-201)
AsBen (aq)
(34)
H2O (l) C
F=S+C+W
(Geankoplis, 2003)
Asumsi bahwa tidak ada asam benzoat dan air yang hilang sehingga W = 0 Dengan F : Feed (kg/jam) ; S : Mother Liquor (kg/jam) ; C : Kristal yang terbentuk (kg/jam). Digunakan operasi pada crystallizer (CR-201) dengan suhu operasi yaitu: 28oC, dimana kelarutan asam benzoat pada suhu tersebut adalah 0,38 kg/100 kg air. (Kirk Othmer, 1998). Neraca massa komponen Alur 28 0,89 F = 756,818 kg/jam. F
= 852,425 kg/jam.
Sehingga S = F – C = 852,425 kg/jam - 756,818 kg/jam = 93,539 kg/jam. Asumsi bahwa komposisi air yang terdapat pada mother liquor (S) adalah sebesar 90% dari total komposisi pada mother liquor (S) tersebut. Sehingga: Fair26a =
93,539 kg.jam -1 = 935,39 kg.jam -1 (1-0,9)
Mother liquor yang tidak membentuk asam benzoat dalam bentuk kristal dengan sejumlah air yang ikut dalam campuran, kemudian dialirkan ke dalam mixer (M-102) untuk dilakukan homogenasi dengan asam benzoat.
Universitas Sumatera Utara
LA-5
Komposisi Mother Liquor : F26aair =935,39 kg/jam. 26a FAsBen = 93,539 kg/jam
Feed yang masuk ke dalam crystallizer (CR-201) : 28 26 34 FAsBen = FAsBen + FAsBen
28 FAsBen = 93,539 kg/jam + 756,818 kg/jam = 850,358 kg/jam 28 FAir = 937,919 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa Crystallizer (CR-201) Alur Masuk KOMPONEN
BM
Alur 28 N
Asam Benzoat
122,120
6,963
Air (H2O)
18,010
52,078
Total
Alur Keluar
F 850,358
Alur 26a N
F
Alur 34 N
F
0,766
93,539
6,197
756,818
937,919 51,937
935,393
0,140
2,525
59,041 1.788,276 52,703 1.028,933
6,338
759,343
59,041 1.788,276
59,041
1.788,276
Universitas Sumatera Utara
LA.3. Mixer (M-102) Fungsi : Menghomogenkan antara air dan asam benzoat untuk kemudian dapat dilakukan kristalisasi sebelum masuk ke dalam kristaliser (CR-201).
Mixer (M-102) Diketahui: Neraca Massa Keluar (Alur 28) 28 FAsBen = 850,358 kg/jam
28 FAir = 937,919 kg/jam
F28
= 1788,276 kg/jam.
Pada alur 25 keluaran kolom destilasi diketahui:
25 FAsBen = 850,358 kg/jam 25 FAir = 2,067 kg/jam
Sehingga, air yang dibutuhkan untuk pelarutan asam benzoat adalah:
26 FAir = 937,919 kg/jam - 2,067 kg/jam
= 935,851 kg/jam.
Tabel LA.3 Neraca Massa Mixer II (M-201) ALUR MASUK Komponen
BM
Alur 25 %WT
N
Alur 26 F
AsBen
122,120
0,998 6,963 850,358
H2O
18,010
0,002 0,115
Total
ALUR KELUAR
%WT -
N
Alur 28 F
-
-
%WT
N
F
0,476
6,963
850,358 937,919
2,067
1,000 51,963 935,851
0,524 52,078
1,000 7,078 852,425
1,000 51,963 935,851
1,000 59,041 1788,276
59,041
1788,276
59,041 1788,276
Universitas Sumatera Utara
LA.4. Kolom Destilasi I (T-201)
E-203 20
22
V-201
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
23
27
F J-203
19
J-205
24
Vb, Xb
D-201
RB-201 Lb, Xb
B, Xb 21
J-204
25
J-206
Fungsi: Memisahkan produk asam benzoat dari campuran by-product yang masih kotor mengandung by-product sehingga didapatkan asam benzoat yang benar – benar murni. Data komposisi bottom adalah sebagai berikut: AsBen :
25 28 FAsBen = FAsBen = 850,358 kg/jam
28 N 25 AsBen =N AsBen = 6,963 kmol/jam
Air:
Total :
FH252O = FH282O = 2,067 kg/jam 28 N 25 H 2 O = N H 2 O = 0,114 kmol/jam
N 25 = 7,078 kmol/jam
25
F = 852,425 kg/jam
Dari data diatas didapatkan perhitungan untuk menentukan nilai Z. Maka : Z25AsBen = Z25H2O =
850,357 = 0,997 852,425
2,067 = 0,0024 852,424
Universitas Sumatera Utara
Data Freepatentsonline, 1964 N 25 2 = N19 3 X 19 AsBen = 0,656 X 19 BenAl = 0,2197 X 19 = 0,1095 Benz X 19 = 0,0148 H2O Tabel LA. 4 Derajat Kebebasan Kolom Destilasi T-201 Keterangan Jumlah variabel
N19AsBen , N19Benz , N19BenAl,
10
N19H2O,
N27AsBen,
N27Benz,
N27BenAl,
N27H2O,
N25AsBen,
N25H2O, Jumlah neraca TTSL
5
AsBen, BenAl, Benz, H2O
Spesifikasi: Komposisi
4
Laju alir
0
Hubungan pembantu:
-
Rasio laju alir
1
Jumlah
0
N25/ N19
N 25 2 = N19 3 Neraca Massa Total : Alur Masuk = Alur Keluar N19 Diketahui :
=
N27 + N25
N25 = 7,078 kmol /jam
Maka Persamaan diatas menjadi: N19
= N27 + 6,402
N19 – N27
= 7,078 Kmol / Jam
Universitas Sumatera Utara
2 3
N19
= N 25 /
N19
= 10,617 kmol /jam
27
= 10,617 – 7,078
27
= 3,582 kmol/jam
N N Feed terdiri dari:
Asam Benzoat: 65,6% ; Benzil Alkohol 21,97% ; Benzaldehide: 10,95% ; Air: 1,48% 65,6/122,12 = 58,026 % = 0,58026 65,6/122,12 + 21,97/108,12 + 10,95/106,12+1,48/18,01
XF =
Bottom terdiri dari: Asam Benzoat: 98,378% ; Air: 1,622% XW =
98,378/122,12 = 89,95 % = 0,8995 98,378/122,12+1,622/18,01
Destilat terdiri dari: Asam Benzoat: 0,043%; Benzil Alkohol: 65,91% ; Benzaldehide: 32,85%; Air: 1,196% XD =
0,043/122,12 =0,03597%= 0,00036 0,043/122,12 + 65,91/108,12 + 32,85/106,12+1,196/18,01
Neraca Massa Total: F=D+ W D=F-W F.XF = D.XD + W.XW F (0,58026) = (F – 7,078).(0,00036) + 7,078 x (0,8995) F = 10,974 kmol/jam D = F-W = 10,974 – 7,078 D = 3,896 kmol/jam. W= 7,078 kmol/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA-10
Alur 19 (Feed = F) Total
: N19
= 10,617 kmol/jam
19 Asam Benzoat : X 19 AsBen N
= 0,656 x 10,617
= 6,965 kmol/jam
19 Benzil Alkohol: X 19 BenAl N
= 0,2197 x 10,617
= 2,333 kmol/jam
19 Benzaldehide : X 19 Benz N
= 0,1095 x 10,617
= 1,163 kmol/jam
= 0,0148 x 10,617
=
H2O
19 : X 19 H2O N
0,157 kmol/jam
Alur 25 (Bottom = B) Total
: N25
= 7,078 kmol/jam
25 Asam Benzoat : X 25 AsBen N
= 0,984 x 7,078
= 6,963 kmol/jam
25 Benzil Alkohol: X 25 BenAl N
= 0
x 7,078
= 0
kmol/jam
25 Benzaldehide : X 25 Benz N
= 0
x 7,078
= 0
kmol/jam
H2O
25 : X 25 H2O N
= 0,0162 x 7,078
=
0,115 kmol/jam
Alur 27 (Destilat = D) Total
: N27 = N19 – N25
= 3,539 kmol/jam
19 25 Asam Benzoat : N 27 = 0,0015 kmol/jam AsBen = N AsBen - N AsBen = 6,965 - 6,963
X 27 AsBen
=
N 27 AsBen = N 27
0,0015 3,539
19 25 Benzil Alkohol: N 27 AsBen = N BenAl - N BenAl = 2,333 – 0
X 27 BenAl
=
N 27 BenAl = N 27
2,333 3,539
19 25 Benzaldehide : N 27 AsBen = N Benz - N Benz = 10,103 – 0
X 27 Benz H2O
=
N 27 Benz = N 27
1,162 3,539
19 25 : N 27 AsBen = N H 2 O - N H 2 O = 0,157 – 0,114
X
27 H2O
=
N 27 H2O N
27
=
0,042 3,539
= 0,00043 = 2,333 kmol/jam =
0,65910
= 10,103 kmol/jam = 0,3285 = 0,0423 kmol/jam = 0,012
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.5 Neraca Massa Kolom Destilasi I (T-201) ALUR MASUK Komponen
BM
ALUR KELUAR
Alur 19
Alur 27
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
N
Alur 25 F
N
F
(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam)
(kg/jam)
Asam Benzoat
122,120
6,965
850,544
0,0015
0,1871
6,963
850,3575
Benzil Alkohol
108,120
2,333
252,199
2,333
252,198
-
-
Benzaldehide
106,120
1,163
123,372
1,163
123,372
-
-
18,010
0,157
2,830
0,0423
0,7627
0,115
2,067
H2O
Total
10,617
1.228,946
10,617
1.228,946
3,539
376,521
10,617
7,078
852,425
1.228,946
Universitas Sumatera Utara
LA.4.1 Kondensor I (E-203)
E-203 20
22
V-201
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
23
27
F J-203
19
J-205
24
Vb, Xb
D-201
RB-201 Lb, Xb
B, Xb 21
25
J-206
J-204
Tekanan uap komponen, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Antoine : ln P = A -
B (T + C)
(Reklaitis, 1983)
Keterangan : P
= tekanan (mmHg)
A,B,C = konstanta Antoine T
= temperatur (K) Tabel LA.6 Konstanta Antoine Komponen Komponen
A
Toluena 16,0137 Asam Benzoat 17,1634 Benzil Alkohol 17,4582 Benzaldehide 16,3501 H2O 18,3036 (Coulson & Richardson , 1990)
B
C
3.096,52 4.190,70 4.384,81 3.748,62 3.816,44
-53,67 -125,20 -73,15 -66,12 -46,13
Universitas Sumatera Utara
Menentukan kondisi umpan Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk sampai syarat Σ Ki,Xi = 1 terpenuhi. P = 2,5 Psia = 17,236 kPa (Freepatentsonline.com) Trial : T = 421,594 K Tabel LA.7 Titik Didih Umpan Masuk Destilasi Komponen
XiF
Pi
Pi
(mmHg)
(KPa)
Ki
XiF Ki
αif = Ki/Khk
Asam Benzoat
0,6560
20,5827
2,7441
0,1592
0,1044
1,0000
Benzil Alkohol
0,2197
130,8729
17,4480
1,0122
0,2224
6,3584
Benzaldehide
0,1095
331,8514
44,2424
2,5667
0,2811
16,1229
H2O
0,0148 3425,5032
456,6881 26,4949
0,3921 166,4265
Total
1,0000 3908,8102
521,1226 30,2330
1,0000
Maka, suhu umpan (F) adalah 421,594 K = 148,444 oC Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total) Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai syarat Σyid/Ki = 1 terpenuhi. P = 2,5Psia = 17,236 kPa Trial : T = 414,739 K Tabel LA.8 Dew Point Destilat Pi
Pi
(mmHg)
(KPa)
Ki
YiD/Ki
αiD =
Komponen
YiD
Asam Benzoat
0,0004
14,7273
1,9634
0,1139
0,0038
1,0000
Benzil Alkohol
0,6591
101,6659
13,5541
0,7863
0,8382
6,9032
Benzaldehide
0,3285
269,7053
35,9571
2,0861
0,1575
18,3133
H2O
0,0120 2835,4991 378,0287 21,9314
0,0005 192,5337
Total
1,0000 3221,5976 429,5034
1,0000
Ki/Khk
Maka, suhu destilat (D) adalah 414,739 K = 141,589 oC
Universitas Sumatera Utara
Menentukan kondisi operasi bottom (reboiler) Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial bubble point sampai syarat Σxi.Ki = 1 terpenuhi. P = 2,5 Psia = 17,236 kPa Trial : T = 438,367 K Tabel LA.9 Boiling Point Produk Bawah Komponen
XiB
Asam Benzoat
0,984
Pi
Pi
(mmHg)
(KPa)
αiB=
Ki
Ki.XiB
0,3403
0,3348
1
H2O
0,016 5290,4908 707,0667 41,0206
0,6652
1,9868
Total
1,000 5334,3824 712,9327
1,0000
43,8915
5,8660
Ki/Khk
Maka suhu pada bottom (B) adalah 438,367 K = 165,217oC Refluks Minimum Destilat Umpan dimasukkan dengan fraksi uap (f)= 0,1023 sehingga q = 1- f q = 0,898 1− q = ∑
α i .x iF sehingga αi − Φ
αi .x iF = 0,898 i −Φ
∑α
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial omega sampai syarat α i .x iF = 0,898 terpenuhi. i −Φ
∑α
Trial : Φ = 1,092 Tabel LA.10 Omega Point Destilasi Komponen
XiF
α i .x iF i −Φ
∑α
αiF
Asam Benzoat
0,6560
1,0000
0,5607
Benzil Alkohol
0,2197
6,3584
0,2140
Benzaldehide
0,1095
16,1229
0,1084
H2O
0,0148
166,4265
0,0148
Total
1,0000
0,8978
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.11
Komponen
Yid
α i .x iD i −Φ
∑α
α i .x iD i −Φ
∑α
αiD
Asam Benzoat
0,0004
1,0000
-0,0047
Benzil Alkohol
0,6591
6,9032
0,7830
Benzaldehide
0,3285
18,3133
0,3493
H2O
0,0120
192,5337
0,0120
Total
1,0000
218,7502
1,1396
R Dm + 1 = ∑
αi .x Di αi − Φ
R Dm + 1 = 1,1396 R Dm
= 0,11396
RD = 1,5 RDm
(Geankoplis, 2003)
RD = 1,5 x 0,11396 RD = 0,214073227 Jika : Rd =
Ld = 0,214073227 D
Ld=0,21407 x 3,896= 0,817 kmol/jam
Vd = Ld + D Vd = 0,816 + 3,896 = 4,712 Kmol/jam Komposisi : Alur 27 (D) Asam Benzoat : X 27 AsBen
= X Vd AsBen
= X Ld AsBen
= 0,00043
Benzil Alkohol: X 27 BenAl
= X Vd BenAl
= X Ld BenAl
= 0,6591
Benzaldehide : X 27 Benz
= X Vd Benz
= X Ld Benz
= 0,3285
: X 27 H2O
= X Vd H2O
= X Ld H2O
= 0,0119
H2O
Universitas Sumatera Utara
LA-16
Alur 20 (Vd) = N23 + N27
= 4,712 kmol/jam
20 Asam Benzoat : X 20 AsBen N
= 0,00043 x 4,712
= 0,002 kmol/jam
20 Benzil Alkohol: X 20 BenAl N
= 0,65910 x 4,712
= 3,106 kmol/jam
20 Benzaldehide : X 20 Benz N
= 0,3285 x 4,712
= 1,548 kmol/jam
15 : X 20 H2O N
= 0,0119 x 4,712
= 0,056 kmol/jam.
Total
H2O
: N20
Alur 23 (Ld) Total
: N23
= 1,1728 kmol/jam
23 Asam Benzoat : X 23 AsBen N
= 0,0004 x 1,1728
= 0,0005 kmol/jam
23 Benzil Alkohol: X 23 BenAl N
= 0,6591 x 1,1728
= 0,7730 kmol/jam
23 Benzaldehide : X 23 Benz N
= 0,3285 x 1,1728
= 0,3853 kmol/jam
23 : X 23 H2O N
= 0,0120 x 1,1728
= 0,0140 kmol/jam.
H2O
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.12 Neraca Massa Kondensor I (E-203) Alur Masuk Komponen
BM
Alur Keluar
Alur 20 (Vd)
Alur 23 (Ld)
Alur 27 (D)
N
F
N
F
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
AsBen
122,120
0,0020
0,2492
0,0005
0,0620
0,0015
0,1872
BenAl
108,120
3,1056
335,7746
0,7730
83,5760
2,3326
252,1986
Benz
106,120
1,5478
164,2567
0,3853
40,8843
1,1626
123,3724
H2O
18,010
0,0564
1,0155
0,0140
0,2528
0,0424
0,7627
4,7118
501,2960
1,1728
124,7751
3,5390
376,5208
4,7118
501,2960
Total
4,7118
501,2960
Universitas Sumatera Utara
LA.4.2 REBOILER I (RB – 201)
E-203 20
22
V-201
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
23
27
F J-203
19
J-205
24
Vb, Xb
D-201
RB-201 Lb, Xb
B, Xb 21
J-204
25
J-206
Karena umpan merupakan sebagian uap sebagian cair maka:
Vd
= Vb + (1-q) F
(McCabe,1997)
4,713
= Vb + (1 - 0,898) x 10,974
Vb
= 3,590 kmol/jam
Lb
= Vb + W
Lb
= 3,590 + 6,402 1
Lb
= 10,66831 kmol/jam
Komposisi :
Air
Vb Lb : X 25 H 2 O = X H 2 O = X H 2 O = 0,0162
Asam Benzoat
Vb Lb : X 25 AsBen = X H 2 O = X H 2 O = 0,983
Alur 21 (Lb)
Total
: N21
Air
21 : X 21 H2O N
= 0,0162 x 10,66831 = 0,1730 kmol/jam
Asam Benzoat
21 : X 21 H2O N
= 0,983 x 10,66831 = 10,4953 kmol/jam
= 10,66831 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LA-19
Alur 24 (Vb)
Total
: N24
Air Asam Benzoat
=
3,5902 kmol/jam
24 : X 24 H2O N
= 0,0162 x 10,66831 =
0,0582 kmol/jam
24 : X 24 AsBen N
= 0,983 x 10,66831 =
3,5320 kmol/jam
Tabel LA.13 Neraca Massa Reboiler I (RB-201) Alur Masuk Komponen
BM (kg/kmol)
Alur Keluar
Alur 21 (Lb)
Alur 24 (Vb)
Alur 25 (W)
N
F
N
N
(kmol/jam)
(kg/jam)
-
-
-
-
-
-
10,4953 1.281,687
3,5320
431,329
6,963
850,357
F
F
(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam)
Toluena
92,140
Asam Benzoat
122,120
Benzil Alkohol
108,120
-
-
-
-
-
-
Benzaldehide
106,120
-
-
-
-
-
-
H2O
18,010
0,1730
3,1158
0,0582
1,0486
0,115
2,0672
10,668 1.284,803
3,5902
432,378
6,402
852,424
Total
10,668 1.284,803
10,668
1.284,803
Universitas Sumatera Utara
LA.5. Kolom Destilasi II (T-202)
E-206 30
31
V-202
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
32
38
F J-208
29
J-210
35
Vb, Xb
D-201
RB-202 Lb, Xb
B, Xb 33
J-209
36
J-211
Fungsi: Untuk memisahkan antara benzaldehide dengan benzil alkohol sehingga didapatkan by-product masing – masing yang murni. Alur 29 (Feed) N 29 AsBen = 0,0015 kmol/jam N 29 BenAl = 2,3326 kmol/jam N 29 Benz = 1,1626 kmol/jam
N 29 H 2 O = 0,0424 kmol/jam Fraksi mol umpan benzaldehide:
X 29 Benz =
N 29 1,1626 Benz = 0,329 = 29 29 29 29 N AsBen + N BenAl + N Benz + N H2O 0,0015+ 2,3326+ 1,1626 + 0,0424
Universitas Sumatera Utara
Diinginkan, destilat dengan komposisi 99% benzaldehide (fraksi massa) dari umpan benzaldehide yang masuk. Alur 38 (destilat)
Asumsi: tidak ada asam benzoat yang ikut menjadi destilat karena penguapan, 38 sehingga FAsBen = 0 kg/jam
38 FBenz = 0,99 × 123,3724 kg/jam = 122,139 kg/jam
Sebanyak 1% benzil alkohol dari umpan benzil alkohol menjadi destilat dan selebihnya menjadi produk bawah (bottom) sehingga: 38 FBenAl = 0,01 × 252,199 kg/jam = 2,522 kg/jam
Air yang ikut menguap menjadi destilat sebesar 75% dari umpannya dan selebihnya ikut menjadi produk bawah (bottom), sehingga:
FH382O = 0,75 × 0,763 kg/jam = 0,572 kg/jam Dari perhitungan diatas didapatkan bahwa : Xd = 0,954 dan Xw =0,005 Neraca Massa Total
F
=
D
+
W
F.XF
=
D. XD
+
W. XW
3,539. 0,329 =
D. 0,954
+
(3,539 – D). 0,005
D
=
1,206 kmol/jam.
W
=
2,333 kmol/jam.
Alur 36 (bottom) 36 29 FAsBen = FAsBen = 0,1871 kg/jam
N 36 AsBen =
36 FAsBen 0,1871 kg/jam = = 0,002 kmol/jam BM AsBen 122,12 kg/kmol
36 FBenz = 0,01 × 123,3724 kg/jam = 1,234 kg/jam
N 36 Benz =
36 FBenz 1,234 kg/jam = = 0,012 kmol/jam BM Benz 106,120 kg/kmol
36 FBenAl = 0,99 × 252,199 kg/jam = 249,677 kg/jam
N36 BenAl =
36 FBenAl 249,677 kg/jam = = 2,309 kmol/jam BM BenAl 108,120 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
LA-22
FH362O = 0,25 × 0,763 kg/jam = 0,191 kg/jam N
36 H2O
=
FH362O BM H 2O
=
0,191 kg/jam = 0,011 kmol/jam 18,01 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.14 Neraca Kolom Destilasi II (T-202) Alur Masuk KOMPONEN
Alur Keluar
Alur 29
BM X
Alur 38
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
X
Alur 36
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
X
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
AsBen
122,120
0,0004
0,002
0,187
-
-
-
0,001
0,002
0,187
Benz
108,120
0,329
1,163
123,372
0,954
1,151
122,139
0,005
0,012
1,234
BenAl
106,120
0,659
2,333
252,199
0,019
0,023
2,522
0,990
2,309
249,677
Air
18,010
0,012
0,042
0,763
0,026
0,032
0,572
0,005
0,011
0,191
1,000
3,539
376,521
1,000
1,206
125,233
1,000
2,333
251,288
3,539
376,521
Total Total
3,539
376,521
Universitas Sumatera Utara
LA.5.1 Kondensor II (E- 206)
E-206 30
31
V-202
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
32
38
F J-208
29
J-210
35
Vb, Xb
D-202
RB-202 Lb, Xb
B, Xb 33
36
J-211
J-209
Tekanan uap komponen, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Antoine : ln P = A -
B (T + C)
(Reklaitis, 1983)
Tabel LA.15 Konstanta Antoine Komponen Komponen
A
Toluena 16,0137 Asam Benzoat 17,1634 Benzil Alkohol 17,4582 Benzaldehide 16,3501 H2O 18,3036 (Coulson & Richardson , 1990)
B
C
3.096,52 4.190,70 4.384,81 3.748,62 3.816,44
-53,67 -125,20 -73,15 -66,12 -46,13
Keterangan : P
= tekanan (mmHg)
A,B,C = konstanta Antoine T
= temperatur (K)
Menentukan kondisi umpan
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk sampai syarat Σ Ki,Xi = 1 terpenuhi. Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Universitas Sumatera Utara
Trial : T = 428,15 K
Tabel LA.16 Titik Didih Umpan Masuk Destilasi Komponen
XiF
Pi
Pi
(mmHg)
(KPa)
Ki
XiF Ki
αif = Ki/Khk
Asam Benzoat
0,0004
27,9502
3,7263
0,0965
0,0000
1,0000
Benzil Alkohol
0,6591
165,1118
22,0127
0,5701
0,3758
5,9074
Benzaldehide
0,3285
401,6794
53,5519
1,3870
0,4556
14,3713
H2O
0,0120 4078,3282
543,7227 14,0822
0,1685 145,9141
Total
1,0000 4673,0695
623,0136 16,1358
1,0000
Maka, suhu umpan (F) adalah 428,15 K = 155oC Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total)
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai syarat Σyid/Ki = 1 terpenuhi. Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa Trial : T = 417,3 K
Tabel LA.17 Dew Point Destilat Komponen
YiD
Pi
Pi
(mmHg)
(KPa)
Ki
YiD/Ki
Asam Benzoat
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
Benzil Alkohol
0,0193
111,8563
14,9127
0,3862
0,0501
Benzaldehide
0,9543
291,7056
38,8902
1,0072
0,9475
H2O
0,0263 3045,4722 406,0224 10,5158
0,0025
Total
1,0000 3449,0341 459,8252
1,0000
Maka, suhu destilat (D) adalah 417,3 K = 144,150oC Menentukan kondisi operasi bottom (reboiler)
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial bubble point sampai syarat Σxi.Ki = 1 terpenuhi. Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa Trial : T = 441,98 K
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.18 Boiling Point Produk Bawah Komponen
XiB
Pi
Pi
(mmHg)
(KPa)
Ki
Ki.XiB
αiB= Ki/Khk
Asam Benzoat
0,0007
51,1287
6,8333
0,1770
0,0001
1,0000
Benzil Alkohol
0,9898
262,3735
35,0658
0,9082
0,8989 7732,2723
Benzaldehide
0,0050
587,9562
78,5795
2,0352
0,0101
87,2330
H2O
0,0045
5781,8172 772,7318
20,0135
0,0908
781,2475
Total
1,000
5334,3824 712,9327
1,0000
Maka suhu pada bottom (B) adalah 441,98 K = 168,83oC Refluks Minimum Destilat
Umpan dimasukkan dengan fraksi uap (f)= 0,1068 sehingga q = 1- f q = 0,8932 1− q = ∑
α i .x iF sehingga αi − Φ
αi .x iF = 0,8932 i −Φ
∑α
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial omega sampai syarat αi .x iF = 0,8932 terpenuhi. i −Φ
∑α
Trial : Φ = 1,902
Tabel LA.19 Omega Point Destilasi Komponen
XiF
α i .x iF i −Φ
∑α
αiF
Asam Benzoat
0,0004
1,0000
0,0002
Benzil Alkohol
0,6591
5,9074
0,5720
Benzaldehide
0,3285
14,3713
0,3091
H2O
0,0120
145,9141
0,0119
Total
1,0000
0,8932
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.20
Komponen
Yid
α i .x iD i −Φ
∑α
α i .x iD i −Φ
∑α
αiD
Asam Benzoat
0,0000
1,0000
0,0000
Benzil Alkohol
0,0193
6,6900
0,0231
Benzaldehide
0,9543
17,4466
1,0180
H2O
0,0263
182,1463
0,0265
Total
1,0000
207,2829
1,0677
R Dm + 1 = ∑
αi .x Di αi − Φ
R Dm + 1 = 1,0677 R Dm
= 0, 0677
RD = 1,5 RDm
(Geankoplis, 2003)
RD = 1,5 x 0,0677 RD = 0,1015 Jika : Rd =
Ld = 0,1223 D
Ld=0,1223 x 1,2060 = 0,1223 kmol/jam
Vd = Ld + D Vd = 0,1223 + 1,2060 = 1,3284 Kmol/jam Komposisi : Alur 38 (D) Asam Benzoat : X 38 AsBen
= X Vd AsBen
= X Ld AsBen
= 0
Benzil Alkohol: X 38 BenAl
= X Vd BenAl
= X Ld BenAl
= 0,019
Benzaldehide : X 38 Benz
= X Vd Benz
= X Ld Benz
= 0,954
: X 38 H2O
= X Vd H2O
= X Ld H2O
= 0,026
H2O
Universitas Sumatera Utara
LA-28
Alur 32 (Ld) Total
: N32
= 0,1224 kmol/jam
32 Asam Benzoat : X 32 AsBen N
= 0 x 0,1224
=
32 Benzil Alkohol: X 32 BenAl N
= 0,019 x 0,1224
= 0,0024 kmol/jam
32 Benzaldehide : X 32 Benz N
= 0,954 x 0,1224
= 0,1168 kmol/jam
32 : X 32 H2O N
= 0,026 x 0,1224
= 0,0032 kmol/jam
: N30
= N32 + N38
H2O
0 kmol/jam
Alur 30 (Vd) Total
= 1,3284 kmol/jam
Asam Benzoat : N 30 AsBen =
38 N 32 AsBen + N AsBen
= 0 kmol/jam
Benzil Alkohol: N 30 BenAl =
38 N 32 BenAl + N BenAl
= 1,1533 kmol/jam
Benzaldehide : N 30 Benz = H2O
: N30 H2O =
38 N 32 Benz + N Benz
= 0,1401 kmol/jam
38 N32 H2O + N H2O
= 0,0350 kmol/jam.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.21 Neraca Massa Kondensor II (E-206) Alur Masuk Komponen
BM
Alur Keluar
Alur 30 (Vd)
Alur 32 (Ld)
Alur 38 (D)
N
F
N
F
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
(kmol/jam)
(kg/jam)
Asam Benzoat
122,120
-
-
-
-
-
-
Benzaldehide
106,120
1,1533
134,53
0,0024
12,39
1,1509
122,1386
Benzil Alkohol
108,120
0,1401
2,78
0,1168
0,26
0,0233
2,5220
H2O
18,010
0,0350
0,6301
0,0032
0,0581
0,0318
0,5721
1,3284
137,94
0,1224
12,71
1,2060
125,2327
1,3284
137,94
Total
1,3284
137,94
Universitas Sumatera Utara
LA-30
LA.5.2 REBOILER II (RB – 202)
E-206 30
31
V-202
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
32
38
F J-208
29
J-210
35
Vb, Xb
T-202
RB-202 Lb, Xb
B, Xb 33
J-209
36
J-211
Karena umpan merupakan sebagian uap sebagian cair maka:
Vd
= Vb + (1-q) F
1,3284
= Vb + (1 - 0,893) x 3,539
Vb
= 0,019 kmol/jam
Lb
= Vb + W
Lb
= 0,019 + 2,333
Lb
= 2,3520 kmol/jam
(McCabe,1997)
Komposisi :
Asam Benzoat
:
Vb Lb X 36 AsBen = X AsBen = X AsBen = 0,001
Benzil Alkohol
:
Vb Lb X 36 BenAl = X BenAl = X BenAl = 0,990
Benzaldehide
:
Vb Lb X 36 Benz = X Benz = X Benz = 0,005
Air
:
Vb Lb X 36 H 2 O = X H 2 O = X H 2 O = 0,005
Universitas Sumatera Utara
Alur 33 (Lb) : N33
Total
= 2,3520 kmol/jam
33 Asam Benzoat : X 33 AsBen N
= 0,001 x 2,3520
= 0,0015 kmol/jam
33 Benzaldehide: X 33 BenAl N
= 0,005 x 2,3520
= 0,0117 kmol/jam
33 Benzil Alkohol: X 33 Benz N
= 0,990 x 2,3520
= 2,3280 kmol/jam
33 : X 33 H2O N
= 0,005 x 2,3520
= 0,0107 kmol/jam
: N35
= N33 - N36
H2O
Alur 35 (Vb) Total
= 0,9505 kmol/jam
Asam Benzoat : N 35 AsBen =
36 N 33 AsBen - N AsBen
= 0,0000125 kmol/jam
Benzil Alkohol: N 35 BenAl =
36 N 33 BenAl - N BenAl
= 0,0188 kmol/jam
Benzaldehide : N 35 Benz = H2O
: N35 H2O =
36 N 33 Benz - N Benz
= 0,0001 kmol/jam
36 N33 H2O - N H2O
= 0,0001 kmol/jam.
Tabel LA.22 Neraca Massa Reboiler II (RB-202) Alur Masuk Komponen
BM (kg/kmol)
Alur Keluar
Alur 33 (Lb)
Alur 35 (Vb)
Alur 36 (W)
N
F
N
N
(kmol/jam)
(kg/jam)
F
F
(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam)
Asam Benzoat
122,120
0,0015
0,1887
0,0000
0,0015
0,0015
Benzil Alkohol
108,120
2,3280
251,7078
0,0188
2,0312
2,3093 249,6766
Benzaldehide
106,120
0,0117
1,2438
0,0001
0,0100
0,0116
1,2337
H2O
18,010
0,0107
0,1922
0,0001
0,0016
0,0106
0,1907
Total
2,3520
253,3325
2,3520
253,3325
0,0190
2,0443
2,3520
2,3330
0,1872
251,2881
253,3325
Universitas Sumatera Utara
LA.6. Flash Drum (D-201)
Toluena Benzaldehide Benzil Alkohol Asam Benzoat H2O
17 Toluena Benzaldehide Benzil Alkohol Asam Benzoat H2O
16
Flash Drum (D-201)
Benzaldehide Benzil Alkohol Asam Benzoat H2O
18
Fungsi: Memisahkan fasa cair asam benzoat dari campuran fasa gasnya. Tabel LA.23 Derajat Kebebasan Flash Drum D-201 Keterangan
Jumlah variabel
11
F16Tol
F16AsBen
,
,
F16Benz
,
F16BenAl, F16H2O, F17Tol, F17H2O, F18Benz,
F18BenAl
18 ,F AsBen,
F18H2O Jumlah neraca TTSL
5
AsBen, BenAl, Benz, H2O
Spesifikasi: Komposisi
4
Laju alir
1
Hubungan pembantu:
-
Rasio laju alir
1
Jumlah
0
N17/ N18
Universitas Sumatera Utara
Diketahui: Alur keluar ke Kolom Destilasi I (alur 18) diketahui:
• Neraca massa total F18 = F19
= 1.228,9455 kg / jam
• Neraca massa komponen: Asam Benzoat :
19 F 18 AsBen = F AsBen
= 850,5446 kg / jam
Benzil Alkohol:
19 F 18 BenAl = F BenAl
= 252,1985 kg / jam
Benzaldehide : Air
:
19 F 18 Benz = F Benz
19 F 18 H2O = F H2O
= 123,372 kg / jam = 2,830 kg / jam
Misalkan L = F18 = 1.228,9455 kg/jam Tekanan Operasi
= 2,5 Psi = 0,1701 atm (17,236 kPa)
Temperatur
= 473,15 K (200oC)
Tol = Exp(16,0137-
3.096,52 ) = 747,63 kPa (473,15-53,67)
AsBen = Exp(17,1634-
4.190,70 ) = 22,30 kPa (473,15-125,20)
Benz = Exp(16,3501-
3.748,62 ) =168,25 kPa (473,15-66,12)
BenAl = Exp(17,4582-
Air = Exp(18,3036-
4.384,81 ) = 88,34 kPa (473,15-73,15)
3.816,44 ) =1558,12 kPa (473,15-46,13)
Perhitungan Flash Drum Xi = Zi Yi = Ki.Zi Ki =
Pi P
Pbubble = ∑ X i .Pi = X 1 . p1 + X 2 .P2 + X 3.P3 + X 4 .P4
Pdew =
1 Yi
∑P
(Smith, 2001) (Smith, 2001)
i
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.24 Hasil Perhitungan Pbubble dan Pdew Komponen
Zi
Pa
Xi.Pi
K
yi
Yi/Pi
Tol
0,0468
747,63
35,0238
2,2086
0,1035
0,0030
AsBen
0,6240
22,30
13,9415
0,8791
0,5497
0,0394
BenAl
0,2129
88,34
18,4990
1,1665
0,1156
0,0066
Benz
0,1022
168,25
17,5599
1,1073
0,2443
0,0132
Air
0,0141
1558,12
21,9799
1,3860
0,0196
0,0009
Total
1,0000
107,0040
Pbubble
1,0000
0,0631
107,0040
Pdew
13,827
Pdew < P < Pbuble terjadi kesetimbangan uap-cair 13,827 < 15,85794 < 107,0040 kPa maka terjadi kesetimbangan uap-cair. Dimana; L = 1-V
Z i ( K i − 1) = 1 i − 1)
∑ 1 + V (K xi =
Zi 1 + v ( Ki − 1)
Yi = Ki.Zi Setelah dilakukan trial terhadap V, maka diperoleh V = 0,5520 L = 0,4480 Tabel LA. 25 Hasil Iterasi Flash Drum (D-201) Komponen
xi =
Zi 1 + v( Ki − 1)
Yi = Ki.Zi
Tol
0,0621
0,1371
AsBen
0,5890
0,5178
BenAl
0,1091
0,1208
Benz
0,2237
0,2610
Air
0,0161
0,0223
Total
1,0000
1,0000
Universitas Sumatera Utara
LA-35
N18 (L) = 10,6396 kmol /jam = 1.228,9455 kg/jam. Maka:
Jika,
N 16 =
10,6396 = 23,749 kmol/jam 0,4480
Jumlah mol fasa cair = 0,4480 x 23,749 = 10,6396 kmol/jam. Jumlah mol fasa uap = 0,5520 x 23,749 = 13,1094 kmol/jam Dari hasil diatas diperoleh, pada destilat terdapat toluena, asam benzoat, benzil alkohol, benzaldehide, dan air. Sedangkan toluena tidak terdapat pada bagian bottom karena telah menguap semua ke bagian destilat (temperatur Flash Drum (200oC (473,15 K)) jauh melebihi titik didih senyawa tersebut pada 0,1565 atm (15,8579 kPa)).
Alur 16
Alur 17
Alur 18
Total
: N16
= 23,749 kmol /jam
Toluena
: N16Tol
= 1,1126 kmol/jam
Asam Benzoat
: N16AsBen
= 14,8495 kmol/jam
Benzil Alkohol
: N16BenAl
= 4,9732 kmol/jam
Benzaldehide
: N16Benz
= 2,4787 kmol/jam
Air
: N16Air
= 0,3350 kmol/jam
Total
: N17
= 13,8831 kmol /jam
Toluena
: N17Tol
= 1,1126 kmol/jam
Asam Benzoat
: N17AsBen
= 6,7883 kmol/jam
Benzil Alkohol
: N17BenAl
= 3,4213 kmol/jam
Benzaldehide
: N17Benz
= 1,5839 kmol/jam
Air
: N17Air
= 0,2929 kmol/jam
Total
: N18
= 10,6396 kmol /jam
Asam Benzoat
: N18AsBen
= 6,9648 kmol/jam
Benzil Alkohol
: N18BenAl
= 2,3765 kmol/jam
Benzaldehide
: N18Benz
= 1,1411 kmol/jam
Air
: N18Air
= 0,1571 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.26 Neraca Massa Flash Drum (D-201) Alur Masuk KOMPONEN
Alur Keluar
Alur 16
BM %mol
Alur 17
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
%mol
Alur 18
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
%mol
N
F
(kmol/jam)
(kg/jam)
Toluena
92,1400
0,0468
1,1126
52,8884 0,1035
1,1126
52,8884
-
-
-
Asam Benzoat
122,1200
0,6240
14,8495
935,5991 0,5497
6,7883
85,0545
0,6546
6,9648
850,5447
Benzaldehide
106,1200
0,1022
2,4787
135,7096 0,1156
1,5839
12,3372
0,1072
1,1411
123,3724
Benzil Alkohol
108,1200
0,2129
4,9732
277,4184 0,2443
3,4213
25,2199
0,2234
2,3765
252,1985
Air
18,0100
0,0141
0,3350
3,1130 0,0196
0,2929
0,2830
0,0148
0,1571
2,8300
13,8831
175,7829
1,0000
Total
1,0000
23,749
1.404,7285
23,749
1.404,7285
1,0000
23,749
10,6396
1.228,9455
1.404,7285
Universitas Sumatera Utara
LA.7. Vaporizer (E-110)
Fungsi: Untuk memisahkan antara toluena, by-product dan asam benzoat yang mengalir dari katalis mangan asetat. Diketahui dari perhitungan sebelumnya bahwa: F15 =
1.404,7285 kg/jam
Neraca Massa Total : Laju Massa Masuk = Laju Massa Keluar F10 = F12 + F15 Alur 15
F 15 Toluena
=
52,8884 kg / jam
Asam Benzoat :
F 15 AsBen
=
935,5991 kg / jam
Benzil Alkohol:
F 15 BenAl
=
277,4184 kg / jam
Benzaldehide :
F 15 Benz
=
135,7096 kg / jam
H2O
:
F 15 H2O
=
3,1130 kg / jam
Fout total
= F15Tol + F15AsBen + F15BenAl + F15Benz + F15H2O
Toluena
:
= 52,8884 kg/jam + 935,5991 kg/ jam + 277,4184 kg/jam + 135,7096 kg/jam + 3,110 kg/jam. F15
= 1.404,7285 kg / jam
Universitas Sumatera Utara
LA-38
Alur 10 (Alur Masuk)
Asumsi : Asam Benzoat, Benzaldehide dan Benzil Alkohol tidak ikut terbuang melalui alur 12. Alur keluaran dari reaktor.
Neraca Massa Komponen: F 10 Tol
=
52,8884 kg/jam
Asam Benzoat :
F 10 AsBen
=
935,5991 kg/jam
Benzil Alkohol:
F 10 BenAl
=
277,4184 kg/jam
Benzaldehide :
F 10 Benz
=
135,7096 kg/jam
Toluena
:
Untuk efisiensi alat vaporizer 98% diperoleh neraca massa sebagai berikut: Neraca Komponen Mangan Asetat dan Air: Air
:
F
10 H2O
=
FH152 O 0,98
=
3,1129 0,98
= 3,1765 kg / jam
Mangan Asetat: 100% Mangan Asetat yang keluar dari reaktor dan masuk ke dalam Vaporizer dikembalikan ke tangki mangan asetat untuk diregenerasi.
F 10 MnAs = 24,600 kg/jam. Fin total
= F10Tol + F10AsBen + F10BenAl + F10Benz + F10H2O + F10MnAs = 52,8884 kg/jam +935,5991 kg/ jam + 277,4184 kg/jam + 135,7096 kg/jam + 3,1765 kg/jam + 24,600 kg / jam
F10
= 1.431,8520 kg / jam
Alur 12
Neraca Massa Komponen Mangan Asetat: 100% Mangan Asetat yang keluar dari reaktor dan masuk ke dalam Vaporizer dikembalikan ke gudang mangan asetat sementara untuk di regenerasi.
Mangan Asetat:
10 F 12 MnAs = F MnAs = 27,06 kg/jam.
Air
F 12 H2O
:
15 = F 10 H2O - F H2O
= 3,1765 kg / jam - 3,11297 kg / jam = 0,0635 kg / jam.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.27 Neraca Massa Vaporizer (V-101) Alur Masuk KOMPONEN
BM
Alur 10 X
Toluena
Alur Keluar
N
Alur 15 F
X
Alur 12
N
F
X
N
F
92,140
0,0465
0,574
52,888
0,0468
0,574
52,888
-
-
-
Asam Benzoat
122,120
0,6201
7,661
935,599
0,6253
7,661
935,599
-
-
-
Mangan Asetat
249,090
0,0080
0,099
24,600
-
-
-
0,966
0,099
24,600
Benzil Alkohol
108,120
0,2077
2,566
277,418
0,2094
2,566
277,418
-
-
-
Benzaldehide
106,120
0,1035
1,279
135,710
0,1044
1,279
135,710
-
-
-
18,010
0,0143
0,173
3,17
0,0141
0,173
3,113
0,034
0,004
0,064
12,352
1.429,39
1,0000
12,253
1.404,728
1,0000
0,103
24,664
12,352
1.429,39
Air Total
1,0000
12,352
1.429,39
Universitas Sumatera Utara
LA.8. Reaktor (R-101)
7 MnAs Toluena
6
Reaktor (R-101)
5
Oksigen
9
8
H2O (g) Toluena (g) Oksigen (g) Toluena Benzaldehide Benzil Alkohol Asam Benzoat H2O Mangan Asetat
Diketahui: Data keluaran dari reaktor yang masuk ke dalam vaporizer sebagai berikut: ALUR 9
Neraca Massa Total: F9
= 1.429,39 kg/jam
Toluena:
9 FTol
=
Asam Benzoat:
9 FAsBen
= 935,5991 kg/jam
Mangan Asetat:
F 9MnAs
=
Benzil Alkohol:
9 FBenAl
= 277,4184 kg/jam
Benzaldehide:
9 FBenz
= 135,7096 kg/jam
FH9 2O
=
Air
:
52,8884 kg/jam
24,600 kg/jam
3,1765 kg/jam
Sehingga: Laju total massa keluar reaktor (downstream) : = F9Tol + F9AsBen + F9MnAs + F9BenAl + F9Benz + F9H2O
Fin total
= 52,8884 kg/jam + 935,5991 kg/jam + 24,600 kg/jam + 277,4184 kg/jam + 135,7096 kg/jam + 3,1765 kg/jam F9
= 1.429,39 kg / jam.
Universitas Sumatera Utara
Reaksi yang terjadi dalam reaktor: 1. Reaksi Pembentukan Asam Benzoat C6H5CH3 (l) +
3 O2 (g) 2
Mn
C6H5COOH (l) + H2O (l)
Konversi toluena dalam pembentukan Asam Benzoat = 60% (XA = 0,6) (freepatentsonline, 1962)
σToluena
= –1
σOksigen
= – 3 /2
σAsam Benzoat = 1 σAir
= 1
Asam Benzoat:
9 FAsBen
= 935,5991 kg/jam
N 9AsBen
=
7,661 kmol/jam
Mula – mula dalam reaktor, tidak terdapat asam benzoat, sehingga:
N9AsBen
= AsBen mula - mula + R
7,661 kmol/jam
= 0,696 kmol/jam + r r = 6,965 kmol/jam
Neraca Massa Komponen: 1. Toluena 6 N 6 Toluena x X Toluena N Toluena x0,6 = r = 6,965 kmol/jam = -σ Toluena -(-1)
N 6Toluena x 0,6 =6,965 kmol/jam -(-1)
N 6Toluena =
6,965 kmol/jam 0,6
N 6Toluena = 11,608 kmol/jam Jadi, toluena yang diperlukan untuk masuk ke dalam reaktor = 11,608 kmol/ jam. 6 FToluena = 11,608 kmol/jam x 92,14 kg/kmol = 1.069,59 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
2. Mangan Asetat ( Katalis )
Mangan asetat yang diperlukan = 2,3 % dari massa toluena. Mangan asetat merupakan katalisator yang berfungsi untuk mempercepat terjadinya reaksi akan tetapi mangan asetat tidak ikut bereaksi.(freepatentsonline, 1962) 6 FMnAs = 0,023 x 1.069,565 kg/jam = 24,60 kg/jam
3. Oksigen
N 7Oksigen = N 5Oksigen -
3 r 2
3 (6,965) kmol/jam 2 = 16,139 kmol/jam
8,519 kmol/jam = N 5Oksigen N 5Oksigen
5 FOksigen = 16,139 kmol/jam x 32 kg/kmol = 516,464 kg/jam
Jadi, oksigen yang diperlukan dalam reaksi tersebut adalah sebesar 516,464 kg/jam. 2. Reaksi Pembentukan Benzil Alkohol Benzil Alkohol yang terbentuk = 22% dari fraksi massa toluena yang bereaksi dengan oksigen secara proses oksidasi, sehingga: C6H5CH3 (l) +
1 O2 (g) 2
Mn
C6H5CH2 (l)
Konversi toluena dalam pembentukan Benzil Alkohol = 22% (XA = 0,22) (freepatentsonline, 1962)
σToluena
= –1
σOksigen
= – 1 /2
σBenzil Alkohol = 1 N
9 BenAl
6 N 6 Toluena x X Toluena N Toluena x 0,22 = = -σ Toluena -(-1)
N 9BenAl = 11,608 kmol/jam x 0,22 = 2,566 kmol/jam 9 FBenAl = 2,566 kmol/jam x 108,12 kg/kmol = 277,418 kg/jam
3. Reaksi Pembentukan Benzaldehide Benzaldehide yang terbentuk = 10,01% dari fraksi massa toluena yang bereaksi dengan oksigen secara proses oksidasi, sehingga: C6H5CH3 (l) + O2 (g)
Mn
C6H5COH (l) + H2O (l)
Universitas Sumatera Utara
Konversi toluena dalam pembentukan Benzaldehide = 11% (XA = 0,11) (freepatentsonline, 1962)
σToluena
= –1
σOksigen
=–1
σBenzil Alkohol
= 1
N9Benz =
N 6 Toluena x X Toluena N 6Toluena x 0,11 = -σ Toluena -(-1)
N 9Benz =0,11 x 11,608 kmol/jam =1,279 kmol/jam 9 FBenz = 1,279 kmol/jam x 106,12 kg/kmol = 135,710 kg/jam
Untuk toluena yang tidak habis bereaksi dikeluarkan dari reaktor dan ditampung di drum penyimpanan sementara untuk dapat di recycle kembali ke dalam reaktor. Toluena sisa = 11,608 kmol/jam – (6,965 + 2,566 + 1,279) = 1,148 kmol/jam Asumsi bahwa toluena sisa sebagian menjadi downstream dan upstream sehingga: N9Toluena =
1,148 = 0,574 kmol/jam dan N 7Toluena = 0,574 kmol/jam 2
Perincian dari reaktor sebagai berikut: Alur 6
Neraca Komponen: Toluena
N 6Toluena = 11,608 kmol/jam
:
6 FToluena =11,608 kmol/jam x 92,14 kg/kmol =1.069,565 kg/jam
Mangan Asetat:
6 FMnAs = 0,023 x 1.069,565 kg/jam = 24,600 kg/jam
Neraca total :
F6 = 1.094,165 kg/jam
Alur 5
Neraca Komponen: Oksigen
: N5Oksigen
= 16,139 kmol/jam
5 FOksigen = 16,139 kmol/jam x 32 kg/kmol = 516,464 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LA-44
Neraca total
: F5 = 742,912 kg/jam.
Neraca Komponen Air
Pada reaksi 1 : Air yang terbentuk sebesar = 6,965 kmol/jam = 125,439 kg/jam Pada reaksi 3 : Air yang terbentuk sebesar = 1,279 kmol/jam = 23,034 kg/jam Air yang terbentuk melalui reaksi = 8,244 kmol/jam = 148,4744 kg/jam.
− Diinginkan pada keluaran reaktor yang masuk ke dalam vaporizer (alur 9) adalah air sebesar = 0,176 kmol/jam = 3,176 kg/jam. Maka: air yang berubah menjadi uap air = 8,068 kmol/jam = 145,305 kg/jam. Asumsi : terdapat uap air yang tidak terkondensasi sempurna, sehingga keluar sebagai NCG (non-condensate gas) sebesar = 3,995 kmol/jam. Alur 7
Neraca Komponen: Uap Air
: N7H2O = 8,068 kmol/jam.
Oksigen
: Yang tidak habis bereaksi akibat reaksi oksidasi dalam reaktor:
Oksigen sisa = N 7O2 = 16,139 kmol/jam – 7,620 kmol/jam = 8,519 kmol/jam.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.28 Neraca Massa Reaktor (R-101) Alur Masuk KOMPONEN
BM
Alur 6 N
Alur 5 F
Toluena
92,14
AsBen
122,12
-
MnAs
249,09
BenAl
Alur Keluar
N
F
N
Alur 9 F
Alur 7
N
F
N
F
-
-
1,148
105,777
0,574
52,888
0,574
52,888
-
-
-
0,696
85,054
7,661
935,599
-
-
0,099
24,600
-
-
-
-
0,099
24,600
-
-
108,12
-
-
-
-
0,233
25,220
2,566
277,418
-
-
Benz
106,12
-
-
-
-
0,116
12,337
1,279
135,710
-
-
Air
18,01
-
-
-
-
4,089
73,643
0,173
3,113
8,764
157,835
32
-
-
16,139
516,464
-
-
-
-
8,519
272,608
1.429,328
17,857
483,332
Oksigen Total
11,608 1.069,565
Alur 8
11,707
1.094,165
16,139
516,464
1.912,660 kg/jam
6,285
302,031
12,352
1.912,660 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LA.9. Drum (V-101) Toluena Asam Benzoat Benzil Akohol Benzaldehide Air
V-101 Toluena Asam Benzoat Benzil Alkohol Benzaldehide Air
Air Toluena
14 11
13
Fungsi: Sebagai tempat penampungan sementara untuk mengumpulkan by-product dan bahan baku yang belum bereaksi sempurna untuk dikembalikan ke reaktor yang kemudian direaksikan kembali. MASUK: Alur 14 (dari Flash Drum)
Toluena
:
14 FTol
=
52,888 kg/jam
Asam Benzoat:
14 FAsBen =
85,054 kg/jam
Air
FH142O
0,2899 kg/jam
:
=
Benzil Alkohol:
14 = FBenAl
25,220 kg/jam
Benzaldehide :
14 FBenz
=
12,337 kg/jam
F14
=
175,789 kg/jam
=
73,353 kg/jam
Total
:
Alur 11 (dari Reaktor)
FH112O
Air
:
Tol
:
11 FTol
=
52,888 kg/jam
Total
:
F11
=
126,248 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LA-47
KELUAR (alur 13)
Toluena
:
Asam Benzoat :
13 FTol
=
13 = FAsBen
105,777 kg/jam 85,054 kg/jam
Benzil Alkohol:
13 FBenAl =
25,220 kg/jam
Benzaldehide :
13 FBenz
12,337 kg/jam
Air
FH132O
=
73,643 kg/jam
F14
=
302,031 kg/jam
Total
:
=
Tabel LA.29 Neraca Massa Drum (V-101) Alur Masuk KOMPONEN
BM
Alur 14 N
Alur Keluar
Alur 11
F
N
Alur 13
F
N
Toluena
92,14
0,574
52,888 0,574
Asam Benzoat
122,12
0,696
85,054
-
-
0,696
85,054
Mangan Asetat
249,09
-
-
-
-
-
-
Benzil Alkohol
108,12
0,238
25,220
-
-
0,238
25,220
Benzaldehide
106,12
0,114
12,337
-
-
0,114
12,337
Air
18,01
0,016
0,283 4,073
73,360
4,089
73,643
-
-
-
-
1,638 175,783 4,647
126,248
6,285 302,031
302,031
6,285
Oksigen
32 Total
-
6,285
52,888
F
1,148 105,777
302,031
Universitas Sumatera Utara
LA.10. Mixer I (M-101)
1
Mangan Asetat Mangan Asetat Toluena
4
LI
M-101 Toluena 2
Fungsi: Sebagai tempat pencampuran antara katalis mangan asetat dan toluena sebelum dimasukkan ke dalam reaktor untuk dipanaskan melalui heater. Neraca Total :
Neraca Massa Masuk = Neraca Massa Keluar F1 + F2
= F4
Neraca Komponen: 4 1 2 Mangan Asetat : FMnAs = FMnAs + FMnAs 1 24,600 kg/jam = FMnAs +0
1 = 24,600 kg/jam FMnAs
Toluena
4 1 2 : FTol = FTol + FTol 2 1.069,565 kg/jam = 0 + FTol
2 = 1.069,565 kg/jam FTol
Tabel LA.30 Neraca Massa Mixer I (M-101)
Komponen
Alur Masuk
BM (kg/kmol)
Alur 1
Alur 2
N
F
Toluena
92,140
-
-
Mangan Asetat
249,09
0,099
24,600
0,099
24,600
Total
11,707
Alur Keluar
N
Alur 4 F
N
F
11,608 1.069,565 11,608 1.069,565 -
-
0,099
24,600
11,608 1.069,565 11,707 1.094,165 1.094,165
11,707 1.094,165
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Kapasitas Produk
: 6000 ton/tahun
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan operasi
: kJ/jam
Temperatur basis
: 298,15 K
Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar. Q=H=
∫
T
Tref
(Smith dan Van Ness, 1975)
n x Cp x dT
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas Cpg T°K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [ J/mol°K ] Komponen Toluena
a
b
c
3,18200E+01 -1,61654E-02
d
e
1,44465E-03 -2,28948E-06
1,13573E-09
Asam Benzoat
1,6158E+01
2,8234E-01
1,7811E-04
-3,218E-07
1,0752E-10
Benzil Alkohol
-3,8244E+01
5,729E-01
-1,9618E-04
-1,788E-07
1,2218E-10
Benzaldehide
-8,9000E-01
4,4758E-01
-1,8566E-04
-3,620E-08
3,1110E-11
Oksigen
2,99883E+01 -1,13842E-02
4,33779E-05 -3,70052E-08
1,01006E-11
H2O
3,40471E+01 -9,65064E-03
3,29983E-05 -2,04467E-08
4,30228E-12
Sumber : Yaws, C.L , 1996 Tabel LB.2 Kapasitas Panas Cair Cpl T°K = a + bT + cT2 + dT3 [ J/mol°K ] A
b
c
d
0,18082E+01
8,12223E-01
1,51267E-03
1,63001E-06
-15,7517E+01
2,3735E+00
-4,8280E-03
3,6876E-06
Benzaldehide
6,7015E+01
7,0427E-01
-1,7065E-03
1,7622E-06
Benzil Alkohol
9,7570E+01
8,6633E-01
-2,1388E-03
2,1700E-06
1,11E+03
-3,34E+01
0,350211
-1,21E-03
4,72118E-01 -1,33878E-03
1,31424E-06
Komponen Toluena Asam Benzoat
Oksigen H2O
1,82964E+01
Sumber : Yaws C.L, 1996
LB-1 Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.3 Panas reaksi pembentukan pada 298K [ kJ/mol ] Komponen Toluena
ΔHf 50,20
Asam Benzoat
-290,10
Benzaldehide
-36,80
Benzil Alkohol
-100,40
Oksigen
0
H2O
-241,80
Sumber : Yaws C.L, 1996 Tabel LB.4 Panas Laten [ kJ/mol] BM
BP
Tc
Pc
ΔHvl
(gr/mol)
(K)
(K)
(Bar)
kJ/kmol
Toluena
92,14
383,78
591,8
41,10
33.460,6
Asam Benzoat
122,12
522,40
751,0
44,70
Benzaldehide
106,12
451,90
695,0
46,50
Benzil Alkohol
108,14
477,85
677,0
45,50
32
90,15
154,6
50,50
18,016
373,15
647,1
220,5
Komponen
Oksigen H2O
40.656,2
Sumber : Reklaitis, 1983 Tabel LB.5 Tekanan Uap Antoine (mmHg) ln P = A Komponen
B T dalam K C+T
A
B
C
16,0137
3.096,52
-53,67
Asam Benzoat
17,1634
4.190,70
-125,20
Benzaldehide
16,3501
3.748,62
-66,12
Benzil Alkohol
17,4582
4.384,81
-73,15
Oksigen
15,4075
734,55
-6,45
18,3036
3.816,44
-46,13
Toluena
H2O
Sumber : Richardson Coulson , 2005
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.6 Estimasi Kapasitas Panas solid pada T = 298,15K untuk mangan asetat Elemen atom
Δε
N. Δε
(J/mol K)
(J/mol K)
Mn
28,06
1 (28,06) = 28,06
C
10,89
4 (10,89) = 43,56
H
7,56 14 (7,56) = 105,84
O
13,42 8 (13,42) = 107,36
Total
284,82
Tabel LB.7 Data Uap Jenuh dan Air Pendingin yang Digunakan T in (oC) Saturated Steam
200 (1554 kPa)
Saturated
28
Liquid
T out (oC)
H(kJ/kg)
200
2790,9
(1544,9 kPa)
117,3
60
HVL
HL
λ (kJ/kg)
1938,6
852,4
1938,6
-
251,1
-
Estimasi panas latent berdasarkan hukum Trouton sebagai berikut:
⎡ P ⎤ 8,32 BT 2Δz Lv = dimana Δz = ⎢1- r3 ⎥ 2 (T+C) ⎣ Tr ⎦
0,5
¾ Benzaldehide:
Diketahui: BP = 451,90 K Tc = 695 K Pc = 46,5 Bar Antoine Constants: A = 16,3501; B = 3748,62; C = -66,12 Pada titik didih : Pr = ⎡ 0,02150 ⎤ Δz = ⎢13⎥ ⎣ 0, 6502 ⎦ Sehingga: Lv =
1 = 0,02150 46,5
Tr =
451,9 = 0, 6502 695
0,5
= 0,9600956
8,32 BT 2Δz (8,32)(3748, 62)(451,90) 2 (0,9600956) = (T+C)2 (451,90 − 66,12)2
= 41.087 kJ/kmol.
Universitas Sumatera Utara
¾ Asam Benzoat
Diketahui: BP = 522,40 K Tc = 751 K Pc = 44,7 Bar Antoine Constants: A = 17,1634; B = 4190,70 ; C = -125,20 Pada titik didih : Pr = ⎡ 0,02237 ⎤ Δz = ⎢13⎥ ⎣ 0, 6956 ⎦ Sehingga: Lv =
1 = 0,02237 44,7
Tr =
522,4 = 0, 6956 751
0,5
= 0,96619
8,32 BT 2Δz (8,32)(4190, 70)(522, 40) 2 (0,96619) = (T+C)2 (522, 40 − 125, 2) 2
= 58.272 kJ/kmol. ¾ Benzil Alkohol
Diketahui: BP = 477,85 K Tc = 677 K Pc = 45,5 Bar Antoine Constants: A = 17,4582; B = 4384,81 ; C = -73,15 Pada titik didih : Pr = ⎡ 0,02197 ⎤ Δz = ⎢13 ⎥ ⎣ 0, 7058 ⎦ Sehingga: Lv =
1 = 0,02197 45,5
Tr =
477,85 = 0, 7058 677
0,5
= 0,9682
8,32 BT 2Δz (8,32)(4384,81)(477,85)2 (0,9682) = (T+C)2 (477,85 − 73,15)2
= 49.244 kJ/kmol. ¾ Oksigen
Diketahui: BP =90,15 K Tc = 154,6 K Pc = 50,5 Bar Antoine Constants: A = 15,4075; B = 734,55; C = -6,45
Universitas Sumatera Utara
Pada titik didih : Pr = ⎡ 0,01980 ⎤ Δz = ⎢13⎥ ⎣ 0,5834 ⎦ Sehingga: Lv =
1 = 0,01980 50,5
Tr =
90,15 = 0,5834 154,5
0,5
= 0,9488
8,32 BT 2Δz (8,32)(734,55)(90,15)2 (0,9488) = (T+C)2 (90,15 − 6, 45)2
= 6.726 kJ/kmol. Tabel LB.8 Estimasi nilai panas laten untuk masing – masing komponen ΔHvl Komponen
(kJ/kmol)
Asam Benzoat
58.272
Benzaldehide
41.087
Benzil Alkohol
49.244
Oksigen
6.726
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
∫ CpdT
T1
T2
∫ CpdT
=
T2
∫ (a
+ bT + CT 2 + dT 3 )dT .................................................................. (2)
T1
= a (T2 − 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
∫ CpdT = ∫ Cp dT l
T2
+ ΔH Vl + ∫ Cp v dT ................................................................... (4) Tb
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : T
T
2 2 dQ = rΔH R + N ∫ CpdTout − N ∫ CpdTout .............................................................. (5) dt T1 T1
Universitas Sumatera Utara
LB.1 Heater (E-101)
Pada Heater (E-101) terjadi proses pemanasan untuk menaikkan temperatur toluena agar tidak terjadi perbedaan temperatur yang sangat besar di dalam reaktor. Neraca Panas masuk heater (T = 300C) ¾ Toluena (C7H8)
Tekanan di dalam heater = 6 atm = 607,975 kPa = 4.560 mmHg Titik didih toluena pada tekanan 4.560 mmHg ln 4.560 = 16,0137 8,425 = 16,0137 -
3096,52 T - 53,67
3096,52 T - 53,67
3096,52 = 7,588 T - 53,67 T = 461,7177 K = 188,567oC Neraca Panas Masuk (Alur 4)
∫
30
∫
30
25
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
303,15
Cp dT =
∫
298,15
Cpl dT
⎡⎣1,81 + 8,12.10-01T + 1,51.10-03T 2 + 1,63.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,12.10-01 2 2 1,51.10-03 3 3 1,63.10-06 4 4 ⎤ 1,81(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ 2 3 4 ⎣ ⎦ ⎡ 8,12.10-01 1,51.10-03 2 2 1,81(303,15-298,15) + (303,15 -298,15 ) + (303,153 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ ⎢ 1,63.10-06 (303,154 -298,154 ) ⎢⎣ + 4
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Universitas Sumatera Utara
Qin toluena
= N.Cpl.dT = 11,608 kmol/jam . 2.135,185 kJ/kmol = 24785,328 kJ/jam
Qin MnAs
= N.Cps.dT = 0,099 kmol/jam . 1.424,1 kJ/kmol = 140,643 kJ/jam Tabel LB.9 Panas masuk heater (E-101) N4 (kmol/jam) 12,768 0,099
Komponen
Toluena Mangan Asetat Total
∫
303,15
298,15
Cp dT
2.135,185 1424,1
303,15 N4 ⎡∫ Cpl dT ⎤ ⎣⎢ 298,15 ⎦⎥
24.785,328 140,643 24.925,972
Neraca Panas Keluar (Alur 6) Toluena
∫
148,89
∫
148,89
25
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
422,04
Cp dT =
∫
298,15
Cpl dT
⎡⎣1,81 + 8,12.10-01T + 1,51.10-03T 2 + 1,63.10-06T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,12.10-01 2 2 1,51.10-03 3 3 1,63.10-06 4 4 ⎤ 1,81(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ 2 3 4 ⎣ ⎦ ⎡ 8,12.10-01 1,51.10-03 2 2 1,81(422,04-298,15) + (422,04 -298,15 ) + (422,043 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ ⎢ 1,63.10-06 (422,044 -298,154 ) ⎢⎣ + 4 Qout toluena = N.Cp.dT
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
= 11,608 kmol/jam . 70.707,51 kJ/kmol = 820.776,008 kJ/jam Qout MnAs
= N.Cp.dT = 0,099 kmol/jam . 35286,35 kJ/kmol = 3484,862 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.10 Panas keluar heater (E-101) N6 (kmol/jam) 11,608 0,099
Komponen
Toluena Mangan Asetat Total
∫
422,04
298,15
Cpl dT
422,04 N6 ⎡ ∫ Cpl dT ⎤ ⎣⎢ 298,15 ⎦⎥
70.707,51 35.286,35
820.776,008 3.484,862 824.260,869
Panas yang dibutuhkan : Q
= Q out – Q in = (824.260,869 - 24.925,972) kJ/jam = 799.334,90 kJ/jam.
λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 799.334,90 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 412,33 kg/jam Tabel LB.11 Neraca panas heater (E-101)
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Masuk (kJ/jam) 24.925,97 799.334,90 824.260,87
Keluar (kJ/jam)
824.260,87 824.260,87
LB.2 Pemanas Oksigen (Heater) (E-102)
Universitas Sumatera Utara
Pada Heater (E-102) terjadi proses pemanasan untuk menaikkan temperatur oksigen agar temperatur oksigen masuk ke dalam reaktor seragam. Neraca Panas masuk heater (T = 300C)
Tekanan di dalam heater = 3.800 mmHg = 506,625 kPa Dimana Oksigen, pada tekanan dan temperatur tersebut merupakan fasa gas. ¾ Oksigen (O2)
∫
30
∫
30
25
25
=
Cp dT Cp dT =
303,15
∫
298,15
∫
303,15
298,15
Cpg dT
⎡⎣ 29,9 + -1,14.10-02 T + 4,34.10-05T 2 + -3,70.10-08T 3 + 1,01.10-11T 4 ⎤⎦ dT
⎡ -1,14.10-02 2 2 4,34.10-05 3 3 -3,70.10-08 4 4 29,9 (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) 2 2 1 1 2 1 ⎢ 2 3 4 ⎢ ⎢ 1,01.10-11 5 5 (T2 -T1 ) ⎢⎣ + 5
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
⎡ -1,14.10-02 4,34.10-05 2 2 29,9 (303,15-298,15) + (303,15 -298,15 ) + (303,153 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ 1,01.10-11 ⎢ -3,70.10-08 4 4 + (303,15 -298,15 ) + (303,155 -298,155 ) ⎢⎣ 4 5
Qin
= N.Cp dT = 16,139 kmol/jam. 147,292 kJ/kmol = 2.377,218 kJ/jam Tabel LB.12 Panas masuk heater (E-102) Komponen
Oksigen Total
N3 (kmol/jam) 16,139
∫
298,15
298,15
Cp dT 147,292
298,15 N3 ⎡ ∫ Cp dT ⎤ ⎣⎢ 298,15 ⎦⎥
2.377,218 2.377,218
Neraca panas keluar heater (alur 5) ¾ Oksigen (O2)
∫
148,89
25
Cp dT
=
∫
422,04
298,15
Cpg dT
Universitas Sumatera Utara
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
∫
422,04
148,89
Cp dT =
25
∫
298,15
⎡⎣ 29,9 + -1,14.10-02 T + 4,34.10-05 T 2 + -3,70.10-08 T 3 + 1,01.10-11T 4 ⎤⎦ dT
⎡ -1,14.10-02 2 2 4,34.10-05 3 3 -3,70.10-08 4 4 29,9 (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) 2 2 1 1 2 1 ⎢ 2 3 4 ⎢ ⎢ 1,01.10-11 5 5 (T2 -T1 ) ⎢⎣ + 5
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
⎡ -1,14.10-02 4,34.10-05 2 2 29,9 (422,04-298,15) + (422,04 -298,15 ) + (422,043 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ 1,01.10-11 ⎢ -3,70.10-08 4 4 + (422,04 -298,15 ) + (422,045 -298,155 ) ⎢⎣ 4 5 N 5 .∫
148,89
25
Cp dT = 85.898,41 kJ/jam
Tabel LB.13 Panas keluar heater (E-102) N5 Komponen (kmol/jam)
Oksigen Total
16,139
∫
422,04
298,15
Cpg dT
3.699,966
Qout 59.715,586 59.715,586
Panas yang dibutuhkan : Q
= Q out – Q in = (59.715,586 - 2.377,218) kJ/jam = 57.338,368 kJ/jam.
λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 57.338,368 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 29,577 kg/jam Tabel LB.14 Neraca panas heater (E-102)
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Masuk (kJ/jam) 2.377,218 57.338,368 59.715,586
Keluar (kJ/jam)
59.715,586 59.715,586
Universitas Sumatera Utara
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
LB.3 Heater (E-103)
Pada Heater (E-103) terjadi proses pemanasan untuk menaikkan temperatur toluena, asam benzoat dan air agar temperatur di dalam reaktor seragam. Neraca Panas masuk heater (T = 133oC)
Tekanan di dalam heater = 5.320 mmHg = 709,275 kPa = 7 atm. Dimana toluena, asam benzoat dan air pada tekanan dan temperatur tersebut merupakan fasa cair. ¾ Toluena
∫
133
25
∫
133
25
406,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣1,81 + 8,12.10-01T + 1,51.10-03T 2 + 1,63.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,12.10-01 2 2 1,51.10-03 3 3 1,63.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT = ⎢1,81(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦
⎡ 8,12.10-01 1,51.10-03 2 2 1,81(406,15-298,15) + (406,15 -298,15 ) + (406,153 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ ⎢ 1,63.10-06 (406,154 -298,154 ) ⎢⎣ + 4
∫
133
25
Qtol
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cpl dT = 59.372,44 kJ/kmol.
N13tol .
=
∫
133
25
Cpl dT = 1,148 kmol/jam. 59.372,44 kJ/kmol.
= 68.159,56 kJ/jam ¾ Asam Benzoat :
∫
133
25
Cp dT =
∫
406,15
298,15
Cpl dT
= 25890,18 kJ/kmol N13 AsBen ∫
133
25
Cp dT
= 0,696 kmol/jam . 25890,18 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
= 18032,06 kJ/jam
∫
¾ Benzaldehide:
133
25
Cp dT =
∫
406,15
298,15
Cpl dT
= 19494,79 kJ/kmol N13 Benz ∫
133
25
= 0,116 kmol/jam . 19494,79 kJ/kmol
Cp dT
= 2224,49 kJ/jam
∫
¾ Benzil Alkohol :
133
25
∫
Cp dT =
406,15
298,15
Cpl dT
= 25091,6 kJ/kmol N13 BenAl ∫
133
25
= 0,238 kmol/jam . 25091,6 kJ/kmol
Cp dT
= 5963,121 kJ/jam ¾ Air
:
∫
133
25
Cp dT =
∫
406,15
298,15
Cpl dT
= 3219,56 kJ/kmol N13 H 2O ∫
133
25
= 4,089 kmol/jam . 3219,56 kJ/kmol
Cp dT
= 13164,78 kJ/jam Tabel LB.15 Panas masuk heater (E-103) Komponen
Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol Air Total
N13 (kmol/jam) 1,148 1,462 0,114 0,238 4,089
∫
406,15
298,15
Cp dT
59372,44 25890,18 19494,79 25091,6 3219,56
N13 ⎡ ∫ Cp dT ⎤ ⎢⎣ 298,15 ⎥⎦ 68159,56 18032,06 2224,49 5963,121 13164,78 107.544 406,15
Neraca panas keluar heater (alur 8)
1. Toluena:
∫
148,89
Cp dT = ∫
422,04
298,15
25
Cpl dT
= 106469,58 kJ/kmol N8tol ∫
148,89
25
Cp dT = 1,148 kmol/jam . 106469,58 kJ/kmol
= 122.227,1 kJ/jam.
Universitas Sumatera Utara
∫
2. Asam Benzoat :
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cpl dT
= 23.326,285 kJ/kmol N 8AsBen ∫
148,89
25
= 0,696 kmol/jam . 23326,285 kJ/kmol
Cp dT
= 16.246,35 kJ/jam 3. Benzaldehide
∫
:
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cpl dT
= 22445,729 kJ/kmol N8Benz ∫
148,89
25
= 0,114 kmol/jam . 22445,729 kJ/kmol
Cp dT
= 2561,212 kJ/jam
∫
4. Benzil Alkohol :
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cpl dT
= 29178,896 kJ/kmol N 8BenAl ∫
148,89
25
= 0,238 kmol/jam . 29178,896 kJ/kmol
Cp dT
= 6934,485 kJ/jam 5. Air
:
∫
148,89
25
Cp dT =
∫
BP
298,15
Cpl dT + ΔHVL +
∫
422,04
BP
Cpg dT
= 10.733,06 + 40.656,2 + 968,398 = 52.358 kJ/kmol N 8H 2O ∫
148,89
25
Cp dT
= 4,089 kmol/jam . 52.358 kJ/kmol = 214090,476 kJ/jam
Tabel LB.16 Panas keluar heater (E-103) 422,04
BP
8
Komponen
Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol Air Total
N (kmol/jam)
1,148 0,696 0,114 0,238 4,089
∫
Cp( l ) dT
298,15
106469,58 23326,285 22445,729 29178,896 10733,063
Hvl (kJ/kmol)
40.656
∫
Cp( g ) dT
BP
Qout
122227,1 16246,35 2561,212 6934,485 968,3982 214090,476 362.059,6
Universitas Sumatera Utara
Panas yang dibutuhkan : Q
= Q out – Q in = (362.059,6 – 107.544) kJ/jam = 254.516 kJ/jam.
λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 254.516 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 131,213 kg/Jam Tabel LB.17 Neraca panas heater (E-103) Masuk (kJ/jam) 107.544 254.516 362.060
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Keluar (kJ/jam)
362.060 362.060
LB.4 Reaktor (R-101)
Pada reaktor terjadi reaksi oksidasi untuk menghasilkan asam benzoat. Reaksi digambarkan sebagai berikut: 1. Reaksi Pembentukan asam benzoat C6H5CH3
Mn 2+ [O2 ]
3 + O2 2
C6H5COOH
+ H2O
Reaksi berlangsung pada temperatur 300oF (148,89oC) secara eksotermis (diperoleh melalui
perhitungan
dengan
menggunakan
persamaan
( 0
ΔHr(148,890 C ) = ΔH Re ak tan + ΔH r 0298,150 K + ΔH Pr oduk ), sehingga digunakan air pendingin 28 C
untuk menjaga temperatur operasi dalam reaktor
tetap tersedia sesuai yang
diinginkan. Air Pendingin 28 oC Tol MnAs 6
148,89 oC
Oks
5
Reaktor
148,89 oC
Tol AsBen MnAs BenAl Benz Air
7
Air Oksigen Toluena o
148,89 C
9
8
Air Pendingin Bekas 60 oC
Tol AsBen MnAs BenAl Benz Air
Universitas Sumatera Utara
¾ Panas Masuk Reaktor
Qin Reaktor
:
Qout Heater E-101 = 824.260,87 kJ/jam Qout Heater E-102 = 59.715,586 kJ/jam Qout Heater E-103 = 362.038,11 kJ/jam Tabel LB.18 Panas masuk Reaktor (R-101) Qin kJ/jam 824.260,87 59.715,586 362.038,11 1.246.014,570
Alur
Alur 6 Alur 5 Alur 8 Total ¾ Panas Keluar Reaktor Alur 9
Panas keluar reaktor =
⎛ 422,04 ⎞ ∑ N ⎜⎜ ∫ Cp dT ⎟⎟ ⎝ 298,15 ⎠ 9 S
Tekanan keluar reaktor P = 6 atm = 607,95 kPa. Tout reaktor P operasi Ln P
148,89oC 4560 mmHg 7,732
422,04 607,95
K kPa
Tabel LB.19 Kondisi Operasi pada reaktor (R-101) Komponen Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol Oksigen H2O
T sat (K) 470,18 613,39 548,51 566,99 114,02 438,59
Tc (K) 591,8 751 695 677 154,6 647,1
Pc (atm) 40,56255 45,0037 45,99062 45,99062 49,83962 217,6616
V pr = 1/Pc 0,024653 0,02222 0,021744 0,021744 0,020064 0,004594
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan untuk masing – masing komponen: 1. Toluena:
∫
148,89
Cp dT = ∫
422,04
298,15
25
Cpl dT
= 106.472,47 kJ/kmol N 9tol ∫
148,89
Cp dT = 0,574 kmol/jam . 106.472,47 kJ/kmol
25
= 61.115,2 kJ/jam.
∫
2. Asam Benzoat :
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cpl dT
= 41.894,47 kJ/kmol N 9AsBen ∫
148,89
25
= 7,661 kmol/jam . 41.894,47 kJ/kmol
Cp dT
= 320.966,5 kJ/jam 3. Benzaldehide
∫
:
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cpl dT
= 31.319,18 kJ/kmol N 9Benz ∫
148,89
25
= 1,279 kmol/jam . 31.319,18 kJ/kmol
Cp dT
= 40051,952 kJ/jam 4. Benzil Alkohol :
∫
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cpl dT
= 40.105,82 kJ/kmol N 9BenAl ∫
148,89
25
= 2,566 kmol/jam . 40.105,82 kJ/kmol
Cp dT
= 102905,042 kJ/jam
∫
5. Mangan Asetat :
148,89
25
Cp dT =
∫
422,04
298,15
Cps dT
= 47.944,691 kJ/kmol N 9MnAs ∫
148,89
25
= 0,099 kmol/jam . 47.944,691 kJ/kmol
Cp dT
= 4734,993 kJ/jam 6. Air
:
∫
148,89
25
Cp dT =
∫
BP
298,15
Cpl dT
= 10252,03 kJ/kmol N 9H 2O ∫
148,89
25
Cp dT
= 0,173 kmol/jam . 10252,03 kJ/kmol = 1772,029 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.20 Panas keluar Reaktor (R-101) alur 9 N9 (kmol/jam)
Komponen
Toluena Asam Benzoat MnAs Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
422,04 BP
∫ Cp
(l )
dT
298
0,574 7,661 0,099 1,279 2,566 0,173
∫
Hvl (kJ/kmol)
106472,47 41894,47 284,82 31319,18 40105,82 10252,03
Cp( g ) dT
BP
– – – – – –
– – – – – –
Total
⎛ 422,04 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 9
61115,195 320966,533 47944,691 40051,953 102905,042 1772,0293 574.755,442 kJ/jam
Reaksi: 1. Reaksi pembentukan asam benzoat
C6H5CH3 (l) +
3 O2 (g) 2
Mn 2+ [O2 ]
C6H5COOH (l) + H2O (g)
r1= 6,965 kmol/jam Panas reaksi pada keadaan standar: ΔHr 0 = (ΔH 0f produk - ΔH 0f Reaktan )
ΔH r0 = [(∆H0f , AsBen + ∆H0f , Air) – (∆H0f, Toluena)] = [(-290,10 + (-241,80)) - (50,20)] kJ/mol = -582,1 kJ/mol = -582.100 kJ/kmol Panas reaksi pada 148,89oC = 422,04 K ⎛ 422,04 ⎞ ⎛ 422,04 ∆Hr(422,04) = ΔH + ⎜ ∫ Cp(l)AsBen dT ⎟ + ⎜ ∫ Cp ⎜ ⎟ ⎜ ⎝ 298,15 ⎠ ⎝ 298,15 0 r
⎞ ⎛ 422,04 ⎞ - ⎜ ∫ Cp (l)tol dT ⎟ H 2 O dT ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ ⎠ ⎝ 298,15 ⎠
= -582.100 - 41.894,47 - 52357,78 + (106472,47) = -569.879,784 kJ/kmol. r1= 6,965 kmol/jam Qr
= ΔHr422,040 K .r1 = -569.879,784 kJ/kmol . (6,965 kmol/jam) = -3.967.336,868 kJ/jam.
Universitas Sumatera Utara
2. Reaksi pembentukan benzil alkohol
Mn 2+ [O2 ]
1 C6H5CH3 (l) + O2 (g) 2
C6H5CH2OH (l)
r2 = 2,566 kmol/jam Panas reaksi pada keadaan standar: ΔHr 0 = (ΔH 0f produk - ΔH 0f Reaktan )
ΔH r0 = [(∆H0f , BenAl) – (∆H0f, Toluena)] = [(-100,40) - (50,20)] kJ/mol = -150,6 kJ/mol = -150.600 kJ/kmol Panas reaksi pada 148,89oC = 422,04 K ⎛ 422,04 ⎞ ⎛ 422,04 ⎞ ∆Hr(422,04) = ΔH r0 + ⎜ ∫ Cp (l)BenAl dT ⎟ - ⎜ ∫ Cp(l)tol dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠ ⎝ 298,15 ⎠ = -150.600 - 40.105,82 + (106472,47) = -84.233,357 kJ/kmol. R2= 2,566 kmol/jam Qr
= ΔHr422,040 K .r2 = -84.233,357 kJ/kmol . (2,566 kmol/jam) = -216.129,1477 kJ/jam
3. Reaksi pembentukan benzaldehide
C6H5CH3 (l) + O2 (g)
Mn 2+ [O 2 ]
C6H5CHOH (l) +H2O (g)
r3= 1,279 kmol/jam Panas reaksi pada keadaan standar: ΔHr 0 = (ΔH 0f produk - ΔH 0f Reaktan )
ΔH r0 = [(∆H0f , Benz+ ∆H0f , Air) – (∆H0f, Tol)] = [(-36,8+ -241,8) - (50,20)] kJ/mol = -328,8 kJ/mol = -328.800 kJ/kmol Panas reaksi pada 148,89oC = 422,04 K
⎛ 422,04 ⎞ ⎛ 422,04 ⎞ ⎛ 422,04 ⎞ ∆Hr(422,04) = ΔH r0 + ⎜ ∫ Cp (l)Benz dT ⎟ + ⎜ ∫ Cp (l)air dT ⎟ - ⎜ ∫ Cp(l)tol dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠ ⎝ 298,15 ⎠ ⎝ 298,15 ⎠
Universitas Sumatera Utara
= -328.800 – 31.319,18 - 52357,78 + (106472,47) = -306.004,492 kJ/kmol. r3= 1,279 kmol/jam Qr
= ΔHr422,040 K .r2 = -306.004,492 kJ/kmol . (1,279 kmol/jam) = -390983,737 kJ/jam
Total Panas Reaksi = ΔHr1 + ΔHr2 + ΔHr3 = -4.574.449,754 kJ/jam Alur 7
⎛ 422,04 ⎞ 7 N ∑ S ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ BP ⎠
Panas keluar reaktor = ¾ Oksigen (O2)
∫
148,89
∫
148,89
25
∫
=
Cp dT
422,04
298,15
422,04
∫
Cp dT =
298,15
Cpg dT
⎡⎣ 29,9 + -1,14.10-02 T + 4,34.10-05 T 2 + -3,70.10-08 T 3 + 1,01.10-11T 4 ⎤⎦ dT
298,15
⎡ -1,14.10-02 2 2 4,34.10-05 3 3 -3,70.10-08 4 4 29,9 (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) 2 2 1 1 2 1 ⎢ 2 3 4 ⎢ ⎢ 1,01.10-11 5 5 (T2 -T1 ) ⎢⎣ + 5
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
⎡ -1,14.10-02 4,34.10-05 2 2 29,9 (422,04-298,15) + (422,04 -298,15 ) + (422,043 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ -08 -11 1,01.10 ⎢ -3,70.10 (422,044 -298,154 ) + (422,045 -298,155 ) ⎢⎣ + 4 5
N oks 7
(∫
148,89
BP
)
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cp dT + ΔHvl = 150.889,844 kJ/jam
¾ Uap Air
∫
148,89
∫
148,89
BP
BP
Cp dT
=
∫
422,04
BP
422,04
Cpg dT =
∫
328,31
Cpg dT
⎡⎣34,0 + -9,65.10-03T + 3,30.10-05T 2 + -2,04.10-08T3 + 4,30.10-12T 4 ⎤⎦ dT
⎡ -9,65.10-03 2 2 3,30.10-05 3 3 34,0(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎢ 148,89 2 3 ⎢ Cpg dT= ∫BP 4,30.10-12 5 5 ⎢ -2,04.10-08 4 4 + (T -T ) + (T2 -T1 ) 2 1 ⎢⎣ 4 5
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Universitas Sumatera Utara
⎡ -9,65.10-03 3,30.10-05 2 2 34,0(422,04-BP) + (422,04 -BP ) + (422,043 -BP 3 ) ⎢ 148,89 2 3 ∫BP Cpg dT= ⎢⎢ -2,04.10-08 4,30.10-12 4 4 + (422,04 -BP ) + (422,045 -BP 5 ) ⎢⎣ 4 5
∫
148,89
BP
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cpg dT = 1180,221 kJ/kmol
N7H2O .
∫
148,89
Cpg dT + ΔHvl = 8,519 kmol /jam . (1180,221+40656,2) kJ/kmol
BP
= 443741,5386 kJ/jam ¾ Toluena:
148,89
∫
25
Cp dT
=∫
422,04
25
Cp dT
= 140692,25 kJ/kmol N 7tol ∫
148,89
25
Cp dT
= 0,574 kmol/jam . 140692,25 kJ/kmol = 80757,35401 kJ/jam
Perhitungan Kebutuhan Air Pendingin dQ dT
= Qr + ∆Hout - ∆Hin
= - 4.574.449,754 kJ/jam + 1.214.165,77 kJ/jam - 1.354.644,97 kJ/jam = - 4.606.240,04 kJ/jam Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa sistem melepaskan kalor. Media pendingin yang digunakan adalah air pendingin yang masuk pada suhu 28 0C dan keluar 60 0C. Air pendingin
= H(280C) = 117,3 kJ/kg = H(600C) = 251,1 kJ/kg
Air pendingin yang dibutuhkan : =
dQ / dT H (28 C ) − H (600 C )
=
- 5.399.213,124 kJ/jam (117,3 − 251,1) kJ/kg
0
= 34426,308 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.21 Neraca Panas Reaktor (R-101) Masuk (kJ/jam) 1.246.014,570 4.574.449,754 5.820.464,32
Umpan Produk Panas Reaksi r.ΔHr Panas yang dilepaskan Total
Keluar (kJ/jam)
1.214.165,77 4.606.240,04 5.820.464,32
LB.5 Kondensor (E-104)
Produk keluaran reaktor (R-101) yang berupa uap akan dikondensasikan dengan kondensor (E-104) pada temperatur 133 0C untuk mendapatkan komponen – komponen masing – masing dalam fasa cair sehingga akan mempermudah proses
recycle ke dalam reaktor kembali. Air Pendingin (280C)
Air (g)
148,890C
Kondensor
Air (l)
1330C
Tol (g)
Tol (l)
Oksigen
Air Pendingin bekas (600C)
Neraca panas masuk Kondensor (T = 148,890C) ¾ Air (H2O) 148,89
∫
25
Cp dT =
∫
422,04
BP
422,04
Cp dT =
298,15
∫
Cpl dT + ∆HVL +
298,15
∫
Cp g dT
BP
= 52088,45 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL + Cpg dT ) = 8,764 kmol/jam (52088,45) kJ/kmol = 456.491,1 kJ /jam
Universitas Sumatera Utara
¾ Oksigen 148,89
∫
422,04
422,04
∫
Cp dT =
25
Cp dT = ∆HVL +
298,15
∫
Cp g dT
BP
= 17.217 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL + Cpg dT ) = 8,519 kmol/jam (17.217) kJ/kmol = 146675,577 kJ /jam ¾ Toluena 148,89
∫
∫
Cp dT =
25
422,04
BP
422,04
∫
Cp dT =
Cpl dT + ∆HVL +
298,15
298,15
∫
Cp g dT
BP
= 140692,25 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL + Cpg dT ) = 0,574 kmol/jam (140692,25) kJ/kmol = 80757,354 kJ /jam Tabel LB.22 Panas masuk kondensor (E-104) Komponen
422,04
7
N (kmol/jam)
Toluena Oksigen H2O
0,574 8,519 8,764
BP
∫ Cp(l ) dT
298
106472,47 10252,03 Total
Hvl (kJ/kmol)
33.460,60 6.726 40.656,2
∫
Cp( g ) dT
BP
759,189 10491,46 1180,221
⎛ 422,04 ⎞ N 7 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 80757,354 146675,577 456491,074 683924,005 kJ/jam
Neraca panas keluar kondensor (T = 1330C) ¾ Air (H2O) 133
∫
25
406,15
Cp dT =
∫
298,15
406,15
Cp dT =
∫
Cpl dT
298,15
= 8205,004 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
Qout = n.Cp.dT = 8,764 kmol/jam (8205,004) kJ/kmol = 71906,74 kJ /jam ¾ Oksigen 133
∫
406,15
Cp dT =
25
∫
406,15
Cp dT =
298,15
∫
Cpl dT
298,15
= 3656,762 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = n Cpl dT = 8,519 kmol/jam (3656,762) kJ/kmol = 31151,95 kJ /jam ¾ Toluena 133
∫ Cp dT
406,15
=
25
∫
406,15
Cp dT =
298,15
∫
Cpl dT
298,15
= 140692,25 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = n Cpl dT = 0,574 kmol/jam (59372,44) kJ/kmol = 34079,78 kJ /jam Tabel LB.23 Panas keluar kondensor (E-104) Komponen
Toluena Air Oksigen Total
N11 (kmol/jam)
0,574 8,764 8,519
BP
∫ Cp
(l )
dT
298
59372,44 8205,004 3656,762
⎛ 406,48 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 34079,78 71906,74 31151,95 137138,5 11
Panas yang dilepaskan = Qout - Qin = (137138,5– 683924) kj/jam = -546785,53 kj/jam
Universitas Sumatera Utara
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:
H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin pada 60oC
:
H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003) Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -546785,53 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
=
-2.786.515 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 4086,588 kg/Jam Tabel LB.24 Neraca Panas Kondensor (E-104) Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
683.924
-
Produk
-
137.138,5
Panas yang dilepas
-
546.785,5
683.924
683.924
Total LB.6 Cooler (E-201)
Air pendingin 28 oC
Toluena 9 Asam Benzoat Benzaldehide 148,89 oC Benzil Alkohol Air
10 30oC
Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol Air
Air Pendingin Bekas 60 oC
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.25 Panas masuk Cooler (E-201) alur 9 Komponen
466,48
N9 (kmol/jam)
Toluena Asam Benzoat MnAs Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
BP
∫ Cp
(l )
dT
298
0,574 7,661 0,099 1,279 2,566 0,173
∫
Hvl (kJ/kmol)
106472,47 41894,47 47944,69 31319,18 40105,82 10252,03
Cp( g ) dT
BP
– – – – – –
– – – – – –
Total
⎛ 466,48 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 9
61115,195 320966,533 4746,524 39311,073 104844,451 1772,0293 539987,090 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Cooler (E-201)
1. Toluena:
∫
30
25
Cp dT = ∫
303,15
298,15
Cpl dT
= 2135,185 kJ/kmol 30
N10 tol ∫ Cp dT = 0,574 kmol/jam . 2135,185 kJ/kmol 25
= 1225,596 kJ/jam.
∫
2. Asam Benzoat :
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cpl dT
= 1099,407 kJ/kmol 30
N10 AsBen ∫ Cp dT
= 7,661 kmol/jam . 1099,407 kJ/kmol
25
= 8422,900 kJ/jam 3. Benzaldehide
:
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cpl dT
= 861,958 kJ/kmol 30
N10 Benz ∫ Cp dT
= 1,279 kmol/jam . 861,958 kJ/kmol
25
= 1081,909 kJ/jam 4. Benzil Alkohol :
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cpl dT
= 1118,382 kJ/kmol 30
N10 BenAl ∫ Cp dT 25
= 2,566 kmol/jam . 1118,382 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
= 2923,668 kJ/jam
∫
5. Mangan Asetat :
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cps dT
= 1424,100 kJ/kmol 30
N10 MnAs ∫ Cp dT
= 0,109 kmol/jam . 1424,100 kJ/kmol
25
= 154,708 kJ/jam 6. Air
:
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cpl dT
= 374,705 kJ/kmol 30
N10 H2O ∫ Cp dT
= 0,173 kmol/jam . 374,705 kJ/kmol
25
= 64,767 kJ/jam Tabel LB.26 Panas keluar Cooler (E-201) alur 10 Komponen
N10 (kmol/jam)
Toluena Asam Benzoat MnAs Benzaldehide Benzil Alkohol H2O Total
0,574 7,661 0,099 1,279 2,566 0,173 12,352
BP
∫ Cp
(l )
dT
298
2135,185 1099,407 1424,100 861,958 1118,382 374,705
⎛ 422,04 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 1225,596 8422,900 154,708 1081,909 2923,668 64,767 13.873,548 10
Panas yang dilepaskan = Qout - Qin = (13.873,548 – 540.449,058) kj/jam = -526.575,51 kj/jam Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
0
dan keluar pada suhu 60 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:
H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin pada 60oC
:
H(600C)= 251,1 kJ/kg
Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -526.575,51 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
=
-526.575,51 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 3.935,541 kg/Jam Tabel LB.27 Neraca Panas Cooler (E-201) Masuk
Keluar
(kJ/jam)
(kJ/jam)
Umpan
540.449,058
-
Produk
-
13.873,548
Panas yang dilepaskan
-
526.575,51
Total
540.449,058
540.449,058
LB.7 Heater (E-106)
Pada heater terjadi kenaikan suhu sebelum masuk ke dalam flash drum dan terjadi pemisahan uap dengan cair secara flash distillation. Panas Masuk Heater : Alur 15
Tin = 190oC = 463,15 K P = 119 mmHg = 0,1565 atm Panas masuk alur 15 = ∑ N
15 senyawa
⎡ 463,15 ⎤ ⎢ ∫ Cpl dT ⎥ ⎥⎦ ⎣⎢ 298,15
1. Toluena
∫
190
25
Cpl dT = 2135,185 kJ/kmol.
N15tol.
∫
190
25
Cpl dT = 0,574 kmol /jam . 2135,185 kJ/kmol.
Universitas Sumatera Utara
= 1225,596 kJ/jam 2. H2O (air)
∫
190
25
Cpl dT = 374,705 kJ/kmol.
∫
N15air .
190
25
Cpl dT
= 0,173 kmol/jam. 374,705 kJ/kmol. = 64,767 kJ/jam
3. Asam Benzoat
∫
190
25
Cpl dT = 1099,407 kJ/kmol.
N15 AsBen ∫
190
25
Cp dT
= 7,661kmol/jam . 1099,407 kJ/kmol = 8422,900 kJ/jam
4. Benzaldehide
∫
190
25
Cpl dT = 861,958 kJ/kmol.
N15 Benz ∫
190
25
Cp dT
= 1,279 kmol/jam . 861,958 kJ/kmol = 1081,909 kJ/jam
5. Benzil Alkohol
∫
190
25
Cpl dT = 1118,382 kJ/kmol.
N15 BenAl ∫
190
25
Cp dT
= 2,566 kmol/jam . 1118,382 kJ/kmol = 2923,668 kJ/jam
Tabel LB.28 Neraca Panas Masuk (alur 15) Heater (E-106) Komponen
Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O Total
N15 (kmol/jam)
0,574 7,661 1,279 2,566 0,173 12,278
463,15
∫
Cp(l ) dT
⎛ 463,15 ⎞ N 15 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
2135,185 1099,407 861,958 1118,382 374,705
1225,596 8422,900 1081,909 2923,668 64,767 13718,840
298,15
Universitas Sumatera Utara
Panas Keluar Heater: Alur 16
Tout
: 200oC
Pout
: 0,1565 atm.
Sebagian komponen berubah fasa menjadi fasa uap. Panas keluar alur 16 = ∑ N
⎡ 473,15 ⎤ ⎢ ∫ Cp dT ⎥ ⎥⎦ ⎣⎢ 298,15
16 senyawa
1. Toluena ΔHvl = 33.460,60 kJ/kmol
∫
200
25
Cpg dT =
N16tol.
(∫
473,15
298,15
23.410,674 kJ/kmol
)
Cpg dT+ΔHvl = 0,574 kmol /jam.(23.410,674 +33.460,6) kJ/kmol
= 32644,11 kJ/jam 2. H2O (air) ΔHvl = 40.656 kJ/kmol
∫
200
25
Cpg dT = 5983,1 kJ/kmol
N16air.
(∫
473,15
298,15
)
Cpg dT+ΔHvl = 0,016 kmol /jam . 46.639,30 kJ/kmol.
= 732,859 kJ/jam. 3. Asam Benzoat ΔHvl = 58.272 kJ/kmol
∫
200
25
Cpg dT = 23660,6266 kJ/kmol
N16asben.
(∫
473,15
298,15
)
Cpg dT+ΔHvl = 0,696 kmol /jam . 81.932,63 kJ/kmol.
= 57064,66 kJ/jam. 4. Benzaldehide ΔHvl = 41.087 kJ/kmol
∫
200
25
Cpg dT = 24.886,5964 kJ/kmol
N16benz.
(∫
473,15
298,15
)
Cpg dT+ΔHvl = 0,1141 kmol /jam . 65.973,60 kJ/kmol
= 7.528,041 kJ/jam.
Universitas Sumatera Utara
5. Benzil Alkohol ΔHvl = 49.244 kJ/kmol
∫
200
25
Cpg dT = 25412,8323 kJ/kmol
(∫
N16benAl.
473,15
298,15
)
Cpg dT+ΔHvl = 0,238 kmol /jam.74.656,83 kJ/kmol
= 17.742,504 kJ/jam. Tabel LB.29 Neraca Panas Keluar (Alur 16a) Heater (E-106) 473,15
N16 (kmol/jam) 0,574 0,696 0,1141 0,238 0,016 1,638
Komponen Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O Total
∫
473,15
ΔHvl 33.460,60 58.272,00 41.087,00 49.244,00 40.656,20
∫
Cp( g ) dT
298,15
23.410,674 23.660,627 24.886,596 25.412,832 5.983,100
Cp( g ) dT
298,15
+Hvl 56.871,274 81.932,627 65.973,596 74.656,832 46.639,300
⎛ 473,15 ⎞ N 16 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
32.644,111 57.064,656 7.528,041 17.742,504 732,859 115.712,171
Panas Keluar Heater: Alur 16
Sebagian komponen menjadi fasa cair. Tout
: 200oC
Pout
: 0,1565 atm.
Panas keluar alur 16 = ∑ N
16 senyawa
⎡ 473,15 ⎤ ⎢ ∫ Cp dT ⎥ ⎥⎦ ⎣⎢ 298,15
1. H2O (air)
∫
200
25
Cpl dT = 10842,578 kJ/kmol.
N16air .
∫
200
25
Cpl dT = 0,1571 kmol/jam. 10842,578 kJ/kmol.
= 1.703,7299 kJ/jam 2. Asam Benzoat
∫
200
25
Cpl dT = 43723,354 kJ/kmol.
N16 AsBen ∫
200
25
Cpl dT
= 6,9648 kmol/jam . 43723,354 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
= 304.525,5971 kJ/jam 3. Benzaldehide
∫
200
25
Cpl dT = 32678,966 kJ/kmol.
N16 Benz ∫
200
25
Cpl dT
= 1,1411 kmol/jam . 32678,966 kJ/kmol = 37.288,9471 kJ/jam
4. Benzil Alkohol
∫
200
25
Cpl dT = 41822,695 kJ/kmol.
N16 BenAl ∫
200
25
Cpl dT
= 2,376 kmol/jam . 41822,695 kJ/kmol = 99.393,3566 kJ/jam
Tabel LB.30 Neraca Panas Keluar (alur 16) Heater (E-106) Komponen
N16 (kmol/jam)
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O Total
6,9648 1,1411 2,3765 0,1571 10,6396
473,15
∫
Cp dT
298,15
43723,354 32678,966 41822,695 10842,578
⎛ 473,15 ⎞ N 16 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
304.525,5943 37.288,9471 99.393,3566 1.703,7299 442.911,6279
Panas yang dibutuhkan : Q
= Q out – Q in = (442.911,6279 + 115.712,171 - 13718,840) kJ/jam = 544.904,9589 kJ/jam.
λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 544.904,9589 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 281,081 kg/Jam Tabel LB.31 Neraca Panas Heater (E-106) Masuk
Keluar
Universitas Sumatera Utara
(kJ/jam)
(kJ/jam)
Umpan
13718,8401
-
Produk
-
558.623,7990
544.904,9589
-
Panas yang diperlukan Total
558.623,7990
558.623,7990
LB. 8 Kondensor (E-105)
Panas yang masuk ke dalam kondensor E-105 = panas yang keluar dari flash drum (alur 17) = 115.712,2 kJ/ jam. Air Pendingin (280C) Toluena
Toluena
Asam Benzoat
Alur 17
Benzaldehide
200oC
Kondensor
Alur 14
Asam Benzoat
1330C
Benzaldehide
Benzil Alkohol
Benzil Alkohol
H2O
Air Pendingin bekas (600C)
H2O
1. Toluena
∫
133
25
406,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣1,81 + 8,12.10-01T + 1,51.10-03T 2 + 1,63.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,12.10-01 2 2 1,51.10-03 3 3 1,63.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT 1,81(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ = 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -01 -03 ⎡ ⎤ 8,12.10 1,51.10 (406,152 -298,152 ) + (406,153 -298,153 ) ⎥ ⎢1,81(406,15-298,15) + 2 3 ⎢ ⎥ -06 ⎢ 1,63.10 ⎥ 4 4 (406,15 -298,15 ) ⎢⎣ + ⎥⎦ 4 133
∫
133
25
Qtol
Cpl dT =
59.372,44 kJ/kmol.
= N14tol .
∫
133
25
Cpl dT = 0,574 kmol/jam. 59.372,44 kJ/kmol.
= 34079,78 kJ/jam 2. Asam Benzoat :
∫
133
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cp dT
Universitas Sumatera Utara
∫
133
25
∫
133
∫
133
25
25
406,15
∫
Cpl dT =
298,15
⎡⎣ -158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= ⎢-158(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦ 2,37 ⎡ ⎤ 2 2 ⎢-158(406,15-298,15) + 2 (406,15 -298,15 ) ⎥ Cpl dT= ⎢ ⎥ -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (406,153 -298,153 ) + 3,69.10 (406,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4
= 25.890,18 kJ/kmol N14 AsBen ∫
133
25
= 0,696 kmol/jam . 25.890,18 kJ/kmol
Cp dT
= 18032,06 kJ/jam 3. Benzaldehide
∫
133
∫
133
25
25
:
∫
133
25
Cp dT =
∫
406,15
298,15
Cp dT
⎡ 7,04.10-1 2 2 -1,71.10-03 3 3 1,76.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= ⎢67,0(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦ 406,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣67,0 + 7,04.10-1T + -1,71.10-03T 2 + 1,76.10-06T 3 ⎤⎦ dT
⎡ ⎤ 7,04.10-1 67,0(406,15-298,15) + (406,152 -298,152 ) ⎢ ⎥ 133 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 1,76.10-06 ⎢ -1,71.10-03 3 3 4 4 ⎥ (406,15 -298,15 ) + (406,15 -298,15 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦
= 19.494,79 kJ/kmol N14 Benz ∫
133
25
= 0,114 kmol/jam . 19.494,79 kJ/kmol
Cp dT
= 2224,49 kJ/jam 4. Benzil Alkohol :
∫
133
25
406,15
Cpl dT =
∫
298,15
∫
133
25
Cp dT =
∫
406,15
298,15
Cp dT
⎡⎣97,6 + 8,66.10-1T + -2,14.10-03T 2 + 2,17.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
Universitas Sumatera Utara
⎡ 8,66.10-1 2 2 -2,14.10-03 3 3 2,17.10-06 4 4 ⎤ (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ ∫25 Cpl dT= ⎢⎣97,6(T2 -T1 ) + 2 (T2 -T1 ) + 3 4 ⎦ -1 ⎡ ⎤ 8,66.10 (406,152 -298,152 ) ⎢97,6(406,15-298,15) + ⎥ 133 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 -06 2,17.10 ⎢ -2,14.10-03 ⎥ (406,153 -298,153 ) + (406,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 133
= 25.091,60 kJ/kmol N14 BenAl ∫
133
25
Cp dT = 0,238 kmol/jam 25.091,60 kJ/kmol
= 5963,121 kJ/jam 5. H2O (air)
∫
133
25
∫
133
25
406,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT = ⎢18,3(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦
⎡ 4,72.10-01 -1,34.10-03 2 2 18,3(406,15-298,15) + (406,15 -298,15 ) + (406,153 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ ⎢ 1,31.10-06 (406,154 -298,154 ) ⎢⎣ + 4
∫
133
25
Qair
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cp dT = 8.205 kJ/kmol.
= N14air .
∫
133
25
Cpl dT
= 0,016 kmol/jam . 8.205 kJ/kmol. = 128,9279 kJ/jam
Tabel LB.32 Neraca Panas Keluar (Alur 14) Kondensor (E-105) Komponen
Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O Total
N15 (kmol/jam)
0,574 0,696 0,114 0,238 0,016 1,638
406,15
∫
Cp( l ) dT
298,15
59.372,44 25.890,18 19.494,79 25.091,60 8.205,00
⎛ 406,15 ⎞ N 14 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
34079,78 18032,06 2224,49 5963,121 128,9279 60428,38
Universitas Sumatera Utara
Panas yang dilepaskan = Qout - Qin = (60.428,38 – 115.712,2) kj/jam = -55.283,8 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:
H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin pada 60oC
:
H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003) Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -55.283,789 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
=
-55283,789 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 413,1823 kg/jam
Tabel LB.33 Neraca Panas kondensor (E-105)
Umpan
Masuk (kJ/jam) 115.712,2
Produk
-
60.428,38
Panas yang dilepaskan
-
55.283,8
115.712,2
115.712,2
Total
Keluar (kJ/jam)
-
LB.9 Cooler (E-202) Air Pendingin 28 oC
AsBen Benz BenAl Air
18
19 o
200 C
o
148,444 C
AsBen Benz BenAl Air
Air Pendingin Bekas pada 60 oC
Universitas Sumatera Utara
Panas yang masuk (alur 18) sebesar = 442.911,627 kJ/jam Tin
473,15 K
200oC
Tref
298,15 K
25oC
Tout
421,594 K
148,444oC
Neraca Panas Keluar (alur 19) Cooler (E-202) sebagai berikut:
∫
1. Asam Benzoat :
∫
148,444
25
∫
148,444
25
148,444
25
421,594
∫
Cpl dT =
298,15
Cp dT =
∫
421,594
298,15
Cp dT
⎡⎣-158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= ⎢-158(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦
2,37 ⎡ ⎤ -158(421,594-298,15) + (421,5942 -298,152 ) ⎢ ⎥ 148,444 2 Cpl dT= ⎢ ⎥ ∫25 -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (421,5943 -298,153 ) + 3,69.10 (421,5944 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4
= 29893,83 kJ/kmol N19 AsBen ∫
148,444
25
= 6,964 kmol/jam . 29893,83 kJ/kmol
Cp dT
= 208205,376 kJ/jam 2. Benzaldehide
∫
148,444
25
∫
:
148,444
25
421,594
Cpl dT =
∫
298,15
Cp dT =
∫
421,594
298,15
Cp dT
⎡⎣67,0 + 7,04.10-1T + -1,71.10-03T 2 + 1,76.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 7,04.10-1 2 2 -1,71.10-03 3 3 1,76.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= 67,0(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -1 ⎡ ⎤ 7,04.10 67,0(421,594-298,15) + (421,5942 -298,152 ) ⎢ ⎥ 148,444 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 1,76.10-06 ⎢ -1,71.10-03 3 3 4 4 ⎥ (421,594 -298,15 ) + (421,594 -298,15 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 148,444
= 22.446,48 kJ/kmol N19 Benz ∫
148,444
25
Cp dT
= 1,14 kmol/jam . 22.446,48 kJ/kmol = 25612,977 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
3. Benzil Alkohol :
∫
148,444
25
421,594
∫
Cpl dT =
298,15
∫
148,444
25
Cp dT =
∫
421,594
298,15
Cp dT
⎡⎣97,6 + 8,66.10-1T + -2,14.10-03T 2 + 2,17.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,66.10-1 2 2 -2,14.10-03 3 3 2,17.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= 97,6(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -1 ⎡ ⎤ 8,66.10 97,6(421,594-298,15) + (421,5942 -298,152 ) ⎢ ⎥ 148,444 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 2,17.10-06 ⎢ -2,14.10-03 3 3 4 4 ⎥ (421,594 -298,15 ) + (421,594 -298,15 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 148,444
= 28.853,93 kJ/kmol N19 BenAl ∫
148,444
25
= 2,377 kmol/jam . 28.853,93 kJ/kmol
Cp dT
= 68572,563 kJ/jam 4. H2O (air)
∫
330,05
56,90
Cpl dT =
25
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ = Cpl dT 18,3(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -01 -03 ⎡ ⎤ 4,72.10 -1,34.10 (330,052 -298,152 ) + (330,053 -298,153 ) ⎥ ⎢18,3(330,05-298,15) + 2 3 ⎢ ⎥ -06 ⎢ 1,31.10 ⎥ (330,054 -298,154 ) ⎢⎣ + ⎥⎦ 4 56,90
∫
56,90
25
Qair
Cpl dT = 2400,283 kJ/kmol.
N19air .
=
∫
56,90
25
Cpl dT = 0,157 kmol/jam. 2400,283 kJ/kmol.
= 377,164 kJ/jam ΔHvl
=
40.656 kJ/kmol N19air . ΔHvl
= 0,157 kmol/jam . 40.656 kJ/kmol = 260,7134 kJ/jam.
∫
148,444
56,90
421,594
Cpg dT =
∫
330,05
⎡⎣34,0 + -9,65.10-03T + 3,30.10-05T 2 + -2,04.10-08T3 + 4,30.10-12 T 4 ⎤⎦ dT
Universitas Sumatera Utara
⎡ -9,65.10-03 2 2 3,30.10-05 3 3 34,0(T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) 2 1 2 1 ⎢ 148,444 2 3 ∫56,90 Cpg dT= ⎢⎢ -2,04.10-08 4 4 4,30.10-12 5 5 (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎢⎣ + 4 5
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
⎡ -9,65.10-03 3,30.10-05 34,0(421,594-330,05) + (421,5942 -330,052 ) + (421,5943 -330,053 ) ⎢ 148,444 2 3 ∫56,90 Cpg dT= ⎢⎢ -2,04.10-08 4,30.10-12 4 4 + (421,594 -330,05 ) + (421,5945 -330,055 ) ⎢⎣ 4 5
∫
148,444
56,90
N19air.
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cpg dT = 3.120,538 kJ/kmol
∫
148,444
100
Cpg dT = 0,157 kmol /jam . 3.120,538 kJ/kmol.
= 490,3403 kJ/jam. Tabel LB.34 Neraca Panas keluar (Alur 19) cooler (E-202) Komponen
N19
BP
(kmol/jam)
298,15
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil alkohol Air
6,965 1,141 2,377 0,157
∫
421,594
Cp(l ) dT
ΔHvl
29893,833 22446,480 28853,934 2400,283 Total
40656
∫
Cp( g ) dT
BP
421,594
∫
Cp dT
298,15
3.120,538
⎛ 421,594 ⎞ N 19 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
29893,83 22446,48 28853,93 46176,82
208205,376 25612,977 68572,563 7255,915 309646,8
Panas yang dilepaskan = Qout - Qin = (309.646,8 – 442.911,627) kj/jam = -133.681,214 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:
Entalpi Air pendingin bekas pada 60oC
H(28oC)= 117,43 kJ/kg :H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003) Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -133.681,214 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
=
-133.681,214 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
= 999,112 kg/Jam Tabel LB.35 Neraca Panas Cooler (E-202) Masuk (kJ/jam) 442.911,627 442.911,627
Umpan Produk Panas yang dilepaskan Total
Keluar (kJ/jam)
309.646,8 133.681,214 442.911,627
LB.10 Kolom Destilasi I (T - 201)
E-203 20
22
V-201
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
23
27
F J-203
19
J-205
24
Vb, Xb
D-201
RB-201 Lb, Xb
B, Xb 21
25
J-206
J-204
Fungsi: Memisahkan produk asam benzoat dari larutan lainnya yang masih kotor mengandung by-product sehingga didapatkan asam benzoat yang benar – benar murni. LB.10.1 Kondensor I (E-203)
Air pendingin 28 oC
AsBen Benz BenAl Air
20
27
148,444 oC
141,589oC
Air pendingin bekas 60 oC
AsBen Benz BenAl Air
Universitas Sumatera Utara
Menentukan kondisi umpan
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk sampai syarat Σ Ki,Xi = 1 terpenuhi. P = 2,5 Psia = 17,236 kPa = 129,2873 mmHg (Freepatentsonline.com)
Trial : T = 421,594 K Tabel LB.36 Titik Didih Umpan Masuk Destilasi Pi Pi (mmHg) (KPa) Asam Benzoat 0,6560 20,5826 2,7441 Benzil Alkohol 0,2197 130,8729 17,4480 Benzaldehide 0,1095 331,8514 44,2424 H2O 0,0148 3425,5032 456,6881 Total 1,0000 3908,8102 521,1226 o Maka, suhu umpan (F) adalah 148,444 C = 421,594 K. Komponen
XiF
Ki
XiF Ki
0,1591 0,1044 1,0122 0,2223 2,5667 0,2810 26,4948 0,3921 30,233 1,00000
αif = Ki/Khk 1,000 6,358 16,123 166,427
Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total)
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai syarat Σyid/Ki = 1 terpenuhi. P = 2,5 Psia = 17,236 kPa
Trial : T = 414,739 K Tabel LB.37 Dew Point Destilat Komponen
Asam Benzoat Benzil Alkohol Benzaldehide H2O
YiD
0,00043 0,65910 0,32850 0,01197 1,000
Pi (mmHg) 14,7272 101,6658 269,7052 2835,4991 3221,5975
Pi Ki (KPa) 1,9634 0,11390948 13,5541 0,78634357 35,9571 2,08605875 378,0287 21,93141312 429,5034
Total Maka, suhu destilat (D) adalah 141,589 oC = 414,739 K.
YiD/Ki
0,0038 0,8381 0,1574 0,0005 1,00000
αiD = Ki/Khk 1,0000 6,9032 18,3133 192,5336
Alur 20
Panas masuk T = 421,594 K. (148,444 oC) dan tekanan 2,5 Psia
Universitas Sumatera Utara
Panas masuk : Qin =
⎡ BP N ∑ i ⎢ ∫ Cp(l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
421,594
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎥⎦
Tabel LB.38 Panas Masuk Kondensor I (E-203) 421,594
BP
Komponen
N (kmol/jam)
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
0,002 29893,83 1,548 16909,97 3,106 28771,24 0,057 Total
ΔHvl 41.087 49.244 40.656
∫
421,594
Cp( g ) dT
∫
BP
Cp dT
298,15
4343,82 53,55 11.602,70
29.893,83 62.340,79 78.068,80 52.258,70
⎛ 421,594 ⎞ N 20 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
60,999 96493,52 242448,36 2946,67 341.949,55
Alur 23
Panas keluar T = 414,739 K (141,589 oC) dan tekanan 2,5 Psia Panas keluar : Qout =
⎡ BP N ∑ i ⎢ ∫ Cp(l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
414,739
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎥⎦
Tabel LB.39 Panas Keluar Kondensor I (E-203) Alur 23 414,739
Komponen
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N (kmol/jam)
0,0005 0,7730 0,3853 0,0140
BP
∫ Cp
(l )
dT
ΔHvl
298 ,15
28108,76 16909,97 27177,75 Total
41.087 40.656
∫
414,739
Cp( g ) dT
∫
BP
Cp dT
298,15
3301,10 11366,76
28108,76 61298,07 27177,75 52022,76
⎛ 414,739 ⎞ N 23 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
14,276 47.382,981 10.470,639 730,131 58.598,028
Alur 27
Panas keluar T = 414,739 K (141,589 oC) dan tekanan 2,5 Psia Panas keluar : Qout
⎡ BP = ∑ N i ⎢ ∫ Cp (l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
414,739
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎥⎦
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.40 Panas Keluar Kondensor I (E-203) Alur 27 414,739
BP
N (kmol/jam)
Komponen
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
ΔHvl
0,0015 28108,76 1,1626 16909,97 41.087 2,3326 27177,75 0,0424 - 40.656 Total
∫
Cp( g ) dT
BP
414,739
∫
Cp dT
298,15
3344,34 11541,06
⎛ 414,739 ⎞ N 27 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
28108,76 61341,31 27177,75 52197,06
43,080 71.313,817 63.394,282 2.210,620 136.961,800
Jumlah panas yang dilepaskan : Q = Qout - Qin Q = 136.961,800 + 58.598,028 – 341.949,55 Q = -82026,35 kJ/jam Tabel LB.41 Neraca Panas Kondensor I (E-203)
Umpan Produk Panas yang dilepaskan Total
Alur masuk (kJ/jam) 341.949,55 341.949,55
Alur keluar (kJ/jam)
195.559,83 146389,72 341.949,55
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin bekas pada 60oC
:H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003) Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -146389,72 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
=
-146389,72 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 1094,09 kg/Jam
Universitas Sumatera Utara
LB 10.2 Reboiler I (RB-201)
AsBen H2O
24
Saturated steam 200oC
Kondensat 200oC AsBen H2O
25
21
AsBen H2O
Menentukan kondisi operasi bottom (reboiler)
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial bubble point sampai syarat Σxi.Ki = 1 terpenuhi. P = 2,5 Psia = 17,236 kPa
Trial : T = 438,367 K Tabel LB.42 Boiling Point Produk Bawah Pi Pi αiB= Ki Ki.XiB (mmHg) (KPa) Ki/Khk Asam Benzoat 0,984 43,8915 5,8660 0,3403 0,3348 1 H2O 0,016 5290,4908 707,0667 41,0206 0,6652 1,9868 Total 1,000 5334,3824 712,9327 1,0000 o Maka suhu pada vapor bottom (Vb) adalah 165,217 C = 438,367 K. Komponen
XiB
Alur 21
Panas masuk T = 421,594 K. (148,444 oC) dan tekanan 2,5 Psia Panas masuk : Qin
⎡ BP = ∑ N i ⎢ ∫ Cp (l) dT + ΔHvl + ⎣⎢ 298,15
421,594
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎦⎥
Tabel LB.43 Panas Masuk Reboiler I (RB-201) alur 21 421,594
421,594
Komponen
Asam Benzoat H2O
N (kmol/jam)
10,4953 0,1730
BP
∫ Cp
(l )
dT
ΔHvl
298 ,15
29.893,83 Total
40.656
∫
Cp( g ) dT
∫
Cp dT
298,15
BP
11.602,70
29.893,83 52.258,70
⎛ 421,594 ⎞ N 21 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
313744,7497 9.039,819 322.784,569
Universitas Sumatera Utara
Alur 24
Panas keluar T = 438,367 K (165,217oC) dan tekanan 2,5 psia Panas keluar : Qout
⎡ BP = ∑ N i ⎢ ∫ Cp (l) dT + ΔHvl + ⎣⎢ 298,15
⎤ Cp dT ⎥ (g) ∫ BP ⎦⎥
393,9
Tabel LB.44 Panas Keluar Reboiler I (RB-201) (Alur 24) 438,367
BP
Komponen
N (kmol/jam)
Asam Benzoat H2O
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
3,5307 34395,31 0,0582 Total
∫
ΔHvl
438,367
Cp( g ) d
∫
BP
40.656
Cp dT
298,15
12192,19
34395,31 52848,19
⎛ 438,367 ⎞ N 24 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
121.441,035 3.075,777 124.516,811
Alur 25
Panas keluar T = 438,367 K (165,217oC) dan tekanan 2,5 psia Panas keluar : Qout =
⎡ BP N ∑ i ⎢ ∫ Cp(l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
438,367
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎥⎦
Tabel LB.45 Panas Keluar Reboiler I (RB-201) (Alur 25) 438,367
BP
Komponen
N (kmol/jam)
Asam Benzoat H2O
6,963 0,115
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
34395,31 -
ΔHvl
∫
Cp( g ) dT
BP
40.656
438,367
∫
Cp dT
298,15
12192,19
34395,31 52848,19 Total
⎛ 438,367 ⎞ N 25 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
239.504,683 6.066,013 245.570,697
Jumlah panas yang dibutuhkan: Q = Qout - Qin Q = (245.570,697 + 124.516,811) – 322.784,569 Q = 47302,94 kJ/jam λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 47302,94 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 24,400 kg/Jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.46 Neraca panas Reboiler I (RB-201) Masuk (kJ/jam) 322.784,569 47.302,94 370.087,508
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Keluar (kJ/jam)
370.087,508 370.087,508
LB.11 Heater (E-205)
Panas yang masuk ke dalam heater (alur 27) adalah 136.961,800 kJ/jam. Tin
414,739 K
141,589oC
Tout
428,15 K
155oC
Tref
298,15 K
25oC
Perhitungan panas yang keluar dari heater adalah sebagai berikut: 1. Asam Benzoat :
∫
155
25
∫
155
∫
155
25
25
∫
428,15
Cpl dT =
∫
298,15
155
25
Cp dT =
∫
428,15
298,15
Cpl dT
⎡⎣-158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= ⎢-158(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦ 2,37 ⎡ ⎤ 2 2 ⎢-158(428,15-298,15) + 2 (428,15 -298,15 ) ⎥ Cpl dT= ⎢ ⎥ -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (428,153 -298,153 ) + 3,69.10 (428,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4
= 31612,88 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
N 29 AsBen ∫
155
= 0,0015 kmol/jam 31612,88 kJ/kmol
Cp dT
25
= 48,451 kJ/jam 2. Benzaldehide
∫
119,28
25
∫
:
392,43
Cpl dT =
119,28
25
∫
298,15
∫
Cp dT =
392,43
298,15
Cp dT
⎡⎣67,0 + 7,04.10-1T + -1,71.10-03T 2 + 1,76.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 7,04.10-1 2 2 -1,71.10-03 3 3 1,76.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= 67,0(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -1 ⎡ ⎤ 7,04.10 67,0(392,43-298,15) + (392,432 -298,152 ) ⎢ ⎥ 119,28 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 1,76.10-06 ⎢ -1,71.10-03 3 3 4 4 ⎥ (392,43 -298,15 ) + (392,43 -298,15 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 119,28
= 16909,97 kJ/kmol N 29 Benz ∫
119,28
25
= 1,1626 kmol/jam . 16909,97 kJ/kmol
Cp dT
= 19.659,092 kJ/jam ΔHvl
∫
155
119,28
= 41.087 kJ/kmol Cpg dT = 63.350,390 kJ/kmol
(∫
N29benz.
428,15
298,15
)
Cpl dT+Cpg dT+ΔHvl =1,1626 kmol /jam. 63.350,390 kJ/kmol
= 73.649,5170 kJ/jam. 3. Benzil Alkohol :
∫
148,11
25
421,26
∫
Cpl dT =
298,15
∫
148,11
25
Cp dT =
∫
421,26
298,15
Cp dT
⎡⎣97,6 + 8,66.10-1T + -2,14.10-03T 2 + 2,17.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,66.10-1 2 2 -2,14.10-03 3 3 2,17.10-06 4 4 ⎤ (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ ∫25 Cpl dT= ⎢⎣97,6(T2 -T1 ) + 2 (T2 -T1 ) + 3 4 ⎦ -1 ⎡ ⎤ 8,66.10 (421,26 2 -298,152 ) ⎢97,6(421,26-298,15) + ⎥ 148,11 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 -06 2,17.10 ⎢ -2,14.10-03 ⎥ (421,263 -298,153 ) + (421,264 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 148,11
= 28771,24 kJ/kmol N 29 BenAl ∫
148,11
25
Cp dT
= 2,3326 kmol/jam . 28771,24 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
= 67111,229 kJ/jam ΔHvl = 49.244 kJ/kmol
∫
155
148,11
Cpg dT = 1.102,635 kJ/kmol
(∫
N29benAl.
428,15
298,15
)
Cpg dT+ΔHvl = 2,3326 kmol /jam.79.117,880 kJ/kmol
= 184.548,7848 kJ/jam. 4. Air (H2O)
∫
56,91
25
330,06
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT 18,3(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ = 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -01 -03 ⎡ ⎤ 4,72.10 -1,34.10 (330,062 -298,152 ) + (330,063 -298,153 ) ⎥ ⎢18,3(330,06-298,15) + 2 3 ⎢ ⎥ -06 ⎢ 1,31.10 ⎥ 4 4 (330,06 -298,15 ) ⎢⎣ + ⎥⎦ 4 56,91
∫
56,91
25
Cpl dT = 2400,28 kJ/kmol.
ΔHvl = 40.656 kJ/kmol
∫
155
56,91
N29air.
∫
155
56,91
Cpg dT = 3.346,559 kJ/kmol
Cp dT + ΔHvl = 0,0424 kmol /jam.(2.400,28 + 3.346,559 +40.656)kJ/kmol
= 46.403,042 kJ/jam Qair
N29air .
=
∫
155
25
Cp dT = 0,0424 kmol/jam. 46.403,042 kJ/kmol.
= 1.965,2356 kJ/jam Tabel LB.47 Panas Keluar Heater (E-205) (Alur 29) 29
Komponen
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N (kmol/jam)
428,15
BP
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
0,0015 31612,88 1,1626 16909,97 2,3326 28771,24 0,0424 2400,28 Total Panas yang diserap
ΔHvl 41.087 49.244 40.656
∫
Cp( g ) dT
BP
428,15
∫
Cp dT
298,15
5.353,419 1.102,635 3.346,559
31.612,877 63.350,390 79.117,880 46.403,042
⎛ 428,15 ⎞ N 29 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
48,4509 73.649,5170 184.548,7848 1.965,2356 260.211,9883
Universitas Sumatera Utara
= Qout - Qin = (260.211,9883 – 136.961,800) kj/jam = 123.250,1884 kJ/jam λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 123.250,1884 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 63,576 kg/Jam Tabel LB.48 Neraca panas heater (E-205) Masuk (kJ/jam) 136.961,800 123.250,1884 260.211,9883
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Keluar (kJ/jam)
260.211,9883 260.211,9883
LB.12 Kolom Destilasi II (T - 202)
E-206 30
31
V-202
Vd, Xd
LC
Ld, Xd
D, Xd
32
38
F J-208
29
J-210
35
Vb, Xb
D-201
RB-202 Lb, Xb
B, Xb 33
J-209
36
J-211
Fungsi: Memisahkan antar by-product (benzaldehide dan benzil alkohol) sehingga didapatkan komponen masing – masing dari by-product.
Universitas Sumatera Utara
LB.12.1 Kondensor II (E-206) Air pendingin 28 oC
Benz BenAl Air
30
Benz BenAl Air
31
155 oC
144,15oC
Air pendingin bekas 60 oC
Menentukan kondisi umpan
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk sampai syarat Σ Ki,Xi = 1 terpenuhi. Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Trial : T = 428,15 K
Tabel LB.49 Titik Didih Umpan Masuk Destilasi Pi Pi (mmHg) (KPa) Asam Benzoat 0,0004 27,9502 3,7263 Benzil Alkohol 0,6591 165,1118 22,0127 Benzaldehide 0,3285 401,6794 53,5519 H2O 0,0120 4078,3282 543,7227 Total 1,0000 4673,0695 623,0136 Maka, suhu umpan (F) adalah 428,15 K = 155oC Komponen
XiF
Ki
XiF Ki
0,0965 0,5701 1,3870 14,0822 16,1358
0,0000 0,3758 0,4556 0,1685 1,0000
αif = Ki/Khk 1,0000 5,9074 14,3713 145,9141
Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total)
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai syarat Σyid/Ki = 1 terpenuhi. Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Trial : T = 417,3 K
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.50 Dew Point Destilat Pi Pi (mmHg) (KPa) Asam Benzoat 0,0000 0,0000 0,0000 Benzil Alkohol 0,0193 111,8563 14,9127 Benzaldehide 0,9543 291,7056 38,8902 H2O 0,0263 3045,4722 406,0224 Total 1,0000 3449,0341 459,8252 Maka, suhu destilat (D) adalah 417,3 K = 144,150oC Komponen
YiD
Ki
YiD/Ki
0,0000 0,3862 1,0072 10,5158
0,0000 0,0501 0,9475 0,0025 1,0000
Alur 30
Panas masuk T = 428,15 K. (155oC) dan tekanan 5,6 Psia Panas masuk : Qin
⎡ BP = ∑ N i ⎢ ∫ Cp (l) dT + ΔHvl + ⎣⎢ 298,15
428,15
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎦⎥
Tabel LB.51 Panas Masuk Kondensor II (E-206) Komponen
Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N30 (kmol/jam)
1,1533 0,1401 0,0350
428,15
BP
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
16909,97 28771,24 2400,28 Total
ΔHvl 41.087 49.244 40.656
∫
428,15
Cp( g ) dT
∫
BP
Cp dT
298,15
5.353,419 1.102,635 3.346,559
63350,390 79117,880 46403,042
⎛ 428,15 ⎞ N 30 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
73062,975 11086,132 1623,500 85772,61
Alur 32
Panas keluar T = 417,3 K (144,15 oC) dan tekanan 5,6 Psia Panas keluar : Qout =
⎡ BP N ∑ i ⎢ ∫ Cp(l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
417,3
∫
BP
⎤ Cp(g) dT ⎥ ⎥⎦
Tabel LB.52 Panas Keluar Kondensor II (E-206) Alur 32 417,3
Komponen
Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N (kmol/jam)
0,0024 0,1168 0,0032
BP
∫ Cp
(l )
dT
ΔHvl
298 ,15
16909,97 30466,67 2400,28 Total
41.087 40.656
∫
Cp( g ) dT
BP
417,3
∫
Cp dT
298,15
3.689,101 2.972,699
61686,071 30466,674 46029,182
⎛ 417,3 ⎞ N 32 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
146,014 3558,383 148,366 3852,763
Universitas Sumatera Utara
Alur 38
Panas keluar T = 417,3 K (144,15 oC) dan tekanan 5,6 Psia Panas keluar : Qout
⎡ BP = ∑ N i ⎢ ∫ Cp (l) dT + ΔHvl + ⎣⎢ 298,15
417,3
∫
BP
⎤ Cp(g) dT ⎥ ⎦⎥
Tabel LB.53 Panas Keluar Kondensor II (E-206) Alur 38 417,3
N (kmol/jam)
Komponen
Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
∫
BP
∫ Cp
(l )
dT
ΔHvl
BP
298 ,15
1,1509 0,0233 0,0318
16909,97 30466,67 2400,28 Total
Cp( g ) dT
41.087 40.656
417,3
∫
Cp dT
298,15
3.689,101 2.972,699
61686,071 30466,674 46029,182
⎛ 417,3 ⎞ N 38 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
70997,477 710,660 1462,054 73170,190
Jumlah panas yang dilepaskan : Q = Qout - Qin Q = 73170,190 + 3852,763 – 85772,61 Q = -8749,654 kJ/jam Tabel LB.54 Neraca Panas Kondensor (E-206)
Umpan Produk Panas yang dilepaskan Total
Alur masuk (kJ/jam) 85772,61 85772,61
Alur keluar (kJ/jam)
77.022,953 8749,654 85772,61
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
0
dan keluar pada suhu 60 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin bekas pada 60oC
:H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003) Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -8749,654 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
=
-8749,654 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 65,393 kg/Jam LB 12.2 Reboiler II (RB-202) AsBen Benz BenAl Air
35
Saturated steam 200 oC Kondensat 200oC
AsBen Benz BenAl Air
33
AsBen Benz BenAl Air
36
Menentukan kondisi operasi bottom (reboiler)
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial bubble point sampai syarat Σxi.Ki = 1 terpenuhi. Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Trial : T = 441,98 K Tabel LB.55 Boiling Point Produk Bawah Pi Pi Ki (mmHg) (KPa) Asam Benzoat 0,0007 51,1287 6,8333 0,1770 Benzil Alkohol 0,9898 262,3735 35,0658 0,9082 Benzaldehide 0,0050 587,9562 78,5795 2,0352 H2O 0,0045 5781,8172 772,7318 20,0135 Total 1,000 5334,3824 712,9327 Maka suhu pada bottom (B) adalah 441,98 K = 168,83oC Komponen
XiB
Ki.XiB
0,0001 0,8989 0,0101 0,0908 1,0000
αiB= Ki/Khk 1,0000 7732,2723 87,2330 781,2475
Alur 33
Panas masuk T = 428,15 K. (155oC) dan tekanan 5,6 Psia Panas masuk : Qin =
⎡ BP N ∑ i ⎢ ∫ Cp(l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
428,15
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎥⎦
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.56 Panas Masuk Reboiler II (RB-202) alur 33 428,15
Komponen
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N (kmol/jam)
∫
BP
∫ Cp
(l )
dT
ΔHvl
BP
298 ,15
0,0015 0,0117 2,3280 0,0107
31612,88 16909,97 28771,24 2400,28 Total
41.087 49.244 40.656
Cp( g ) dT
428,15
∫
Cp dT
298,15
- 31612,88 5.353,419 63350,390 1.102,635 79117,880 3.346,559 46403,042
⎛ 428,15 ⎞ N 33 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
48,843 742,487 184189,659 495,307 185476,295
Alur 35
Panas keluar T = 441,98 K. (168,83oC) dan tekanan 5,6 Psia Panas masuk : Qin
⎡ BP = ∑ N i ⎢ ∫ Cp (l) dT + ΔHvl + ⎣⎢ 298,15
441,98
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎦⎥
Tabel LB.57 Panas Keluar Reboiler II (RB-202) (Alur 35) BP
Komponen
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N (kmol/jam)
1,247E-05 0,0001 0,0188 0,0001
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
441,98
441,98
ΔHvl
∫
Cp( g ) dT
35276,88 16909,97 28771,24 2400,28 Total
41.087 49.244 40.656
∫
Cp dT
298,15
BP
⎛ 441,98 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠ 35
- 35276,88 7.522,306 65519,276 3.364,119 81379,363 3.824,593 46881,076
0,440 6,197 1528,849 4,038 1539,524
Alur 36
Panas keluar T = 441,98 K. (168,83oC) dan tekanan 5,6 Psia Panas masuk : Qin =
⎡ BP N ∑ i ⎢ ∫ Cp(l) dT + ΔHvl + ⎢⎣ 298,15
441,98
∫
BP
⎤ Cp (g) dT ⎥ ⎥⎦
Tabel LB.58 Panas Keluar Reboiler (RB-201) (Alur 36) 441,98
BP
Komponen
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
N (kmol/jam)
0,0015 0,0116 2,3093 0,0106
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
35276,88 16909,97 28771,24 2400,28 Total
ΔHvl 41.087 49.244 40.656
∫
Cp( g ) dT
BP
441,98
∫
Cp dT
298,15
7.522,306 3.364,119 3.824,593
35276,88 65519,276 81379,363 46881,076
⎛ 441,98 ⎞ N 36 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
54,064 761,710 187925,635 496,371 189237,780
Universitas Sumatera Utara
Jumlah panas yang dibutuhkan: Q = Qout - Qin Q = (189237,780+ 1539,524) – 185476,295 Q = 5301,009 kJ/jam λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 5301,009 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 2,734 kg/jam Tabel LB.59 Neraca panas Reboiler II (RB-202) Masuk (kJ/jam) 185476,295 5301,009 190777,304
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Keluar (kJ/jam)
190777,304 190777,304
LB.13 Cooler (E-204)
Menentukan temperatur masuk cooler (E-204) : Data alur alur 25 alur 26
Tin Tref Tout
Fraksi Mol 0,119884 0,880116 Temperatur 318,033 K 298,15 K 301,15 K
T (K) %N x T (K) 441,98 52,98642 301,15 265,0469 318,0333 44,883 oC 25oC 28oC
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan Neraca Panas Masuk Cooler (E-204)
1. Asam Benzoat :
∫
44,883
25
∫
44,883
25
∫
44,883
25
318,033
Cpl dT =
∫
298,15
Cp dT =
∫
318,033
298,15
Cp dT
⎡⎣ -158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= ⎢-158(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦
2,37 ⎡ ⎤ -158(318,033-298,15) + (318,0332 -298,152 ) ⎢ ⎥ 44,883 2 Cpl dT= ⎢ ⎥ ∫25 -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (318,0333 -298,153 ) + 3,69.10 (318,0334 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4
= 4439,08 kJ/kmol N 28a AsBen ∫
44,883
25
= 6,963 kmol/jam . 4439,08 kJ/kmol
Cp dT
= 30.910,603 kJ/jam 2. H2O (air)
∫
44,883
25
318,033
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ = Cpl dT 18,3(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -01 -03 ⎡ ⎤ 4,72.10 -1,34.10 (318,0332 -298,152 ) + (318,0333 -298,153 ) ⎥ ⎢18,3(318,033-298,15) + 2 3 ⎢ ⎥ -06 ⎢ 1,31.10 ⎥ 4 4 (318,033 -298,15 ) ⎢⎣ + ⎥⎦ 4 44,883
∫
44,883
25
Qair
Cpl dT = 1493,32 kJ/kmol.
= N28aair .
∫
44,883
25
Cpl dT = 52,078 kmol/jam.1493,32 kJ/kmol.
= 77.768,536 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.60 Panas masuk Cooler (E-204) alur 28a 318,033
BP
Komponen
∫ Cp(l ) dT
28a
N
Asam Benzoat H2O
298
6,963 52,078
∫
Hvl
4439,08 1493,32
Cp( g ) d
BP
– –
N
– –
Total
28a
⎛ 318,033 ⎞ ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 30910,6 77768,54 108.679,139 kJ/jam
Perhitungan Neraca Panas Keluar Cooler (E-204)
1. Asam Benzoat :
∫
28
25
∫
301,15
Cpl dT =
∫
298,15
28
25
Cp dT =
∫
301,15
298,15
Cp dT
⎡⎣-158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= -158(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ 28
2,37 ⎡ ⎤ 2 2 ⎢-158(301,15-298,15) + 2 (301,15 -298,15 ) ⎥ Cpl dT= ⎢ ⎥ ∫25 -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (301,153 -298,153 ) + 3,69.10 (301,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4 28
= 658,23 kJ/kmol 28
N 28 AsBen ∫ Cp dT 25
= 6,963 kmol/jam . 658,23 kJ/kmol = 4583,482 kJ/jam
2. H2O (air)
∫
28
25
301,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ = Cpl dT 18,3(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -01 -03 ⎡ ⎤ 4,72.10 -1,34.10 (301,152 -298,152 ) + (301,153 -298,153 ) ⎥ ⎢18,3(301,15-298,15) + 2 3 ⎢ ⎥ -06 ⎢ 1,31.10 ⎥ 4 4 (301,15 -298,15 ) ⎢⎣ + ⎥⎦ 4 28
∫
28
25
Cpl dT = 224,75 kJ/kmol.
Universitas Sumatera Utara
∫
= N28air .
Qair
44,883
25
Cpl dT = 52,078 kmol/jam. 224,75 kJ/kmol.
= 11704,61 kJ/jam Tabel LB.61 Panas keluar Cooler (E-204) alur 28 318,033
BP
Komponen
Asam Benzoat H2O
28a
N
∫ Cp
(l )
dT
298
6,963 52,078
658,23 224,75
∫
Hvl
Cp( g ) d
BP
– –
⎛ 318,033 ⎞ N 28a ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠
– –
4.583,482 11.704,606 16.288,088 kJ/jam
Total
Jumlah panas yang dilepaskan : Q = Qout - Qin Q = 16.288,088 – 108.679,139 Q = - 92.391,0513 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 280 C dan keluar pada suhu 450 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin bekas pada 45oC
:H(450C)= 188,45 kJ/kg
Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -92.391,0513 kJ/jam = λ H(280 C) - H(450 C) kJ/kg =
-92.391,0513 kJ/jam 117,3 - 188,45 kJ/kg
= 1298,539 kg/jam
Tabel LB.62 Neraca Panas Cooler (E-204)
Umpan Produk Panas yang diserap Total
Alur masuk (kJ/jam) 108.679,139 108.679,139
Alur keluar (kJ/jam)
16.288,088 92.391,051 108.679,139
Universitas Sumatera Utara
LB. 14 Drum Drier (DE-201)
Saturated steam 200oC
34a
Drum Drier
34
AsBen H2O
H2O
37
DE-201
AsBen H2O
Kondensat pada 200oC Panas yang masuk ke dalam drum drier (alur 34) adalah 16.288,088 kJ/jam. Tin
300,15 K
28 oC
Tref
298,15 K
25oC
Tout
373,15 K
100 oC
Perhitungan panas yang keluar dari drum drier adalah sebagai berikut: 1. Asam Benzoat :
∫
101
25
∫
101
∫
101
25
25
∫
374,15
Cpl dT =
∫
298,15
101
25
Cp dT =
∫
374,15
298,15
Cp dT
⎡⎣-158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= ⎢-158(T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 3 4 ⎣ ⎦ 2,37 ⎡ ⎤ 2 2 ⎢-158(374,15-298,15) + 2 (374,15 -298,15 ) ⎥ Cpl dT= ⎢ ⎥ -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (374,153 -298,153 ) + 3,69.10 (374,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4
= 17.808,46 kJ/kmol N 37 AsBen ∫
100
25
Cp dT
= 6,197 kmol/jam . 17.808,46 kJ/kmol = 110364,9 kJ/jam
2. Air (H2O)
∫
100
25
373,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
Universitas Sumatera Utara
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ ∫25 Cpl dT = ⎢⎣18,3(T2 -T1 ) + 2 (T2 -T1 ) + 3 4 ⎦ -01 -03 ⎡ ⎤ 4,72.10 -1,34.10 (373,152 -298,152 ) + (373,153 -298,153 ) ⎥ ⎢18,3(373,15-298,15) + 2 3 ⎢ ⎥ -06 ⎢ 1,31.10 ⎥ 4 4 (373,15 -298,15 ) ⎢⎣ + ⎥⎦ 4 100
∫
100
25
Cpl dT = 5671,87 kJ/kmol.
= N26air .
Qair
∫
100
25
Cpl dT = 0,042 kmol/jam. 5671,87 kJ/kmol.
= 238,5824 kJ/jam ΔHvl
∫
101
100
= 40.656 kJ/kmol 374,15
∫
Cpg dT =
373,15
⎡⎣34,0 + -9,65.10-03T + 3,30.10-05 T 2 + -2,04.10-08 T 3 + 4,30.10-12 T 4 ⎤⎦ dT
⎡ -9,65.10-03 2 2 3,30.10-05 3 3 34,0(T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) 2 1 2 1 ⎢ 101 2 3 ∫100 Cpg dT= ⎢⎢ -2,04.10-08 4 4 4,30.10-12 5 5 (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎢⎣ + 4 5
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
⎡ -9,65.10-03 3,30.10-05 34,0(374,15-373,15) + (374,152 -373,152 ) + (374,153 -373,153 ) ⎢ 101 2 3 ∫100 Cpg dT= ⎢⎢ -2,04.10-08 4,30.10-12 (374,154 -373,154 ) + (374,155 -373,155 ) ⎢⎣ + 4 5
∫
101
100
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cpg dT = 34,065 kJ/kmol
N26air.
∫
101
100
Cpg dT = 0,098 kmol /jam . 34,065 kJ/kmol.
= 3.993,719 kJ/jam. Tabel LB.63 Panas Keluar Drum Drier (DE-201) (Alur 37) BP
Komponen
Asam Benzoat H2O (l) H2O (g) Total
N (kmol/jam)
6,197 0,042 0,098 6,338
∫ Cp(l ) dT
298 ,15
373,15
ΔHvl
∫
Cp dT
298,15
17808,46 5671,87 -
40.656
17808,46 5671,87 34,065
⎛ 373,15 ⎞ N 37 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠
110364,926 238,582 3.993,719 114.597,227
Universitas Sumatera Utara
Jumlah panas yang dibutuhkan: Q = Qout - Qin Q = 114.597,227 – 16.288,088 Q = 98.309,140 kJ/jam λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 98.309,140 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 50,711 kg/jam Tabel LB.64 Neraca panas Drum Drier (DE-201) Masuk (kJ/jam) 16.288,088 98.309,140 114.597,227
Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Keluar (kJ/jam)
114.597,227 114.597,227
LB.15 Cooler (E-207) Air Pendingin 28 oC
AsBen 36 Benz o BenAl 168,83 C Air
40 o
30 C
AsBen Benz BenAl Air
Air Pendingin Bekas pada 60 oC
Diketahui panas masuk alur 36 = 189.237,780 kJ/kmol. Tin Tref Tout
168,83 oC 25oC 30oC
441,98 K 298,15 K 303,15 K
Perhitungan Neraca Panas Keluar Cooler (E-207)
1. Asam Benzoat :
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cp dT
Universitas Sumatera Utara
∫
30
25
303,15
∫
Cpl dT =
298,15
⎡⎣-158 + 2,37T + -4,83.10-03T 2 + 3,69.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 2,37 2 2 -4,83.10-03 3 3 3,69.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= -158(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ 30
2,37 ⎡ ⎤ 2 2 ⎢-158(303,15-298,15) + 2 (303,15 -298,15 ) ⎥ Cpl dT= ⎢ ⎥ ∫25 -03 -06 ⎢ + -4,83.10 (303,153 -298,153 ) + 3,69.10 (303,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ 3 4 30
= 1099,41 kJ/kmol 30 40 AsBen 25
∫
Cp dT = 0,0015 kmol/jam . 1099,41 kJ/kmol = 1,685 kJ/jam
2. Benzaldehide
∫
30
25
:
303,15
Cpl dT =
∫
298,15
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cp dT
⎡⎣ 67,0 + 7,04.10-1T + -1,71.10-03T 2 + 1,76.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 7,04.10-1 2 2 -1,71.10-03 3 3 1,76.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= 67,0(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -1 ⎡ ⎤ 7,04.10 (303,152 -298,152 ) ⎢67,0(303,15-298,15) + ⎥ 30 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 1,76.10-06 ⎢ -1,71.10-03 3 3 4 4 ⎥ (303,15 -298,15 ) + (303,15 -298,15 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 30
= 861,96 kJ/kmol 30
N 40 Benz ∫ Cp dT
= 0,0116 kmol/jam . 861,96 kJ/kmol = 10,0209 kJ/jam
25
3. Benzil Alkohol :
∫
30
25
303,15
Cpl dT =
∫
298,15
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cp dT
⎡⎣97,6 + 8,66.10-1T + -2,14.10-03T 2 + 2,17.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,66.10-1 2 2 -2,14.10-03 3 3 2,17.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= 97,6(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -1 ⎡ ⎤ 8,66.10 (303,152 -298,152 ) ⎢97,6(303,15-298,15) + ⎥ 30 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 2,17.10-06 ⎢ -2,14.10-03 3 3 4 4 ⎥ (303,15 -298,15 ) + (303,15 -298,15 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 30
= 1118,38 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
30
N 40 BenAl ∫ Cp dT = 2,309 kmol/jam 1118,38 kJ/kmol = 2582,6279 kJ/jam 25
4. H2O (air) ⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ = Cpl dT 18,3(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ 30
∫
30
25
303,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 -1,34.10-03 2 2 18,3(303,15-298,15) + (303,15 -298,15 ) + (303,153 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ ⎢ 1,31.10-06 (303,154 -298,154 ) ⎢⎣ + 4
∫
30
25
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cp dT = 374,71 kJ/kmol.
Qair
= N40air .
∫
30
25
Cpl dT
= 0,0106 kmol/jam . 374,71 kJ/kmol. = 3,967 kJ/jam
Tabel LB.65 Panas keluar Cooler (E-207) alur 40 Komponen
30
BP
N40
∫ Cp(l ) dT
∫ Cp( g ) dT
Hvl
298
Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
0,0015 0,0116 2,3093 0,0106
BP
658,23 224,75 1118,38 374,71
– – – –
– – – –
Total
⎛ 303,15 ⎞ N 40 ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 1,685 10,021 2582,628 3,967 2598,301 kJ/jam
Jumlah panas yang dilepaskan : Q = Qout - Qin Q = 2598,301 – 189.237,780 Q = -186639,48 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin bekas pada 60oC
:H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003)
Universitas Sumatera Utara
Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -186639,48 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
=
-186639,48 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 1394,9139 kg/jam Tabel LB.66 Neraca Panas Cooler (E-207) Alur masuk (kJ/jam) 189237,780 189237,780
Umpan Produk Panas yang dilepaskan Total
Alur keluar (kJ/jam)
2598,301 186639,48 189237,780
LB.16 Cooler (E-208) Air Pendingin 28 oC
Benz BenAl Air
38
39 o
30oC
144,15 C
Benz BenAl Air
Air Pendingin Bekas pada 60 oC
Diketahui panas masuk alur 38 = 73170,190 kJ/kmol. Tin
417,3 K
144,15oC
Tref
298,15 K
25oC
Tout
303,15 K
30oC
Perhitungan Neraca Panas Keluar Cooler (E-208)
1. Benzaldehide
∫
30
25
:
303,15
Cpl dT =
∫
298,15
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cp dT
⎡⎣ 67,0 + 7,04.10-1T + -1,71.10-03T 2 + 1,76.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
Universitas Sumatera Utara
⎡ 7,04.10-1 2 2 -1,71.10-03 3 3 1,76.10-06 4 4 ⎤ Cpl dT= 67,0(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ -1 ⎡ ⎤ 7,04.10 (303,152 -298,152 ) ⎢67,0(303,15-298,15) + ⎥ 30 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 -06 1,76.10 ⎢ -1,71.10-03 ⎥ (303,153 -298,153 ) + (303,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 30
= 861,96 kJ/kmol 30
N 39 Benz ∫ Cp dT
= 1,1509 kmol/jam . 861,96 kJ/kmol
25
= 992,069 kJ/jam 2. Benzil Alkohol :
∫
30
25
303,15
Cpl dT =
∫
298,15
∫
30
25
Cp dT =
∫
303,15
298,15
Cp dT
⎡⎣97,6 + 8,66.10-1T + -2,14.10-03T 2 + 2,17.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 8,66.10-1 2 2 -2,14.10-03 3 3 2,17.10-06 4 4 ⎤ (T2 -T1 ) + (T2 -T1 ) ⎥ ∫25 Cpl dT= ⎢⎣97,6(T2 -T1 ) + 2 (T2 -T1 ) + 3 4 ⎦ -1 ⎡ ⎤ 8,66.10 (303,152 -298,152 ) ⎢97,6(303,15-298,15) + ⎥ 30 2 ⎢ ⎥ Cpl dT= ∫25 -06 2,17.10 ⎢ -2,14.10-03 ⎥ (303,153 -298,153 ) + (303,154 -298,154 ) ⎥ ⎢⎣ + 3 4 ⎦ 30
= 1118,38 kJ/kmol 30
N 39 BenAl ∫ Cp dT = 0,0233 kmol/jam 1118,38 kJ/kmol 25
= 26,087 kJ/jam 3. H2O (air)
∫
30
25
303,15
Cpl dT =
∫
298,15
⎡⎣18,3 + 4,72.10-01T + -1,34.10-03T 2 + 1,31.10-06 T 3 ⎤⎦ dT
⎡ 4,72.10-01 2 2 -1,34.10-03 3 3 1,31.10-06 4 4 ⎤ = Cpl dT 18,3(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T2 -T1 ) ⎥ 2 1 2 1 2 1 ⎢ ∫25 2 3 4 ⎣ ⎦ 30
⎡ 4,72.10-01 -1,34.10-03 2 2 18,3(303,15-298,15) + (303,15 -298,15 ) + (303,153 -298,153 ) ⎢ 2 3 ⎢ ⎢ 1,31.10-06 (303,154 -298,154 ) ⎢⎣ + 4
∫
30
25
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
Cp dT = 374,71 kJ/kmol.
Universitas Sumatera Utara
= N39air .
Qair
∫
30
25
= 0,0318 kmol/jam . 374,71 kJ/kmol.
Cpl dT
= 11,902 kJ/jam Tabel LB.67 Panas keluar Cooler (E-208) alur 39 Komponen
N
∫ Cp
(l )
dT
∫ Cp
Hvl
(g)
298
Benzaldehide Benzil Alkohol H2O
1,1509 0,0233 0,0318
⎛ 303,15 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎝ 298 ⎠ 992,069 26,087 11,902 1030,058 kJ/jam
30
BP
40
40
dT
BP
861,96 1118,38 374,71
– -
– -
Total
Jumlah panas yang dilepaskan : Q = Qout - Qin Q = 1030,058 – 73170,190 Q = -72140,132 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28
0
C
0
dan keluar pada suhu 60 C. Air pendingin yang diperlukan : Entalpi Air pendingin pada 28oC
:H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin bekas pada 60oC
:H(600C)= 251,1 kJ/kg
(Geankoplis,
2003) Massa Air pendingin yang diperlukan: m=
Q -72140,132 kJ/jam = λ H(280 C) - H(60 0 C) kJ/kg
=
-72140,132 kJ/jam 117,3 − 251,1 kJ/kg
= 539,164 kg/jam Tabel LB.68 Neraca Panas Cooler (E-208)
Umpan Produk Panas yang dilepaskan Total
Alur masuk (kJ/jam) 73170,190 73170,190
Alur keluar (kJ/jam)
1030,058 72140,132 73170,190
Universitas Sumatera Utara
LB. 17 Vaporizer (E-110)
Saturated Steam pada 200oC
Tol Benz BenAl AsBen Air
15
Vaporizer
10
Tol Benz BenAl AsBen MnAs Air
12
E-110
Mn As Air
Kondensat pada 200oC
Panas yang masuk ke dalam vaporizer (alur 10) adalah 13.873,548 kJ/jam. Tin
303,15 K
30 oC
Tref
298,15 K
25oC
Tout
463,15 K
190 oC
Boiling Point masing – masing zat (dalam Kelvin) Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol Air
328,20 462,37 388,83 417,76 327,38
Perhitungan panas yang keluar dari vaporizer adalah sebagai berikut: 1. Toluena:
∫
190
Cp dT = ∫
328,20
298,15
25
Cpl dT + ΔHvl +
∫
463,15
328,20
Cpg dT
= 155.563 kJ/kmol N15 tol ∫
190
25
Cp dT = 0,574 kmol/jam . 155.563 kJ/kmol
= 89292,978 kJ/jam. 2. Asam Benzoat :
∫
190
25
Cp dT =
∫
462,37
298,15
Cpl dT + ΔHvl +
∫
463,15
462,37
Cpg dT
= 64.747 kJ/kmol N15 AsBen ∫
190
25
Cp dT
= 7,661 kmol/jam . 64.747 kJ/kmol = 496043,567 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
3. Benzaldehide
:
∫
190
25
Cp dT =
∫
388,83
298,15
∫
Cpl dT + ΔHvl +
463,15
388,83
Cpg dT
= 66.641 kJ/kmol N15 Benz ∫
190
25
= 1,279 kmol/jam . 66.641 kJ/kmol
Cp dT
= 83646,070 kJ/jam 4. Benzil Alkohol :
∫
190
Cp dT =
25
∫
417,76
Cpl dT + ΔHvl +
298,15
463,15
∫
417,76
Cpg dT
= 75.619 kJ/kmol N15 BenAl ∫
190
25
= 2,566 kmol/jam . 75.619 kJ/kmol
Cp dT
= 197682,25 kJ/jam 5. Air
:
∫
190
25
Cp dT =
∫
327,38
298,15
Cpl dT + ΔHvl +
∫
463,15
327,38
Cpg dT
= 47.505 kJ/kmol N15 H2O ∫
190
25
= 0,173 kmol/jam . 47.505 kJ/kmol
Cp dT
= 8210,995 kJ/jam Tabel LB.69 Panas keluar vaporizer (E-110) alur 15 463,15
15
Komponen
N (kmol/jam)
Toluena Asam Benzoat Benzaldehide Benzil Alkohol H2O Total
0,574 7,661 1,279 2,566 0,173 12,352
BP
∫ Cp
(l )
ΔHvl
dT
∫
BP
298
103572,96 6350,6799 14093,098 18871,556 2198,3117
33.461 58.272 41.087 49.244 40.656
⎛ 463,15 Cp( g ) dT N15 ⎜ Cp dT ⎜ ∫ ⎝ 298,15
18529,12 123,8962 11460,83 7503,225 4650,007
89292,98 496043,6 83646,07 197682,3 8210,995 874875,871
Tabel LB.70 Panas keluar vaporizer (E-110) alur 12 463,15
Komponen
N12 (kmol/jam)
∫
Cp(l ) dT
298
⎛ 463,15 ⎞ N ⎜ ∫ Cp dT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 298,15 ⎠ 12
Mangan Asetat
0,099
46995,3
4652,535
H2O
0,004
2198,3117
74,7426
Total
0,103
4727,277
Universitas Sumatera Utara
LB-68
Jumlah panas yang dibutuhkan: Q = Qout - Qin Q = 879603,1482 – 13679,4764 Q = 865,7296 kJ/jam λ = 1.938,6 kJ/kg Massa steam yang diperlukan: m=
Q 865,7296 kJ/jam = λ 1.938,6 kJ/kg
= 446,674 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN Rumus densitas campuran, ρcampuran ρcampuran
= ∑%berati.ρi
(Reid, et all., 1977)
Rumus viskositas campuran, μcampuran Ln µcamp = Σ(ln µi.%berat) µcamp
(Reid, et all., 1977)
= exp (Ln µcamp)
LC.1. Tangki Penyimpanan Oksigen (TK-101) Fungsi
: Tempat menyimpan Oksigen umpan
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285, Grade C
Jumlah
: 8 unit
Kebutuhan perancangan
: 3 hari
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC = 303,15 K
Tekanan
= 5 atm
Laju massa
= 516,464 kg/jam
Faktor keamanan
= 20 %
Perhitungan: A. Volume Tangki Kebutuhan oksigen per jam
= 516,464 kg/jam
Total massa bahan dalam tangki
= 516,464 kg/jam×24 jam/hari×3 hari = 37.185,408 kg
Direncanakan 8 buah tangki, sehingga: Total massa bahan dalam tangki
=
37.185,408 kg = 4.648,176 kg 8
Densitas Oksigen pada 5 atm dan 30oC dalam tangki = 7,8533 kg/m3 Total volume bahan dalam tangki =
4.648,176 kg = 591,8755 m3= 591.875,51 L 7,8533 kg/m 3
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran = 20 %
(Perry dan Green, 1999)
= (1 + 0,2) x 591.875,51 liter
Volume tangki, VT
= 1,2 x 591.875,51 liter = 710.250,621 liter = 710,250 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 3 : 2 Volume silinder (Vs) Vs
=
1 π Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2) 4
=
3 π Dt3 8
Tutup dan head tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/6 × Dt
(Walas, 1988)
Volume tutup (Vh) ellipsoidal dan alas
= π/4 × Dt2Hh = π/4 × Dt2 (1/6 × Dt) = π/24 × Dt3
Vt = Vs + 2.Vh
(Walas, 1988)
Vt = (3π/8 × Dt3) + 2.(π/24 × Dt3) Vt = 11π/24 × Dt3
Diameter tangki (D t ) =
3
24 Vt = 11π
3
24 × 710,250 = 7,9012 m 11π
Tinggi silinder (Hs) = 3/2 × Dt
= 3/2 × 7,9102 m = 11,852 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/6 × Dt = 1/6 x 7,9012 m = 1,3168 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2.Hh
= 15,802 m
B. Tekanan Desain Volume tangki
= 11π/24 × D3 = 11π/24 × (7,9012 m) 3 = 710,250 m3
Tinggi silinder (Hs)
= 11,852 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi bahan dalam tangki
Tekanan hidrostatis
=
volume bahan dalam tangki × tinggi tangki volume tangki
=
591,8755 ×11,852 = 9,876 m 710,250
= Densitas bahan × g × tinggi bahan dalam tangki = 7,8533 kg/m3 × 9,8 kg m/s2 × 9,876 m = 760,132 Pa = 0,76013 kPa
Tekanan operasi
= 5 atm = 506,62 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % = (1 + 0,2) × (506,625 kPa + 0,76013 kPa)
P desain
= 608,862 kPa C. Tebal dinding tangki (Bagian Silinder) - Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 87.218,68 kPa
- Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
Tebal silinder (d) = dimana : d
P×D +(C×A) 2SE-1,2P
(Walas, 1988)
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= Tebal Dinding Tangki Bagian Silinder (m)
P
= Tekanan desain (kPa)
D
= Diameter tangki
S
= Tekanan yang diizinkan
E
= Efisiensi sambungan
t=
(Chuse dan Eber,1954)
608,862 kPa×7,9012 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68×0,80 ) - (1,2×608,862 kPa )
= 0,066 m = 2,608 in
Dipilih tebal silinder standar = 3 in D. Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 12.650 psia
(Chuse dan Eber, 1954)
Universitas Sumatera Utara
87.218,68 kPa - Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
- Tebal head (dh) = dimana : dh
P × Di + (C × A) 2SE − 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= tebal dinding head (tutup tangki) (m)
P
= tekanan desain (kPa)
Di
= diameter tangki (m)
S
= stress yang diizinkan (kPa)
E
= efisiensi sambungan
dH =
(Walas, 1988)
608,862 kPa×7,9012 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68×0,80 ) - ( 0,2×608,862 kPa )
= 0,066 m = 2,608 in
Dipilih tebal head standar = 3 in LC.2. Tangki Penyimpanan Toluena (TK – 102) Fungsi
: Menyimpan Toluena untuk kebutuhan 30 hari.
Bentuk
:Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA – 285 Grade C
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 8 unit
Kondisi penyimpanan: Tekanan
= 1 atm = 101,32 kPa
Temperatur
= 30oC = 303,15 K
Laju alir massa
= 1.069,565 kg/jam
ρToluena pada kondisi kamar
= 867 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor kelonggaran
= 20%
(Richardson, 2005)
Perhitungan: A. Volume Tangki Kebutuhan toluena per jam
= 1.069,565 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Total massa bahan dalam tangki
= 1.069,565 kg/jam×24 jam/hari×30 hari = 770.086,800 kg
Direncanakan 8 buah tangki, sehingga: Total massa bahan dalam tangki
=
770.086,800 kg = 96.260,850 kg 8
Densitas Toluena pada temperatur dan tekanan kamar = 867 kg/m3 Total volume bahan dalam tangki =
96.260,850 kg = 111,0275 m3 3 867 kg/m
Faktor kelonggaran = 20 %
(Perry dan Green, 1999)
= (1 + 0,2) x 111,0275 m
Volume tangki, VT
3
= 1,2 x 111,0275 m3 = 133,2330 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 4 : 3 Volume silinder (Vs) Vs
=
1 π Dt2 Hs (Hs : Dt = 4 : 3) 4
=
1 π Dt3 3
Tutup dan head tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/6 × Dt
(Walas, 1988)
Volume tutup (Vh) ellipsoidal dan alas
= π/4 × Dt2Hh = π/4 × Dt2 (1/6 × Dt) = π/24 × Dt3
Vt = Vs + 2.Vh
(Walas, 1988)
Vt = (1π/3 × Dt3) + 2.(π/24 × Dt3) Vt = 10π/24 × Dt3
Diameter tangki (D t ) =
3
24 Vt = 11π
3
24 × 133,233 = 4,669 m 10π
Tinggi silinder (Hs) = 4/3 × Dt
= 4/3 × 4,669 m = 6,2253 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/6 × Dt = 1/6 x 4,669 m = 0,7782 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh
= 7,0035 m
Universitas Sumatera Utara
B. Tekanan Desain Volume tangki
= 133,2330 m3
Tinggi silinder (Hs)
= 6,2253 m
Tinggi bahan dalam tangki
=
volume bahan dalam tangki × tinggi tangki volume tangki
111,0275 m3 × 6,2253 m = 5,1878 m = 133,2330 m3 Tekanan hidrostatis
= Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 867 kg/m3 × 9,8 kg m/s2 × 5,1878 m = 44.108,0 Pa = 44,1080 kPa
Tekanan operasi
= 1 atm = 101,32 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % = (1 + 0,2) × (101,32 kPa + 44,1080 kPa)
P desain
= 174,5196 kPa C. Tebal dinding tangki (Bagian Silinder) - Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 87.218,68 kPa
- Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
Tebal silinder (d) = dimana : d
P×D +(C×A) 2SE-1,2P
(Walas, 1988)
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= Tebal Dinding Tangki Bagian Silinder (m)
P
= Tekanan desain (kPa)
D
= Diameter tangki
S
= Tekanan yang diizinkan
E
= Efisiensi sambungan
t=
(Chuse dan Eber,1954)
174,5196 kPa×4,669 m + ( 0,003175 m×10 ) 2 ( 87.218,68×0,80 ) - (1,2×174,519 kPa )
= 0,0375 m = 1,476 in
Dipilih tebal silinder standar = 1 1/2 in
Universitas Sumatera Utara
D. Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 12.650 psia
(Chuse dan Eber, 1954)
87.218,68 kPa - Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
- Tebal head (dh) = dimana : dh
P × Di + (C × A ) 2SE − 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= tebal dinding head (tutup tangki) (m)
P
= tekanan desain (kPa)
Di
= diameter tangki (m)
S
= stress yang diizinkan (kPa)
E
= efisiensi sambungan
dh=
(Walas, 1988)
174,5196 kPa × 4,669 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68 kPa×0,8) - ( 0,2×174,5196 kPa )
= 0,03759 m = 1,4799 in
Dipilih tebal head standar = 1 1/2 in LC.3. Tangki Benzaldehide (TK-203) Fungsi
: Tempat menyimpan benzaldehide sebagai destilat dari kolom destilasi II
Bentuk
:Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285, Grade C
Jumlah
: 2 unit
Kebutuhan perancangan
: 5 hari
Kondisi operasi : Temperatur
= 303,15 K
Tekanan
= 1 atm =101,32 kPa
Laju massa total
= 375,5709 kg/jam
Faktor keamanan
= 20 %
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan: A. Volume Tangki Keluaran destilat per jam
= 122,1386 kg/jam
Total massa bahan dalam tangki
= 122,1386 kg/jam×24 jam/hari×5 hari = 14.656,6356 kg
Direncanakan 5 buah tangki, sehingga: Total massa bahan dalam tangki
=
14.656,6356 kg = 7.328,3178 kg 2
Densitas destilat bahan kondisi kamar dalam tangki = 1.046 kg/m3 Total volume bahan dalam tangki
7.328,3178 kg = 7,006 m 3 1.046 kg/m 3
=
Faktor kelonggaran = 20 %
(Perry dan Green, 1999)
= (1 + 0,2) x 7,006 m3
Volume tangki, VT
= 1,2 x 7,006 m3 = 8,4072 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Volume silinder (Vs) Vs
=
1 π Dt2 Hs (Hs : Dt = 5 : 4) 4
=
5 π Dt3 16
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt
(Walas, 1988)
Volume tutup (Vh) ellipsoidal dan alas
= π/4 × Dt2Hh = π/4 × Dt2(1/4 × Dt) = π/16 × Dt3
Vt = Vs + Vh
(Walas, 1988)
Vt = (5π/16 × Dt3) + (π/16 × Dt3) Vt = 6π/16 × Dt3
Diameter tangki (D t ) =
3
16 Vt = 6π
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × Dt
3
16 × 8,4072 = 1,9253 m 6π
= 5/4 × 1,9253 m = 2,4066 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/4 × Dt = 1/4 x 1,9253 m = 0,4813 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh
= 2,8879 m
B. Tekanan Desain Volume tangki
= 8,4072 m3
Tinggi silinder (Hs)
= 2,4066 m
Tinggi bahan dalam tangki = = Tekanan hidrostatis
volume bahan dalam tangki × tinggi silinder volume tangki 7,006 × 2,4066 = 2,0055 m 8,4072
= Densitas bahan × g × tinggi bahan dalam tangki = 1046 kg/m3 × 9,8 kg m/s2 × 2,0055 m = 20.571,6 Pa = 20,5716 kPa
Tekanan operasi
= 1 atm = 101,32 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan
= 20 % = (1 + 0,2) × (101,32 kPa + 20,5716 kPa)
P desain
= 146,2759 kPa C. Tebal dinding tangki (bagian silinder) -
Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 87.218,68 kPa
- Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
Tebal silinder (d) = dimana : d
P×D +(C×A) 2SE-1,2P
(Chuse dan Eber,1954) (Walas, 1988)
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= Tebal Dinding Tangki Bagian Silinder (m)
P
= Tekanan desain (kPa)
D
= Diameter tangki
S
= Tekanan yang diizinkan
E
= Efisiensi sambungan
Universitas Sumatera Utara
t=
146,2759 kPa×1,9253 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68×0,80 ) - (1,2×146,2759 kPa )
= 0,03377 m = 1,326 in
Dipilih tebal silinder standar = 1 1/2 in D. Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 12.650 psia
(Chuse dan Eber, 1954)
87.218,68 kPa - Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
- Tebal head (dh) = dimana : dh
P × Di + (C × A ) 2SE − 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= tebal dinding head (tutup tangki) (m)
P
= tekanan desain (kPa)
Di
= diameter tangki (m)
S
= stress yang diizinkan (kPa)
E
= efisiensi sambungan
t=
(Walas, 1988)
146,2759 kPa×1,9253 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68×0,80 ) - ( 0,2×146,2759 kPa )
= 0,03376 m = 1,329 in
Dipilih tebal head standar = 1 1/2 in LC.4. Tangki Benzil Alkohol (TK-202) Fungsi
: Tempat menyimpan benzil alkohol sebagai byproduct dari bottom kolom destilasi II
Bentuk
:Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-285, Grade C
Jumlah
: 2 unit
Kebutuhan perancangan
: 5 hari
Kondisi operasi : Temperatur
= 303,15 K
Tekanan
= 1 atm =101,32 kPa
Universitas Sumatera Utara
Laju massa total
= 249,6765 kg/jam
Faktor keamanan
= 20 %
Perhitungan: A. Volume Tangki Keluaran destilat per jam
= 249,6765 kg/jam
Total massa bahan dalam tangki
= 249,6765 kg/jam×24 jam/hari×4 hari = 29.961,1876 kg
Direncanakan 5 buah tangki, sehingga: Total massa bahan dalam tangki
=
29.961,1876 kg = 14.980,5938 kg 2
Densitas destilat bahan kondisi kamar dalam tangki = 1.041 kg/m3 Total volume bahan dalam tangki
=
14.980,5938 kg = 14,3906 m3 3 1.041kg/m
Faktor kelonggaran = 20 %
(Perry dan Green, 1999)
= (1 + 0,2) x 14,3906 m3
Volume tangki, VT
= 1,2 x 14,3906 m3 = 17,2687 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Volume silinder (Vs) Vs
=
1 π Dt2 Hs (Hs : Dt = 5 : 4) 4
=
5 π Dt3 16
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt Volume tutup (Vh) ellipsoidal dan alas
(Walas, 1988) = π/4 × Dt2Hh = π/4 × Dt2(1/4 × Dt) = π/16 × Dt3
Vt = Vs + Vh
(Walas, 1988)
Vt = (5π/16 × Dt3) + (π/16 × Dt3) Vt = 6π/16 × Dt3
Universitas Sumatera Utara
Diameter tangki (D t ) =
3
16 Vt = 6π
3
16 × 17,2687 = 2,4473 m 6π
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × Dt
= 5/4 × 2,4473 m = 3,0592 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/4 × Dt = 1/4 x 2,4473 m = 0,6118 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh
= 3,6710 m
B. Tekanan Desain Volume tangki
= 17,2687 m3
Tinggi silinder (Hs)
= 3,0592 m
Tinggi bahan dalam tangki = = Tekanan hidrostatis
volume bahan dalam tangki × tinggi silinder volume tangki 14,3906 × 3,0592 = 2,5493 m 17,2687
= Densitas bahan × g × tinggi bahan dalam tangki = 1041 kg/m3 × 9,8 kg m/s2 × 2,5493 m = 26.024,9 Pa = 26,0249 kPa
Tekanan operasi
= 1 atm = 101,32 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan
= 20 % = (1 + 0,2) × (101,32 kPa + 26,0249 kPa)
P desain
= 152,8198 kPa C. Tebal dinding tangki (bagian silinder) -
Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 87.218,68 kPa
- Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
Tebal silinder (d) = dimana : d
P×D +(C×A) 2SE-1,2P
(Chuse dan Eber,1954) (Walas, 1988)
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= Tebal Dinding Tangki Bagian Silinder (m)
P
= Tekanan desain (kPa)
D
= Diameter tangki
S
= Tekanan yang diizinkan
Universitas Sumatera Utara
E
= Efisiensi sambungan
t=
152,8198 kPa×2,4473 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68×0,80 ) - (1,2×152,8198 kPa )
= 0,03443 m = 1,355 in
Dipilih tebal silinder standar = 1 1/2 in D. Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 12.650 psia
(Chuse dan Eber, 1954)
87.218,68 kPa - Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
- Tebal head (dh) = dimana : dh
P × Di + (C × A ) 2SE − 0,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= tebal dinding head (tutup tangki) (m)
P
= tekanan desain (kPa)
Di
= diameter tangki (m)
S
= stress yang diizinkan (kPa)
E
= efisiensi sambungan
t=
(Walas, 1988)
152,8198 kPa×2,4473 m + ( 0,003175 m×10 ) ( 2×87.218,68×0,80 ) - ( 0,2×152,8198 kPa )
= 0,03443 m = 1,3555 in
Dipilih tebal head standar = 1 1/2 in LC.5. Gudang Penyimpanan Mangan Asetat (TT-103) Fungsi
: Menyimpan Bahan Mangan Asetat sebagai katalis.
Bentuk bangunan
: Gudang Berbentuk Persegi-Panjang Ditutup Atap
Bahan konstruksi
: Dinding
: Beton
Lantai
: Semen
Atap
: Asbes
Jumlah
: 1 unit
Kondisi ruangan
: Temperatur Tekanan
= 30°C = 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Kebutuhan
= 30 hari = 720 jam
Keluaran Mangan Asetat
= 24,60 kg/jam
Densitas Mangan Asetat
= 1.589 kg/m³
- Perhitungan Desain Bangunan : Keluaran Mangan Asetat /jam
= 24,60 kg/jam
Total massa bahan
= 24,60 kg/jam×24 jam/hari × 30 hari = 17712 kg.
Direncanakan 1 unit gudang, sehingga: Total massa bahan pada masing gudang =
17.712 kg = 17.712 kg 1
Densitas bahan dalam kondisi kamar = 1.589 kg/m3 Total volume bahan
=
17712 kg = 11,1466 m 3 3 1.589 kg/m
Direncanakan gudang berjumlah 1 unit dengan faktor kosong ruangan 20% dan faktor kosong area jalan dalam gudang 20%. Sehingga: Volume ruangan yang dibutuhkan : (1 + 0,2 + 0,2) ×11,1466 = 15,6053 m3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan lebar 3 m, tinggi tumpukan bahan 1 m, sehingga : V
=pxlxt
3
15,6053 m
= p.(3).(1)
p
= 5,2017 m
Tinggi bangunan direncanakan 2 x tinggi tumpukan bahan = 2 m Jadi ukuran bangunan gudang yang digunakan adalah : Panjang
= 5,2017 m
Lebar
=3m
Tinggi
=2m
LC.6. Gudang Penampungan Mangan Asetat Sementara (TT-104) Fungsi
: Menampung Bahan Mangan Asetat dari vaporizer
Bentuk bangunan
: Gudang Berbentuk Persegi-Panjang Ditutup Atap
Bahan konstruksi
: Dinding
: Beton
Lantai
: Semen
Universitas Sumatera Utara
Atap Jumlah
: 1 unit
Kondisi ruangan
: Temperatur
: Asbes = 30°C
Tekanan
= 1 atm
Kebutuhan
= 30 hari = 720 jam
Keluaran bahan
= 24,664 kg/jam
Densitas bahan (campuran) = 1.587,62 kg/m³ - Perhitungan Desain Bangunan : Keluaran bahan /jam
= 24,664 kg/jam
Total massa bahan dalam gudang = 24,664 kg/jam×24 jam/hari × 30 hari = 17758,08 kg. Direncanakan 1 unit gudang, sehingga: Total massa bahan dalam gudang
=
17758,08 kg = 17758,08 kg 1
Densitas bahan dalam kondisi kamar = 1.587,62 kg/m3 Total volume bahan dalam gudang =
17758,08 kg = 11,1853 m3 3 1.587,62 kg/m
Direncanakan gudang berjumlah 1 unit dengan faktor kosong ruangan 20% dan faktor kosong area jalan dalam gudang 20%. Sehingga: Volume ruangan yang dibutuhkan : (1 + 0,2 + 0,2) × 11,1853 = 15,6594 m3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan lebar 3 m, dengan tinggi tumpukan bahan 1 m, sehingga : V
=pxlxt
15,6594 m3 p
= p.(3).(1) = 5,2198 m
Tinggi bangunan direncanakan 2 x tinggi tumpukan bahan = 2 m Jadi ukuran bangunan gudang yang digunakan adalah : Panjang
= 5,2198 m
Lebar
=3m
Tinggi
=2m
Universitas Sumatera Utara
LC.7. Gudang Penyimpanan Asam Benzoat (TT-201) Fungsi
: Menyimpan Produk Asam Benzoat
Bentuk bangunan
: Gudang Berbentuk Persegi-Panjang Ditutup Atap
Bahan konstruksi
: Dinding
: Beton
Lantai
: Aspal
Atap
: Asbes
Jumlah
: 1 unit
Kondisi ruangan
: Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
Kebutuhan
= 7 hari = 168 jam
Keluaran Asam Benzoat
= 757,576 kg/jam
Densitas bahan
= 1315,68 kg/m³
- Perhitungan Desain Bangunan : Keluaran bahan /jam
= 757,576 kg/jam
Total massa bahan dalam gudang
= 757,576 kg/jam×24 jam/hari × 7 hari = 127.272,727 kg.
Direncanakan 1 unit gudang, sehingga: Total massa bahan dalam gudang
=
127.272,727 kg = 127.272,727 kg 1
Produk dimasukkan ke dalam karung untuk dikemas dan siap dijual ke konsumen, dengan muatan bahan dalam karung = 15 kg/karung sehingga: Jumlah karung =
127.272,727 kg =8484,848 karung = 8.485 karung 15 kg/karung
Densitas bahan dalam kondisi kamar = 1.315,68 kg/m3 Volume bahan per karung =
15 kg/karung =0,0114 m3 /karung 3 1.315,68 kg/m
Total volume bahan dalam gudang = 0,0114 m3 / karung×8.485 karung = 96,737 m3 Direncanakan gudang berjumlah 1 unit dengan faktor kosong ruangan 20% dan faktor kosong area jalan dalam gudang 20%. Sehingga: Volume ruangan yang dibutuhkan : (1 + 0,2 + 0,2) × 96,7367 m3 = 135,432 m3
Universitas Sumatera Utara
Bangunan diperkirakan dibangun dengan lebar 5 m, dengan tinggi tumpukan bahan 4 m, sehingga : V 135,432 m3 p
=pxlxt = p.(5).(4) = 6,771 m
Tinggi bangunan direncanakan 2 x tinggi tumpukan bahan = 8 m Jadi ukuran bangunan gudang yang digunakan adalah : Panjang
= 6,771 m
Lebar
=5m
Tinggi
=8m
Universitas Sumatera Utara
LC.8. Kompresor (JC – 101) Fungsi
: Menaikkan tekanan oksigen sebelum dimasukkan ke Reaktor (R–101).
Jenis
: Reciprocating compressor
Jumlah
:1 unit
Bahan konstruksi
: Carbon steel
⎡⎛ P 3,03 × 10 −5 k hp = P1q fmi ⎢⎜⎜ 2 (k - 1).η ⎢⎣⎝ P1
⎞ ⎟⎟ ⎠
( k −1) / k
⎤ − 1⎥ ⎥⎦
(Timmerhaus,1991)
dimana: qfm i
= laju alir (ft3/menit)
P1
= tekanan masuk = 5 atm = 10.581,12 lbf/ft2
P2
= tekanan keluar = 6 atm = 12.697,34 lbf/ft2
k
= rasio panas spesifik = 1,4
η
= efisiensi kompresor = 75 %
Data: Laju alir massa
= 516,464 kg/jam
ρOksigen
= 6,5444 kg/m3 = 0,4086 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) =
516,464 kg/jam = 113,518 m3 /jam 3 6,5444 kg/m
= 66,81417 ft3/menit = 1,11357 ft3/detik ⎡⎛ 12.697,3 ⎞(1,4−1) /1,4 ⎤ 3,03 × 10−5 ×1, 4 2 3 hp = (10.581,12 lbf/ft ) × (66,81417 ft /mnt) ⎢⎜ − 1⎥ ⎟ (1,4 − 1) × 0,75 ⎢⎣⎝ 10.581,12 ⎠ ⎥⎦ = 4,0091 hp. Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka : P=
4,0091 = 5,3454 hp 0, 75
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De
=3,9(Q)0,45( ρ )0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (1,11357 ft3/detik)0,45(0,4086 lbm/ft3) 0,13 = 3,6438 in Dipilih material pipa commercial steel 4 inci Sch 80:
Universitas Sumatera Utara
• Diameter dalam (ID)
= 3,826 in = 0,3188 ft
• Diameter luar (OD)
= 4 in = 0,3333 ft
• Luas penampang (A)
= 0,07986 ft2
LC.9. Kompresor (JC – 103)
Fungsi
: Menaikkan tekanan campuran dari dalam flash drum sehingga dapat dimasukkan ke drum penyimpanan (V–101).
Jenis
: Reciprocating compressor
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Carbon steel
⎡⎛ P 3,03 × 10 −5 k hp = P1q fmi ⎢⎜⎜ 2 (k - 1).η ⎢⎣⎝ P1
⎞ ⎟⎟ ⎠
( k −1) / k
⎤ − 1⎥ ⎥⎦
(Timmerhaus,1991)
dimana: qfm i
= laju alir (ft3/menit)
P1
= tekanan masuk = 0,1565 atm = 331,1879 lbf/ft2
P2
= tekanan keluar = 3 atm = 6348,65 lbf/ft2
k
= rasio panas spesifik = 1,4
η
= efisiensi kompresor = 75 %
Data: Laju alir massa
= 175,7829 kg/jam
ρCampuran
= 0,4335 kg/m3 = 0,0271 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) =
175,7829 kg/jam = 405,5132 m3 /jam 3 0,4335 kg/m
= 238,6761 ft3/menit = 3,9779 ft3/detik
⎡⎛ 6348,65 ⎞(1,4−1) /1,4 ⎤ 3,03 × 10−5 ×1, 4 2 3 − 1⎥ hp = (331,1879 lbf/ft ) × (238,6761ft /mnt) ⎢⎜ ⎟ (1,4 − 1) × 0,75 ⎢⎣⎝ 331,18 ⎠ ⎥⎦ = 11,1090 hp. Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka : P=
11,1090 = 14,8120 hp 0, 75
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
Universitas Sumatera Utara
De
=3,9(Q)0,45( ρ )0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (3,9779 ft3/detik)0,45(0,0271 lbm/ft3) 0,13 = 4,5406 in Dipilih material pipa commercial steel 5 inci Sch 80: • Diameter dalam (ID)
= 4,813 in = 0,401ft
• Diameter luar (OD)
= 5 in = 0,416 ft
• Luas penampang (A)
= 0,1263 ft2
LC.10. Belt Conveyor I (C-201)
Fungsi
: Mengangkut produk asam benzoat dari crystallizer (CR201) menuju Drum Drier (D-201)
Jenis
: horizontal belt conveyor
Bahan konstruksi
: carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir (W)
= 758,658 kg/jam
= 0,758658 ton/jam
Densitas (ρ)
= 1316 kg/m3
= 82,155 lb/ft3
Direncanakan (Walas, 1988) : Jarak angkut
= 50 ft = 15,2402 m
Lebar belt
= 18 in
Angle
= 20 derajat
Inklinasi
= 5 derajat
Slope
= 69 untuk 100 ft/min bahan
Kecepatan
= 300 rpm
• Ukuran konveyor Velocity (v)
=
Panjang konveyor desain (L) =
758,658 kg/jam x 100 ft/min = 1099,493 ft/min 69 kg/jam 50 ft cos 5 o
= 50,19099 ft
Universitas Sumatera Utara
Ketinggian konveyor
(H)
= 50 ft x tan 5o = 4,3744 ft
• Daya konveyor : P = P horizontal + P vertical + P empty = (0,4 + L/300).(W/100) + 0,001HW + (vk/100) k =faktor koreksi dilihat dari Table 5.5c maka k = 0,5 P = P horizontal + P vertical + P empty = (0,4 + 50,1910/300).(758,658 /100) + (0,001 x 4,3744 x 758,658) + (1099,493 x 0,5/100) = 13,11999 hp Maka dipakai pompa 14 hp LC.11. Belt Conveyor II (C-202)
Fungsi
: Mengangkut produk asam benzoat dari drum drier (DE-201) menuju gudang penyimpanan asam benzoat
Jenis
: horizontal belt conveyor
Bahan konstruksi
: carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir (W)
= 757,5758 kg/jam = 0,757576 ton/jam
Densitas (ρ)
= 1316 kg/m3 = 82,155 lb/ft3
Direncanakan (Walas, 1988) : Jarak angkut
= 100 ft = 30,48 m
Lebar belt
= 18 in
Angle
= 20 derajat
Inklinasi
= 5 derajat
Slope
= 69 untuk 100 ft/min bahan
Kecepatan
= 300 rpm
Universitas Sumatera Utara
• Ukuran konveyor Velocity (v)
=
Panjang konveyor desain (L) = Ketinggian konveyor
(H)
757,5758 kg/jam × 100 ft/min = 1097,936 ft/min 69 kg/jam 100 ft = 106,4178 ft cos 5o
= 100 ft x tan 5o = 36,397 ft
• Daya conveyor : P = P horizontal + P vertical + P empty = (0,4 + L/300).(W/100) + 0,001 HW + (vk/100) k =faktor koreksi dilihat dari Table 5.5c maka k = 0,5 P = P horizontal + P vertical + P empty = (0,4 + 106,4178 /300).(757,5758/100) + (0,001 x 36,397 x 757,5758) + (1097,936 x 0,5/100) = 38,7808 hp Maka dipakai pompa 39 hp LC.12. Belt Conveyor III (C-102)
Fungsi
: Mengangkut katalis Mangan Asetat padat dari gudang penyimpanan (TT-103) menuju Mixer (M-101)
Jenis
: horizontal belt conveyor
Bahan konstruksi
: carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir (W)
= 24,600 kg/jam
Densitas (ρ)
= 1589 kg/m3
= 99,1979 lb/ft3
Direncanakan (Walas, 1988) : Jarak angkut
= 50 ft = 15,2402 m
Lebar belt
= 18 in
Universitas Sumatera Utara
Angle
= 20 derajat
Inklinasi
= 5 derajat
Slope
= 69 untuk 100 ft/min bahan
Kecepatan
= 100 rpm
• Ukuran konveyor Velocity (v)
24,600 kg/jam x 100 ft/min = 35,652 ft/min 69 kg/jam
=
Panjang konveyor desain (L) =
50 ft cos 5 o
= 50,1957 ft
= 50 ft x tan 5o = 4,3744 ft
Ketinggian konveyor (H) • Daya konveyor :
P = P horizontal + P vertical + P empty = (0,4 + L/300).(W/100) + 0,001HW + (vk/100) k =faktor koreksi dilihat dari Table 5.5c maka k = 0,5 P = P horizontal + P vertical + P empty = (0,4 + 50,1957/300).(27,06/100) + (0,001 x 4,3744 x 27,06) + (39,217 x 0,5/100) = 0,467971 hp Maka dipakai pompa 1/2 hp LC.13. Pompa Toluena (J-101)
Fungsi
: Memompa bahan baku toluena dari tangki ke dalam mixer (M-101).
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 101,32 kPa (1 atm)
Temperatur
= 30oC = 303,15 K
Laju alir massa (F)
= 1.069,565 kg/jam
= 0,7205 lbm/s
Densitas (ρ)
= 858 kg/m3
= 53,563 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Viskositas (μ)
= 0,614 cP
Laju alir volumetrik, Q =
= 0,000413 lbm/ft,s
F 1.069,565 kg/jam = 1,246 m3/jam = 0,013451 ft3/s = ρ 858 kg/m3
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) Q = laju volumetrik (ft3/s)
ρ
= densitas (lbm/ft3)
μ
= viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 3
(Timmerhaus,1991) 0,45
= 3,9 (0,013451 ft /s )
3 0,13
(53,563 lbm/ft )
= 0,941369 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in
= 0,0874 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,315 in
= 0,1095 ft
Inside sectional area
: 0,006 ft2
0,013451 ft 3 /s = 2,2419 ft/s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,006 ft 2 Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D μ
=
(53,563 lbm/ft 3 )(2,2419 ft/s)(0,08741 ft) 0,000413 lbm/ft.s
=25.441,943 (turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046
(Geankoplis, 1997)
Jadi, ε/D = 0,001726 Pada aliran Turbulen diperoleh harga f = 0,012 Friction loss : ⎛ A2 ⎞ v 2 ⎟ 1 Sharp edge entrance= hc = 0,55 ⎜⎜1 − A1 ⎟⎠ 2α .g c ⎝
Universitas Sumatera Utara
= 0,55 (1 − 0 ) 1 elbow 90° = hf = n.Kf.
2,24192 2 ( 0,5 )( 32,174 )
v2 2,24192 = 1(0,75) 2.g c 2(32,174)
1 check valve = hf = n.Kf. Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
= 0,085917 ft.lbf/lbm
= 0,05858 ft.lbf/lbm
v2 2,24192 = 1(2) = 0,1562 ft.lbf/lbm 2.g c 2(32,174)
ΔL.v 2 D.2.g c
( 30 ) . ( 2,2419 ) = 4(0,012) ( 0,0874 ) .2.( 32,174) 2
= 1,28663 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
⎛ A ⎞ v2 = ⎜⎜1 − 1 ⎟⎟ A2 ⎠ 2.α .g c ⎝ = (1 − 0 )
2,24192 2 ( 0,5 )( 32,174 )
Total friction loss : ∑ F
= 0,078106 ft.lbf/lbm = 1,66545 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
(
)
P − P1 2 1 2 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 + ∑ F + Ws = 0 ρ 2α
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P2 ΔZ = 20 ft Maka : 0 +
32,174ft/s 2 ( 20 ft ) + 0 + 1,66545 ft.lbf/lbm + Ws = 0 32,174ft.lbm / lbf.s 2
Ws = 21,6654 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , η= 75 % Ws
= η x Wp
21,6654
= 0,75 x Wp
Wp
= 28,8872 ft.lbf/lbm
Daya Pompa : P
= m × Wp
Universitas Sumatera Utara
= 1176,52 1 hp lbm/s × 28,8872 ft.lbf/lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf/lbm
= 0,03784 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp. LC.14. Pompa Mixer I (J-102)
Fungsi
: Memompa bahan baku toluena dan mangan asetat dari mixer ke dalam reaktor (R-101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 101,32 kPa (1 atm)
Temperatur
= 30oC = 303,15 K
Laju alir massa (F)
= 1.094,165 kg/jam
= 0,7371 lbm/s
Densitas (ρ)
= 874,435 kg/m3
= 54,589 lbm/ft3
Viskositas (μ)
= 0,897 cP
= 0,000603 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 1.094,165 kg/jam = = 1,3764 m3/jam = 0,013502 ft3/s ρ 874,435 kg/m3
Tabel LC.1 Hasil Perhitungan Pompa Mixer 1 (J-102) Diameter Optimum 0,945295 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,08742 ft OD 1,3150 in 0,1096 ft 2 At 0,0060 ft 0,0129 v 2,25032919 ft/s Nre 17815,65991 Turbulen e/d 0,001726425 Fanning 0,0120 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,043283 ft.lbf/lbm Elbow 0 ft.lbf/lbm Check Valve 0,157394 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Straight Pipe Exit
1,296364 ft.lbf/lbm 0,078697 ft.lbf/lbm
∑F
1,575738 ft.lbf/lbm
ΔZ 20 ft P1 101,325 kPa P2 607,95 kPa ΔP/ρ Ws 215,407237 ft lbf/lbm η 0,75 WP 287,209649 ft lbf/lbm P 0,38489 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/2 Hp.
2.116,21619 lbf/ft2 12.697,29717 lbf/ft2 193,8314993 ft.lbf/lbm
LC.15. Pompa Reaktor I (J-103)
Fungsi
: Memompa bahan dari reaktor (R-101) ke dalam Vaporizer (E-110)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 101,32 kPa (1 atm)
Temperatur
= 148,89oC = 422,04 K
Laju alir massa (F)
= 1.429,328 kg/jam
= 0,8768 lbm/s
Densitas campuran (ρ)
= 1065,9374 kg/m3
= 66,5441 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ)
= 1,193 cP
= 0,0008 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 1.429,328 kg/jam = = 1,3432 m3/jam = 0,0132 ft3/s ρ 1065,9374 kg/m3
Tabel LC.2 Hasil Perhitungan Pompa Reaktor I (J-103) Diameter Optimum 0,95935 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,08742 ft OD 1,3150 In 0,1096 ft 2 At 0,0060 ft 0,0129 v 2,1961 ft/s
Universitas Sumatera Utara
Nre e/d Fanning Entrance Elbow Check Valve Straight Pipe Exit
15935,1841 0,0017 0,0120
∑F
Turbulen Fig 2.10-3 Geankoplis 0,0412 ft.lbf/lbm 0,1686 ft.lbf/lbm 0,1499 ft.lbf/lbm 1,2346 ft.lbf/lbm 0,0749 ft.lbf/lbm 1,6693 ft.lbf/lbm
ΔZ 30,0000 ft P1 101,3250 kPa P2 101,3250 kPa ΔP/ρ Ws 31,6693 ft lbf/lbm η 0,75 WP 42,2257 ft lbf/lbm P 0,06731 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
2116,2162 lbf/ft2 2116,2162 lbf/ft2 0,0000 ft.lbf/lbm
LC.16. Pompa Reaktor II (J-104)
Fungsi
: Memompa bahan dari reaktor (R-101) ke dalam Horizontal Drum (V-101)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 303,975 kPa (3 atm)
Temperatur
= 133oC = 406,15 K
Laju alir massa (F)
= 126,248 kg/jam
= 0,07731 lbm/s
Densitas campuran (ρ)
= 939,3507 kg/m3
= 58,6416 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ)
= 0,694838 cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q =
F 126,248 kg/jam = = 0,1344 m3/jam = 0,0013 ft3/s 3 ρ 939,3507 kg/m
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.3 Hasil Perhitungan Pompa Reaktor II (J-104) Diameter Optimum 0,3349 in Pipa Nominal 0,375 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40 ID 0,493 in 0,04108 ft OD 0,675 in 0,0563 ft 2 At 0,00133 ft v 0,9913 ft/s Nre 5114,8336 Turbulen e/d 0,0037 Fanning 0,009 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0084 ft.lbf/lbm Elbow 0,0344 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0305 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,4014 ft.lbf/lbm Exit 0,0153 ft.lbf/lbm
∑F
0,4900 ft.lbf/lbm
ΔZ 30,0000 ft P1 303,9750 kPa P2 303,9750 kPa ΔP/ρ Ws 30,4900 ft lbf/lbm η 0,75 WP 40,6533 ft lbf/lbm P 0,005714693 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
6348,6486 lbf/ft2 6348,6486 lbf/ft2 0,0000 ft.lbf/lbm
LC.17. Pompa Horizontal Drum (J-105)
Fungsi
: Memompa bahan dari horizontal drum (V-101) ke dalam reaktor (R-101) sebagai bahan recycle.
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 303,975 kPa (3 atm)
Temperatur
= 133oC = 406,15 K
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa (F)
= 302,03 kg/jam
= 0,18496268 lbm/s
Densitas campuran (ρ)
= 975,6604 kg/m3
= 60,9083 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ)
= 0,869400 cP
= 0,0006 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q =
F 302,03 kg/jam = = 0,3096 m3/jam = 0,0030 ft3/s 3 ρ 975,6604 kg/m
Tabel LC.4 Hasil Perhitungan Pompa Horizontal Drum (J-105) Diameter Optimum 0,77987 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,087416 ft OD 1,3150 in 0,109582 ft 2 At 0,0060 ft 0,012914 ft v 0,5061 ft/s Nre 4612,6353 Turbulen e/d 0,0017 Fanning 0,0065 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0022 ft.lbf/lbm Elbow 0,0060 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0159 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,0355 ft.lbf/lbm Exit 0,0040 ft.lbf/lbm
∑F
0,0636 ft.lbf/lbm
ΔZ 50 ft P1 303,9750 kPa P2 709,2750 kPa ΔP/ρ Ws 189,0407 ft lbf/lbm η 0,75 WP 252,0542 ft lbf/lbm P 0,084764772 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
6348,6486 lbf/ft2 14813,5134 lbf/ft2 138,9771 ft.lbf/lbm
LC.18. Pompa Vaporizer (J-201)
Fungsi
: Memompa bahan dari vaporizer (E-110) ke dalam flash drum (D-201)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 101,32 kPa (1 atm)
Temperatur
= 30 oC = 303,15 K
Laju alir massa (F)
= 1.404,73 kg/jam
= 0,86025 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1.055,8614 kg/m3
= 65,9151 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 1,1725 cP
= 0,0008 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 1.404,73 kg/jam = = 1,3304 m3/jam = 0,0131 ft3/s 3 ρ 1.055,8614 kg/m
Tabel LC.5 Hasil Perhitungan Pompa vaporizer (J-201) Diameter Optimum 0,95404 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,087416317 ft OD 1,3150 in 0,10958222 ft 2 At 0,0060 ft v 2,1751 ft/s Nre 15907,3633 Turbulen e/d 0,0017 Fanning 0,0120 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0404 ft.lbf/lbm Elbow 0 ft.lbf/lbm Check Valve 0,1470 ft.lbf/lbm Straight Pipe 1,2112 ft.lbf/lbm Exit 0,0735 ft.lbf/lbm
∑F ΔZ 30 ft P1 303,975 kPa P2 303,975 kPa ΔP/ρ Ws 31,4722 ft lbf/lbm η 0,75 WP 41,9629 ft lbf/lbm P 0,0656 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
1,4722 ft.lbf/lbm
6348,6486 lbf/ft2 6348,6486 lbf/ft2 0 ft.lbf/lbm
\
Universitas Sumatera Utara
LC.19. Pompa Flash Drum (J-202)
Fungsi
: Memompa downstream dari flash drum (D-201) ke dalam kolom destilasi (T-201)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 15,8579 kPa (0,1565 atm)
Temperatur
= 200oC = 473,15 K
Laju alir massa (F)
= 1.228,9455 kg/jam
= 0,7526 lbm/s
Densitas bahan (ρ) = 1.063,6024 kg/m3
= 66,3984 lbm/ft3
Viskositas bahan (μ) = 1,0659 cP
= 0,0007 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 1.228,9455 kg/jam = = 1,1555 m3/jam = 0,0113 ft3/s 3 ρ 1.063,6024 kg/m
Tabel LC.6 Hasil Perhitungan Pompa Flash Drum (J-202) Diameter Optimum 0,8962 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,08742 ft OD 1,3150 In 0,1096 ft 2 At 0,0060 ft 0,0129 v 1,8891 ft/s Nre 15308,5779 Turbulen e/d 0,0017 Fanning 0,0120 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0305 ft.lbf/lbm Elbow 0,1248 ft.lbf/lbm Check Valve 0,1109 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,9136 ft.lbf/lbm Exit 0,0555 ft.lbf/lbm
∑F ΔZ P1 P2 ΔP/ρ Ws
1,2352 ft.lbf/lbm
30 ft 15,8574 kPa 17,2354 kPa
331,1878 lbf/ft2 359,9684 lbf/ft2 0,4335 ft.lbf/lbm
31,6687 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
η 0,75 WP 42,2249 ft lbf/lbm P 0,05777 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp. LC.20. Pompa Akumulator I (J-203)
Fungsi
: Memompa bahan dari akumulator (V-201) ke dalam kolom destilasi (T-201)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 17,235 kPa (0,1701 atm)
Temperatur
= 141,589oC = 414,739 K
Laju alir massa (F)
= 124,7738 kg/jam
= 0,0764 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1038,2215 kg/m3
= 64,8139 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 1,165 cP
= 0,0008 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 1431,7885 kg/jam = = 0,1202 m3/jam = 0,0012 ft3/s 3 ρ 1065,9374 kg/m
Tabel LC.7 Hasil Perhitungan Pompa Akumulator I (J-203) Diameter Optimum 0,56099 in Pipa Nominal 0,7500 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 0,8240 in 0,0411 ft OD 1,0500 in 0,0562 ft 2 At 0,0037 ft v 0,3178 ft/s Nre 1806,5301 Laminar e/d 0,0022 Fanning 0,0070 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0009 ft.lbf/lbm Elbow 0,0035 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0031 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,0192 ft.lbf/lbm Exit 0,0016 ft.lbf/lbm
∑F
0,0283 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
ΔZ 30 ft P1 17,2354 kPa P2 17,2354 kPa ΔP/ρ Ws 30,0283 ft lbf/lbm η 0,75 WP 40,0377 ft lbf/lbm P 0,00556 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
359,9684 lbf/ft2 359,9684 lbf/ft2 0,0000 ft.lbf/lbm
LC.21. Pompa Kolom Destilasi I (J-204)
Fungsi
: Memompa bahan downstream dari kolom destilasi I (T-201) ke Reboiler I (RB-201)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 17,2358 kPa (0,1701 atm)
Temperatur
= 148,444oC = 421,594 K
Laju alir massa (F)
= 1284,8028 kg/jam
= 0,7868 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1074,8133 kg/m3
= 67,0982 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,9689 cP
= 0,0007 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 1284,8028 kg/jam = = 1,1954 m3/jam = 0,0117 ft3/s ρ 1074,8133 kg/m3
Tabel LC.8 Hasil Perhitungan Pompa Kolom Destilasi I (J-204) Diameter Optimum 0,9113 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,08742 ft OD 1,3150 In 0,1096 ft 2 At 0,0060 ft 0,0129 v 1,9543 Nre 17606,6281 Turbulen e/d 0,0017 Fanning 0,0120 Fig 2.10-3 Geankoplis
Universitas Sumatera Utara
Entrance Elbow Check Valve Straight Pipe Exit
0,0326 ft.lbf/lbm 0,0890 ft.lbf/lbm 0,1187 ft.lbf/lbm 0,9778 ft.lbf/lbm 0,0594 ft.lbf/lbm
∑F
1,2775 ft.lbf/lbm
ΔZ 30 ft P1 17,2358 kPa P2 17,2358 kPa ΔP/ρ Ws 31,2775 ft lbf/lbm η 0,75 WP 41,7034 ft lbf/lbm P 0,05966 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
359,9684 lbf/ft2 359,9684 lbf/ft2 0,0000 ft.lbf/lbm
LC.22. Pompa Akumulator I (J-205)
Fungsi
: Memompa bahan dari akumulator I ke dalam kolom destilasi II (T-202).
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 17,2353 kPa (0,1701 atm)
Temperatur
= 141,589oC = 414,739 K
Laju alir massa (F)
= 376,5209 kg/jam
= 0,23058 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1038,2216 kg/m3
= 64,8139 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,9754 cP
= 0,0007 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 376,5209 kg/jam = = 0,3627 m3/jam = 0,0036 ft3/s ρ 1038,2216 kg/m3
Tabel LC.9 Hasil Perhitungan Pompa Akumulator I (J-205) Diameter Optimum 0,5303 in Pipa Nominal 0,75 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40 ID 0,824 in 0,06866 ft OD 1,050 in 0,0875 ft
Universitas Sumatera Utara
0,00371 ft2 0,9589 ft/s 6511,0956 0,0022 0,0089
At v Nre e/d Fanning Entrance Elbow Check Valve Straight Pipe Exit
Turbulen Fig 2.10-3 Geankoplis 0,0079 ft.lbf/lbm 0,0214 ft.lbf/lbm 0,0286 ft.lbf/lbm 0,2222 ft.lbf/lbm 0,0143 ft.lbf/lbm
∑F
0,2944 ft.lbf/lbm
ΔZ 30 ft P1 17,2354 kPa P2 38,6048 kPa ΔP/ρ Ws 37,1804 ft lbf/lbm η 0,75 WP 49,5739 ft lbf/lbm P 0,02078 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
359,9684 lbf/ft2 806,2784 lbf/ft2 6,8860 ft.lbf/lbm
LC.23. Pompa Reboiler I (J-206)
Fungsi
: Memompa bahan dari reboiler I (R-201) ke dalam Mixer II (M-102)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 17,2358 kPa (0,1701 atm)
Temperatur
= 165,52oC
= 466,48 K
Laju alir massa (F)
= 852,4242 kg/jam
= 0,52202 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1.074,8133 kg/m3
= 67,0982 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,893 cP
= 0,0006 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 852,4242 kg/jam = = 0,7931 m3/jam = 0,0078 ft3/s 3 ρ 1.074,8133 kg/m
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.10 Hasil Perhitungan Pompa Reboiler I (J-206) Diameter Optimum 0,7576 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,08742 ft OD 1,3150 in 0,1096 ft 2 At 0,0060 ft 0,0129 v 1,2966 ft/s Nre 12674,2709 Turbulen e/d 0,0017 Fanning 0,0120 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0144 ft.lbf/lbm Elbow 0,0392 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0523 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,4304 ft.lbf/lbm Exit 0,0261 ft.lbf/lbm
∑F
0,5624 ft.lbf/lbm
ΔZ 20 ft P1 17,2354 kPa P2 101,3250 kPa ΔP/ρ Ws 56,7366 ft lbf/lbm η 0,75 WP 75,6488 ft lbf/lbm P 0,07180 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
359,9684 lbf/ft2 2116,2162 lbf/ft2 26,1743 ft.lbf/lbm
LC.24. Pompa Air Proses (J-207)
Fungsi
: Memompa air dari tempat penampungan ke dalam Mixer II (M-102)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 101,32 kPa (1 atm)
Temperatur
= 30oC = 303,15 K
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa (F)
= 935,8513 kg/jam
= 0,5731 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 998 kg/m3
= 62,3030 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,8007 cP
= 0,0003 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 935,8513 kg/jam = = 0,9377 m3/jam = 0,0092 ft3/s 3 ρ 998 kg/m
Tabel LC.11 Hasil Perhitungan Pompa Air Proses (J-207) Diameter Optimum 0,8091 in Pipa Nominal 1,0000 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 1,0490 in 0,08742 ft OD 1,3150 in 0,1096 ft 2 At 0,0060 ft 0,0129 v 1,5331 ft/s Nre 15518,7125 Turbulen e/d 0,0017 Fanning 0,0125 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0201 ft.lbf/lbm Elbow 0,0822 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0731 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,6268 ft.lbf/lbm Exit 0,0365 ft.lbf/lbm
∑F
0,8386 ft.lbf/lbm
ΔZ 100 ft P1 101,3250 kPa P2 101,3250 kPa ΔP/ρ Ws 100,8386 ft lbf/lbm η 0,75 WP 134,4515 ft lbf/lbm P 0,1401 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
2116,2162 lbf/ft2 2116,2162 lbf/ft2 0,0000 ft.lbf/lbm
LC.25. Pompa Akumulator II (J-208)
Fungsi
: Memompa destilat recycle dari akumulator II (V-202) ke dalam kolom destilasi II (T-202)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 38,6048 kPa (1 atm)
Temperatur
= 144,15oC = 417,3 K
Laju alir massa (F)
= 12,7083 kg/jam
= 0,007783 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 32,2569 kg/m3
= 2,2010 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,9253 cP
= 0,0006 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 12,7083 kg/jam = = 0,3605 m3/jam = 0,0035 ft3/s 3 ρ 32,2569 kg/m
Tabel LC.12 Hasil Perhitungan Pompa Akumulator II (J-208) Diameter Optimum 0,45315 in Pipa Nominal 0,5 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 0,622 in 0,051833 ft OD 0,840 in 0,069999 ft 2 At 0,0021 ft v 1,6837 ft/s Nre 308,9388 Laminar e/d 0,0029 Fanning 0,0065 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0242 ft.lbf/lbm Elbow 0,0661 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0881 ft.lbf/lbm Straight Pipe 0,6630 ft.lbf/lbm Exit 0,0441 ft.lbf/lbm
∑F ΔZ 20 ft P1 38,6048 kPa P2 38,6048 kPa ΔP/ρ Ws 20,8855 ft lbf/lbm η 0,75 WP 27,8473 ft lbf/lbm P 0,000394 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
0,8855 ft.lbf/lbm 806,2784 lbf/ft2 806,2784 lbf/ft2 0,0000 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
LC.26. Pompa Kolom Destilasi II (J-209)
Fungsi
: Memompa bahan dari kolom destilasi II (T-202) ke reboiler (RB - 202)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 38,6048 kPa (0,381 atm)
Temperatur
= 155oC
= 428,15 K
Laju alir massa (F)
= 253,332 kg/jam
= 0,1551 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1035,0508 kg/m3
= 64,6160 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,8543 cP
= 0,0006 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 253,332 kg/jam = = 0,2448 m3/jam = 0,0024 ft3/s 3 ρ 1035,0508 kg/m
Tabel LC.13 Hasil Perhitungan Pompa Kolom Destilasi II (J-209) Diameter Optimum 0,7243 in Pipa Nominal 0,7500 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 0,8240 in 0,068666 ft OD 1,0500 in 0,087499 ft 2 At 0,0037 ft v 0,6471 Nre 5001,8213 Turbulen e/d 0,0022 Fanning 0,0890 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0036 ft.lbf/lbm Elbow 0,0098 ft.lbf/lbm Check Valve 0,0130 ft.lbf/lbm Straight Pipe 1,0123 ft.lbf/lbm Exit 0,0065 ft.lbf/lbm
∑F ΔZ P1 P2 ΔP/ρ
1,0451 ft.lbf/lbm
30 ft 38,6048 kPa 38,6048 kPa
806,2784 lbf/ft2 806,2784 lbf/ft2 0 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Ws 31,0451 ft lbf/lbm η 0,75 WP 41,3935 ft lbf/lbm P 0,01167 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp. LC.27. Pompa Akumulator II (J-210)
Fungsi
: Memompa destilat dari akumulator (V-202) ke dalam tangki penyimpanan benzaldehide (TK-203)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 38,6048 kPa (0,381 atm)
Temperatur
= 144,15oC = 417,3 K
Laju alir massa (F)
= 125,2326 kg/jam
= 0,07669 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1044,5839 kg/m3
= 65,2111 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,8769 cP
= 0,0006 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 125,2326 kg/jam = = 0,1199 m3/jam = 0,0012 ft3/s 3 ρ 1044,5839 kg/m
Tabel LC.14 Hasil Perhitungan Pompa Akumulator II (J-210) Diameter Optimum 0,56111 in Pipa Nominal 0,7500 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 0,8240 in 0,068666 ft OD 1,0500 In 0,087499 ft 2 At 0,0037 ft v 0,3170 Nre 2408,8809 Laminar e/d 0,0022 Fanning 0,0065 Fig 2.10-3 Geankoplis Entrance 0,0009 Elbow 0,0012 Check Valve 0,0031 Straight Pipe 0,0177
Universitas Sumatera Utara
Exit
0,0016
∑F
0,0245
ΔZ 50 ft P1 38,6048 kPa P2 101,3250 kPa ΔP/ρ Ws 70,1121 ft lbf/lbm η 0,75 WP 93,4828 ft lbf/lbm P 0,01303 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
806,2784 lbf/ft2 2116,2162 lbf/ft2 20,0877 ft.lbf/lbm
LC.28. Pompa Reboiler II (J-211)
Fungsi
: Memompa bahan dari reboiler II (RB-202) ke dalam tangki penyimpanan (TK-202)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 38,6048 kPa (0,381 atm)
Temperatur
= 168,83oC
= 441,98 K
Laju alir massa (F)
= 251,2881 kg/jam
= 0,15388 lbm/s
Densitas campuran (ρ) = 1035,0508 kg/m3
= 64,6160 lbm/ft3
Viskositas campuran (μ) = 0,835 cP
= 0,0006 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, Q =
F 251,2881 kg/jam = = 0,2428 m3/jam = 0,0024 ft3/s ρ 1035,0508 kg/m3
Tabel LC.15 Hasil Perhitungan Pompa Reboiler II (J-211) Diameter Optimum 0,7222 in Pipa Nominal 0,7500 in App A.5-1 Geankoplis Schedule Number 40,0000 ID 0,8240 in 0,08742 ft OD 1,0500 In 0,1096 ft 2 At 0,0037 ft 0,0129 v 0,6419 Nre 5076,1359 Turbulen
Universitas Sumatera Utara
e/d Fanning Entrance Elbow Check Valve Straight Pipe Exit
0,0022 0,0099
Fig 2.10-3 Geankoplis 0,0035 0,0048 0,0128 0,1108 0,0064
∑F
0,1383
ΔZ 50 ft P1 38,6048 kPa P2 101,3250 kPa ΔP/ρ Ws 70,4110 ft lbf/lbm η 0,75 WP 93,8813 ft lbf/lbm P 0,02626 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 Hp.
806,2784 lbf/ft2 2116,2162 lbf/ft2 20,2727 ft.lbf/lbm
LC.29. Flash drum (D-201)
Fungsi
: Untuk memisahkan fasa cair toluena, asam benzoat, benzaldehide dan benzil alkohol dari campuran fasa gasnya.
Bahan
: Carbon steel, SA-283, Grade C
Bentuk
: Silinder tegak elipsoidal
Jumlah
: 1 buah
Lama penggunaan
= 1 jam
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,1565 atm
Temperatur
= 200oC
Massa komponen umpan
: 1.404,7285 kg/jam
Densitas campuran
:
Laju alir volumetrik
:
P×BM 0,1565×114,6453 = = 0,4624 kg/m3 -3 RT 82,05.10 ×473,15 1.404,7285 kg/jam = 3037,6281 m3 /jam 3 0,4624 kg/m
Basis untuk 1 jam, sehingga volume flash drum = 3037,6281 m3 Ukuran Flash drum :
Universitas Sumatera Utara
Volume total =
(1+0,2) x 3037,6281 m3= 3645,1538 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
= 3:2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D)
= 1:4
Volume silinder
=
π 3π 3 × D2Hs = D 4 8
Volume tutup elipsoidal = Vt
= Vs + 2.Vh
Vt
=
π × D3 24
11π × D3 24
24Vt = 11π
24 × 3645,1538 = 13,6312 m 11× 3,14
Diameter tangki
=
3
Tinggi tangki
=
3 ×13,6312 m = 20,4468 m 2
3
2 × 13,6312 = 6,8156 m 4
Tinggi tutup elipsoidal
=
Tinggi total flash drum
= Hs + He
= 27,2625 m
Tebal dinding tangki :
Tekanan
= 2,3 psi
= 15,8579 kPa
Tekanan design
= (1,2 x 15,8579)
= 19,0295 kPa
Allowable working stress (S) = 12650 psi Efisiensi sambungan (E)
= 0,85
Corrosion factor (CA)
=0,125 in/thn
Umur alat (n)
= 10 thn
Tebal silinder (t)
=
ts
=
PD + n CA 2SE − 1,2P
=
(19,0295 x13,6312) + 0,125(10) (2 x 93.222,65 x 0,85) − (1,2 x19,0295)
= 1,2516 in
= 0,03179 m
maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,0381 m).
Universitas Sumatera Utara
LC.30. Kolom Destilasi 1 (T-201)
Fungsi
: Memisahkan benzaldehide, air, benzil alkohol dengan asam benzoat
Jenis
: Sieve – tray
Bentuk
: silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA – 285 grade C
Jumlah
: 1 unit.
Data : Dari perhitungan neraca massa dan neraca panas diperoleh: = 0,214
RD
XHF = 0,5806
RDM = 0,1427
XLF = 0,0148
XLW = 0,0148
D
= 3.896 mol/jam
XHW = 0,8995
W
= 7.078 mol/jam
XHD = 0,00036
αLD = 192,5336 αLW = 1,9868
XLD = 0,012
α L,av = α LD .α LW =
Nm = =
(192,5336 ) × (1,9868) = 19,5582
log[(X LD D / X HD D)(X HW W / X LW W)] log(α L,av )
(Geankoplis,1997) (Geankoplis,1997)
log[(0, 012 / 0, 00036)(0,8995 / 0, 0148)] log(19,5582)
= 2,5606 Dari Fig 11.67 – 3, Geankoplis, hal. 749, diperoleh N=
Nm = 0,38; maka: N
N m 2,5606 = = 6,73842 0,38 0,38
Jumlah piring teoritis = 6,73842 Efisiensi piring
= 85 %
Maka jumlah piring yang sebenarnya =
(Geankoplis,1997) 6, 73842 = 7,9275 piring ≈ 8 piring. 0,85
Penentuan lokasi umpan masuk
Universitas Sumatera Utara
⎡⎛ X ⎞ W ⎛ X N log e = 0,206 log ⎢⎜⎜ HF ⎟⎟ ⎜⎜ LW Ns ⎢⎣⎝ X LF ⎠ D ⎝ X HD
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎤ ⎥ ⎥⎦
2
(Geankoplis,1997)
⎡⎛ 0,5806 ⎞ 7.078 ⎛ 0,0148 ⎞2 ⎤ Ne log = 0, 206 log ⎢⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎥ Ns ⎣⎢⎝ 0,0148 ⎠ 3.896 ⎝ 0,00036 ⎠ ⎦⎥
Ne = 0,4343 Ns Ne = 0,4343 Ns N = Ne + Ns 8 = 0,4343 Ns + Ns Ns = 5,5776 ≈ 6 Ne = 8 – 6 = 2 Jadi, umpan masuk pada piring ke – 2 dari atas. Design kolom direncanakan : Tray spacing (t)
= 0,4 m
Hole diameter (do)
= 4,5 mm
(Treybal, 1984)
Space between hole center (p’)
= 12 mm
(Treybal, 1984)
Weir height (hw)
= 5 cm
Pitch
= triangular ¾ in
Data : Suhu dan tekanan pada destilasi T–101 adalah 421,594 K dan 17,236 kPa. Tabel LC.16 Komposisi Campuran pada Alur Vd Kolom Destilasi I(T–201) Komponen
Asam Benzoat Benzil Alkohol Benzaldehide H2O Total Laju alir massa gas (G’)
Alur Vd
Fraksi
BM
Fraksi
(mol/jam)
mol
(g/mol)
mol x BM
2 3.106 1.548 56 4.713
0,0004 0,659 0,3284 0,01188 1
122,120 108,120 106,120 18,010
0,04884 71,251 34,8498 0,2139 106,3635
= 0,0013 kmol/s
Universitas Sumatera Utara
ρv =
P BM av (0,17012 atm) (106,3635 kg/kmol) = = 1,5234 kg/m3 3 RT (0,082 m atm/kmol K)(421,594 K)
Laju alir volumetrik gas (Q) = 0,0013 × 22, 4 ×
421,594 = 0,0449 m3/s 273,15
Tabel LC.17 Komposisi Campuran pada Alur Lb Kolom Destilasi I(T–201) Komponen
Asam Benzoat H2O Total
Alur Lb
Fraksi
ρL
Fraksi
(kg/jam)
massa
(kg/m3)
massa x ρL
1.281,531 3,115 1.284,647
0,9975 0,3669 1
1075 998,2
1072,312 366,239 1.438,551
Laju alir massa cairan (L’) = 0,3568 kg/s Laju alir volumetrik cairan (q) =
0,3568 = 0,00024 m3/s 1.438,551
Surface tension (σ) = 0,04 N/m Ao ⎛d = 0,907⎜⎜ o Aa ⎝ p'
⎞ ⎟⎟ ⎠
(Lyman, 1982)
2
2
Ao ⎛ 0,0045 ⎞ = 0,907⎜ ⎟ = 0,1275 Aa ⎝ 0,0120 ⎠ 1/ 2
q ⎛ ρL ⎞ ⎜ ⎟ Q' ⎝ ρ V ⎠
1/ 2
0,00024 ⎛ 1.438,551 ⎞ = 0,28022 = 0,0449 ⎜⎝ 1,5234 ⎟⎠
α = 0,0744t + 0,01173 = 0,0744(0,4) + 0,01173 = 0,0415 β = 0,0304t + 0,05 = 0,0304(0,4) + 0,015 = 0,0272 ⎡ ⎤⎛ σ ⎞ 1 CF = ⎢αlog + β ⎥⎜ ⎟ 1/ 2 (q/Q)(ρ L / ρ V ) ⎣ ⎦⎝ 0,02 ⎠
0, 2
1 ⎡ ⎤ ⎛ 0,04 ⎞ + 0,0272⎥ ⎜ = ⎢0,0415 log ⎟ 0,2802 ⎣ ⎦ ⎝ 0,02 ⎠
0,2
= 0,0575 ⎛ ρ − ρV VF = C F ⎜⎜ L ⎝ ρV
⎞ ⎟⎟ ⎠
0,5
Universitas Sumatera Utara
⎛ 1.438,551 − 1,5234 ⎞ = 0,0575 ⎜ ⎟ 1,5234 ⎝ ⎠
0,5
= 0,76601 m/s Asumsi 80 % kecepatan flooding
(Treybal, 1984)
V = 0,8 x 0,76601 = 0,6128 m/s An =
Q 0,0449 = = 0,07327 m2 V 0,6128
Untuk W = 0,70T dari Tabel 6.1. Treybal, hal.162, diketahui bahwa luas downspout sebesar 8,808%. At =
0,07327 = 0,0803 m2 1 − 0, 08808
Column Diameter (T) = [4(0,0803)/π]0,5
= 0,3197 m
Weir length (W)
= 0,7(0,3197)
= 0,2238 m
Downspout area (Ad)
= 0,08808(0,0803)
= 0,00707 m2
Active area (Aa)
= At – 2Ad = 0,0803 – 2(0,00707)
= 0,06615 m2
Weir crest (h1) Misalkan h1 = 0,025 m h1/T = 0,025/0,3197= 0,0782 T 0,3197 = = 1,4285 W 0,2238 0,5 2 ⎧ ⎫ ⎤ ⎛ Weff ⎞ ⎛ h 1 ⎞⎛ T ⎞⎪ ⎛ T ⎞ ⎪⎡⎛ T ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ − ⎨⎢⎜ ⎟ − 1⎥ + 2⎜ ⎟⎜ ⎟⎬ ⎝ W ⎠ ⎪⎣⎢⎝ W ⎠ ⎝ T ⎠⎝ W ⎠⎪ ⎝ W ⎠ ⎥⎦ ⎩ ⎭ 2
2
{
2
2
}
0,5 2 2 ⎛ Weff ⎞ ⎜ ⎟ = (1, 4285 ) − ⎡⎣(1, 4285 ) − 1⎤⎦ + 2 ( 0,0782 )(1, 4285 ) ⎝ W ⎠
2
⎛ Weff ⎞ ⎜ ⎟ = 0,4942 ⎝ W ⎠ ⎛ q ⎞ h 1 = 0,666⎜ ⎟ ⎝W⎠
2/3
⎛ Weff ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ W ⎠
⎛ 0,00024 ⎞ h1 = 0, 666 ⎜ ⎟ ⎝ 0,2238 ⎠
2/3
2/3
( 0,4942 )
2/3
Universitas Sumatera Utara
h 1 = 0,0326 m Perhitungan diulangi dengan memakai nilai h1 = 0,0326 m hingga nilai h1 konstan pada nilai 0,0326 m. Perhitungan Pressure Drop Dry pressure drop Ao = 0,1275 x 0,06615= 0,00843 m2 uo =
Q 0,0449 = = 5,3262 m/s A o 0,00843
Co = 0,66 Dari gambar 18.29, Mc.Cabe ⎛ uo2 h d = 51,0⎜⎜ 2 ⎝ Co
⎞⎛ ρ v ⎟⎜ ⎟⎜ ρ ⎠⎝ L
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 5,32622 ⎞ ⎛ 1,5234 ⎞ h d = 51, 0 ⎜ ⎟ 2 ⎟⎜ ⎝ 0,66 ⎠ ⎝ 1438,551 ⎠ h d = 3,5172 mm = 0,0035 m Hydraulic head Va = z=
Q 0,0449 = 0,6787 m/s = A a 0,06615
T + W 0,3197 + 0,2238 = 0,27175 m = 2 2
h L = 0,0061 + 0,725 h w − 0,238 h w Va ρ v
0,5
⎛q⎞ + 1,225⎜ ⎟ ⎝z⎠
⎛ 0,00024 ⎞ h L = 0, 0061 + 0, 725 (0,05) − 0, 238 (0,05)(0,6787)(1,5234)0,5 + 1, 225 ⎜ ⎟ ⎝ 0,27175 ⎠ h L = 0,03346 m Residual pressure drop
hR =
6 σ gc ρLdog
hR =
6 (0,04) (1,2) = 0,00453 m 1438,551 (0,0045)(9,8)
Total gas pressure drop hG = hd + hL + hR hG = 0,0035 + 0,03346 + 0,00453
Universitas Sumatera Utara
hG = 0,04149 m Pressure loss at liquid entrance Ada = 0,025 W = 0,025(0,2238) = 0,006 m2 3 ⎛ q ⎜ h2 = 2g ⎜⎝ A da
⎞ ⎟⎟ ⎠
2
2
3 ⎛ 0,00024 ⎞ h2 = = 0,0446 m 2 g ⎜⎝ 0,006 ⎟⎠ Backup in downspout h3 = hG + h2 h3 = 0,04149 + 0,0446 h3 = 0,08609 m Check on flooding hw + h1 + h3 = 0,05 +0,0326 + 0,08609 hw + h1 + h3 = 0,16869 m t/2 = 0,4/2 = 0,2 m karena nilai hw + h1 + h3 lebih kecil dari t/2, maka spesifikasi ini dapat diterima, artinya dengan rancangan plate seperti ini diharapkan tidak terjadi flooding. Spesifikasi kolom destilasi Tinggi kolom = 8 x 0,4 m
= 3,2 m
Tinggi tutup
=
1 ( 0,3197 ) 4
= 0,08 m
Tinggi total
= 3,2 + 2(0,08)
= 3,36 m
Tekanan operasi
= 0,1701149 atm
P design = (1+0,05) x 17,23689 kPa
= 17,23689 kPa = 18,0987 kPa
Faktor kelonggaran
= 5%
Joint efficiency
= 0,8
(Walas, 1988)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.217,955 kPa
(Walas, 1988)
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
t=
PD 2SE - 1,2P
t=
(18,0987)(0,3197) 2(87217,955(0,8)-1,2(18,0987)
= 0,00004 m = 0,14074 in Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,01574798 in + 0,125 in = 0,14074 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Walas, 1988)
LC.31. Accumulator I (V-201)
Fungsi
: Menampung destilat dari kolom destilasi (T-201)
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,1701 atm
= 17,235 kPa
o
= 141,589 C
Temperatur
= 414,739 K
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor kelonggaran
= 20%
Tabel LC.18 Data Alur masuk akumulator I (V-201) N
%
F
%
Densitas
Densitas
(kmol/jam)
mol
(kg/jam)
berat
(kg/m3)
Camp
0,2492 0,0005
1075
0,5344
Benzil Alkohol 108,12
3,1056 0,6591 335,7746 0,6698
1035
693,2565
Benzaldehide
1,5478 0,3285 164,2567 0,3277
1045
342,4090
998
2,0217
Komponen
BM
Asam Benzoat
122,12 106,12
Air
18,01
Total
0,0020 0,0004
0,0564 0,0120
1,0155 0,0020
4,7118 1,0000 501,2960 1,0000
1.038,2216
Perhitungan:
a. Volume Tangki
Universitas Sumatera Utara
501,296 kg/jam x 1 jam 1.038,2216 kg/m 3
Volume larutan, Vl
=
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,2) x 0,4828 m3
Fraksi volum
=
Vl Vt
= 0,4828 m3 = 0,5794 m3
0,4828 0,5794
=
= 0,8333
Dari tabel 10.64 pada buku Perry, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8333 maka H/D = 0,777
⎛ α ⎞ − sin α cos α ⎟ = LR 2 ⎜ ⎝ 57,30 ⎠
Volume tangki, Vt
Dimana cos α = 1-2 H/D cos α = 1-2 (0,777) cos α = -0,554 α = 123,642 derajat Asumsi panjang tangki (Lt)
=5m
⎛ α ⎞ − sin α cos α ⎟ = LR 2 ⎜ ⎝ 57,30 ⎠
Maka, volume tangki, Vt
⎛ 2,158 ⎞ − sin123,642 cos123,642⎟ 0,5794 m3= 5R 2 ⎜ ⎝ 57,30 ⎠ R (radius) = 0,2103 m D (diameter) = 0,4207 m = 16,5628 in H (tinggi cairan) = 0,3269 m b. Tebal shell tangki Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon Steel SA –285 Grade C diperoleh data : Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,21 kPa Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tekanan Hidrostatik: PHidrostatik = ρ × g × l
Universitas Sumatera Utara
= 1.038,2216 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,3269 m = 3,3258 kPa Tekanan operasi (Po)
= 17,235 kPa
P
= 17,235 kPa + 3,3258 kPa
= 20,5616 kPa
Pdesign
= (1,2) × (20,5616 kPa)
= 24,6735 kPa
Tebal shell tangki: t=
PD + nC 2SE − 1,2P
⎛ ⎞ (24,6735 kPa) (0,4207 m) =⎜ ⎟ + (10x0,0032) ⎝ 2(94458,21 kPa)(0,8) − 1,2(24,6735 kPa) ⎠ = 0,0318 m = 1,2527 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Walas, 1988)
c. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 0,4207 m
Ratio axis
=L:D
=1:4
Lh
⎛ Hh ⎞ ⎛1⎞ =⎜ ⎟ × D = ⎜ ⎟ × 0,4207 = 0,1052 m ⎝ D ⎠ ⎝4⎠
Lt (panjang tangki)
= Ls + 2 Lh
Ls (panjang shell)
= 5 m - 2(0,1052 m) = 4,7897 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup 1 ½ in.
LC.32. Accumulator II (V-202)
Fungsi
: Menampung destilat dari kolom destilasi II (T-202)
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,3810 atm
= 38,604 kPa
Universitas Sumatera Utara
= 144,15oC
Temperatur
= 417,300 K
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor kelonggaran
= 20%
Tabel LC.19 Data Alur Masuk Akumulator II (V-202) N % F % Densitas Densitas Komponen BM Camp (kmol/jam) mol (kg/jam) berat (kg/m3) Benzil Alkohol 108,12 0,0257 0,0193 2,7779 0,0201 1035 20,8432 Benzaldehide 106,12 1,2677 0,9543 134,5330 0,9753 1045 1019,1818 Air 18,01 0,0350 0,0263 0,6301 0,0046 998 4,5589 Total 1,3284 1,0000 137,9410 1,0000 1.044,5839 Perhitungan:
a. Volume Tangki 137,9410 kg/jam x 1 jam 1.044,5839 kg/m 3
Volume larutan, Vl
=
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,2) x 0,1321 m3
Fraksi volum
=
Vl Vt
=
0,1321 0,1585
= 0,1321 m3 = 0,1585 m3 = 0,8333
Dari tabel 10.64 pada buku Perry, Chemical Engineering Handbook diperoleh untuk fraksi volum 0,8333 maka H/D = 0,777 Volume tangki, Vt
⎛ α ⎞ − sin α cos α ⎟ = LR 2 ⎜ ⎝ 57,30 ⎠
Dimana cos α = 1-2 H/D cos α = 1-2 (0,777) cos α = -0,554 α = 123,642 derajat Asumsi panjang tangki (Lt) Maka, volume tangki, Vt
=5m
⎞ ⎛ α − sin α cos α ⎟ = LR 2 ⎜ ⎝ 57,30 ⎠
⎛ 2,158 ⎞ − sin123,642 cos123,642⎟ 0,1585 m3= 5R 2 ⎜ ⎝ 57,30 ⎠ R (radius) = 0,1100 m D (diameter) = 0,2200 m = 8,6617 in
Universitas Sumatera Utara
H (tinggi cairan) = 0,1709 m b. Tebal shell tangki Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon Steel SA –285 Grade C diperoleh data :
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,21 kPa Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tekanan Hidrostatik: PHidrostatik = ρ × g × l = 1044,5839 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,1709 m = 1749,9791 Pa =1,7499 kPa Tekanan operasi (Po)
= 38,604 kPa
P
= 38,604 kPa + 1,7499 kPa
= 40,3548 kPa
Pdesign
= (1,2) × (40,3548 kPa)
= 48,4258 kPa
Tebal shell tangki: t=
PD + nC 2SE − 1,2P
⎛ ⎞ (48,4258 kPa) (0,2200 m) =⎜ ⎟ + (10x0,0032) ⎝ 2(94458,21 kPa)(0,8) − 1,2(48,4258 kPa) ⎠ = 0,0318 m = 1,2527 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Walas, 1988)
c. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 0,2200 m
Ratio axis
=L:D
=1:4
Lh
⎛ Hh ⎞ ⎛1⎞ =⎜ ⎟ × D = ⎜ ⎟ × 0,2200 = 0,0550 m ⎝ D ⎠ ⎝4⎠
Lt (panjang tangki)
= Ls + 2 Lh
Ls (panjang shell)
= 5 m - 2(0,0550 m) = 4,8900 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup 1 ½ in.
Universitas Sumatera Utara
LC.33. Reaktor (R-101)
Fungsi
: Mereaksikan toluena dan oksigen untuk memproduksi asam benzoat dengan benzaldehide dan benzil alkohol sebagai by-product : Tangki berpengaduk flat six blade open turbine dengan tutup
Jenis
dan alas ellipsoidal Kondisi operasi
:
Temperatur (T)
: 148,89oC (422,04 K)
Tekanan (P)
: 6 atm = 607,95 kPa
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-203, Grade. A
Waktu tinggal (τ)
= 10 menit
= 0,1667 jam
(Hundley, J.G, 1965)
Tabel LC.20 Data Alur Masuk Reaktor (R-101) F Fraksi ρcampuran Komponen ρ (kg/m3) (kg/jam) Berat (kg/m3) Toluena
1.175,342
0,5329
858
457,2101
Asam Benzoat
85,0545
0,0353
1075
37,9966
Mangan Asetat
24,6000
0,0112
1589
17,8686
Benzil Alkohol
25,2199
0,0105
1035
10,8473
Benzaldehide
12,3372
0,0051
1045
5,3576
231,4783
0,0962
998
96,0020
516,464
0,3087
0,0108
0,0033
2.070,4959
1,0000
Air Oksigen Total
Vmasuktotal
=
625,2822
2.070,4959 kg/jam = 3,8484 m3 3 625,2822 kg/m
Ukuran tangki, Volume tangki yang ditempati campuran
= (τ ) × (Vo) = 0,1667 jam x 3,8484 m3 = 0,6414 m3
Faktor kelonggaran
= 20 %
Volume tangki
= (1 + 20%) . (τ ) .(Vo)
Universitas Sumatera Utara
= (1,2) (0,1667 jam) (3,8484 m3) = 0,7697 m3 Perbandingan tinggi dengan diameter tangki (Hs : D) = 5 : 4 Volume silinder (Vs) =
1 1 5 ⎛5 ⎞ πD 2 (H s ) = πD 2 ⎜ D ⎟ = πD 3 4 4 ⎝ 4 ⎠ 16
Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap
minor adalah 2 : 1, sehingga,
1 D ................. (Halaman 80, Brownell dan Young, 1959) 6
Tinggi head (Hh)
=
V2 tutup ellipsoidal (Vh)
π π ⎛π⎞ ⎛1 ⎞ = ⎜ ⎟ D 2 (H h )(2) = D 2 ⎜ D ⎟ (2) = D 3 4 12 ⎝6 ⎠ ⎝4⎠
( )
( )
⎞ 19 ⎞ ⎛π ⎛5 πD 3 Vt = Vs + Vh = ⎜ πD 3 ⎟ + ⎜ D 3 ⎟ = 16 12 48 ⎠ ⎠ ⎝ ⎝ Diameter tangki (D) =
3
48xVt = 19π
3
48 x 0,7697 = 0,8524 m = 33,5575 in 19π
Tinggi silinder (Hs), Hs
=
5 5 D= (0,8524 m) = 1,0655 m = 41,9469 in 4 4
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = Tinggi tangki (HT)
1 1 D = (0,8524 m) = 0,1421 m = 5,5929 in 6 6
= Hs + 2. Hh = 1,0655 m + 2. (0,1421 m) = 1,3496 m = 53,1327 in
Tekanan desain, Volume tangki
= 0,7697 m3
Volume cairan
= 0,6414 m3
Tinggi tangki
= 1,3496 m
Tinggi cairan dalam tangki
=
= Tekanan hidrostatis
(V
cairan dalam tangki
)(tinggi tangki)
volume tangki
( 0,6414) × (1,3496 ) 0,7697
= 1,1246 m
= (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki)
Universitas Sumatera Utara
= (625,2822 kg/m3) (9,8 m/s2) (1,1246 m) = 6891,5589 Pa = 6,8915 kPa Poperasi
= Po + Phidrostatik = (607,95 + 6,8915) kPa = 614,8416 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 20% Pdesign
= (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (614,8416 kPa) = 737,8099 kPa
Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder),
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S) = 18750 psia = 129276,75 kPa Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
PD + n.C 2SE − 1,2P (737,8099 kPa) (0,8524 m) = + 10 x 0,0032 2(129276,75 kPa)(0,8) − 1,2(737,8099 kPa) = 0,0348 m = 1,3702 in
t=
Tebal shell standar yang digunakan = 11/2 in
(Walas, 1988)
Tebal tutup tangki, Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Tebal tutup atas yang digunakan = 11/2 in. Menghitung Jaket Pendingin, Jumlah air pendingin (28oC) = 40.352,8634 kg/jam Densitas air pendingin
= 985,655 kg/m3
Laju alir air pendingin (Qw) = Diameter dalam jaket
(Dari Lampiran B) (Kern. 1950)
40.352,8634 kg/jam = 40,9401 m3/jam 3 985,655 kg/m
= diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 33,575 in + [2 (1,3702 in)] = 36,3979 in = 0,9220 m
Tinggi jaket = tinggi reaktor = 1,3496 m
Universitas Sumatera Utara
Asumsi tebal jaket = 5 in Diameter luar jaket (D)
= 36,3979 in + (2 x 5) in
= 46,2979 in = 1,1760 m Luas yang dilalui air pendingin (A),
π π (D2-d2) = (1,17602 - 0,92202) = 0,4183 m2 4 4
A=
Kecepatan air pendingin (v),
Qw 40,9401 m 3 /jam v= = = 97,8706 m/jam A 0,4183 m 2 Tebal dinding jaket (tj), Phidrostatik
= ρgh = (985,655 kg/m3) (9,8 m/s2) (1,3496 m) = 13,036 kPa
Pdesain
= (1,2) [(13,036 + 607,950)] = 745,1833 kPa
Bahan Stainless Steel Plate tipe SA-340
Joint efficiency (E)
= 0,8
Allowable stress (S) = 12650 psia = 87218,71 kPa Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
tj =
(Peters, et.al., 2004) (Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
(745,1833).(0,9220) P.D + nC = + (10 . 0,032) 2(87218,71 − 0, 6 ⋅ 745,1833) 2(SE − 0,6P)
= 0,0367 m = 1,4451 in Dipilih tebal jaket standar 1 1/2 in. Pengaduk (impeller), Jenis
: flat six blade open turbin (turbin datar enam daun)
Jumlah baffle : 4 buah Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,8524 m = 0,2841 m = 0,9321 ft
E/Da = 1
; E = 0,2841 m
Universitas Sumatera Utara
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,2841 m = 0,0710 m
1
; W = 1/5 × 0,2841 m = 0,0355 m
= 1/12
; J = 1/12 × 0,8524 m= 0,0710 m
W/Da = /5 J/Dt
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
Asumsi : Kecepatan pengadukan, N = 10 putaran/det ρcamp
= 625,2822 kg/m3
µcamp = 1,193 cp
= 39,03611 lbm/ft3 = 0,00080 lbm/ft det
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N (D a )2 = μ
(Geankoplis, 1997)
( 39,03611)(10 )( 0,2841) = 0,00080
2
= 423.110,54
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P=
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe,1999)
KL = 6,3
(McCabe,1999)
6,3 (10 put/det)3 .(0,2841ft)5 (39,03611 lbm/ft 3 ) 1hp × 2 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft.lbf/det = 9,7803hp
P=
Efisiensi motor penggerak = 75% Daya motor penggerak =
9,7803 = 13,0404 hp 0,75
Maka daya motor yang dipilih 15 hp.
Universitas Sumatera Utara
LC.34. Drum Penampung / Horizontal Drum (V-101)
Fungsi
: Menampung produk dari reaktor (R-101) dan flash drum (D-201) setelah dikondensasikan menjadi cairan.
Bentuk
: Drum horizontal dengan sisi – sisi berbetntuk elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212 grade B
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Temperatur
= 133°C
Tekanan
= 3 atm
Tabel LC.21 Komposisi Umpan Masuk Total pada Horizontal Drum (V-101) Komponen
BM
Toluena
N
%
F
%
Densitas
(kmol/jam)
mol
(kg/jam)
berat
(kg/m3)
92,14
1,1480 0,1827 105,7767
0,3502 300,4870
Asam Benzoat
122,12
0,6965 0,1109
85,0545
0,2816 302,7289
Benzil Alkohol
108,12
0,2333 0,0371
25,2199
0,0835
86,4234
Benzaldehide
106,12
0,1163 0,0185
12,3372
0,0408
42,6857
18,01
4,0890 0,6508
73,6429
0,2438 243,3378
6,2830 1,0000 302,0312
1,0000 975,6627
Air Total A. Volume Drum
Laju alir cairan, Fcairan = 302,0312 kg/jam = 665,864 lbm/jam ρcairan
= (% berat x ρtol) + (% berat x ρasben) + (% berat x ρBenAl) + (% berat x ρBenz) + (% berat x ρAir) = 975,6627 kg/m3 = 60,9085 lbm/ft3
Volume cairan, Vcairan =
F
ρ
=
302,0312 kg/jam = 0,3096 m3/jam = 0,003036 ft3/s 3 975,6627 kg/m
Kapasitas perancangan untuk 1 hari = 24 jam, maka: Total volume campuran dalam drum = 0,3096 m3 /jam × 24 jam = 7,4296 m3 Faktor kelonggaran
= 20 %
Volume drum, VT
= (1 + 0,2) x 7,4296 m3
Universitas Sumatera Utara
= 1,2 x 7,4296 m3
= 8,9155 m3 Perbandingan tinggi drum dengan diameter drum (Hs : Dt) = 5 : 4 Volume drum (Vs) Vs
=
1 π Dt2 Hs (Hs : Dt = 5 : 4) 4
=
5 π Dt3 16
Tutup drum berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt
(Walas, 1988)
Volume tutup (Vh) ellipsoidal dan alas
= π/4 × Dt2Hh = π/4 × Dt2(1/4 × Dt) = π/16 × Dt3
Vt = Vs + 2.Vh Vt = (
(Walas, 1988)
5 π 3 × Dt3) π × Dt ) + ( 2 16 16
Vt = 7π/16 × Dt3
Diameter tangki (D t ) =
3
16 Vt = 7π
3
16 × 8,9155 = 1,8653 m 7π
Panjang drum (Hs) = 5/4 × Dt = 5/4 × 1,8653 m = 2,3316 m Panjang tutup ellipsoidal (Hh)
= 1/4 × Dt = 1/4 x 1,8653 m = 0,4663 m
Panjang Drum (HT) = Hs + 2.Hh
= 3,264 m
B. Tekanan Desain
Volume drum
= 8,9155 m3
Tinggi drum (Hs)
= 1,8653 m
Tinggi campuran dalam drum
=
volume bahan dalam tangki × tinggi tangki volume tangki
=
7,4296 m3 ×1,8653 m = 1,6004 m 8,9155 m3
Tekanan hidrostatis
= Densitas campuran × g × tinggi cairan = 975,6627 kg/m3 × 9,8 kg m/s2 × 1,6004 m
Universitas Sumatera Utara
= 15.302,6803 Pa = 15,3026 kPa
Tekanan operasi
= 1 atm = 101,32 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % = (1 + 0,2) × (101,32 kPa + 15,3026 kPa)
P desain
= 139,9472 kPa C. Tebal dinding drum (Bagian Drum)
- Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 87.218,68 kPa
- Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
Tebal silinder (d) = dimana : d
P×D +(C×A) 2SE-1,2P
(Walas, 1988)
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= Tebal Dinding Drum Bagian Drum (m)
P
= Tekanan desain (kPa)
D
= Diameter drum
S
= Tekanan yang diizinkan
E
= Efisiensi sambungan
t=
(Chuse dan Eber,1954)
139,9472 kPa × 1,8653 m + ( 0,003175 m×10 ) 2 ( 87.218,68×0,80 ) - (1,2×139,9472 kPa )
= 0,0336 m = 1,323 in
Dipilih tebal drum standar = 2 in D. Tebal dinding head (tutup drum)
- Faktor korosi (C)
: 0,003175 m/tahun
- Allowable working stress (S)
: 12.650 psia 87.218,68 kPa
- Efisiensi sambungan (E)
: 0,8
- Umur alat (A) direncanakan
: 10 tahun
- Tebal head (dh) = dimana : dh
P × Di + (C × A ) 2SE − 0,2P
(Chuse dan Eber, 1954) (Walas, 1988)
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
= tebal dinding head (tutup drum) (m)
P
= tekanan desain (kPa)
Di
= diameter drum (m)
Universitas Sumatera Utara
S
= stress yang diizinkan (kPa)
E
= efisiensi sambungan
t=
139,9472 kPa × 1,8653 m + ( 0,003175 m×10 ) 2 ( 87.218,68×0,80 ) - ( 0,2×139,9472 kPa )
= 0,0336 m = 1,323 in
Dipilih tebal head standar = 2 in LC.35. Tangki Pencampur (M – 101)
Fungsi
: Mencampur larutan toluena dan katalis mangan asetat.
Jenis
: Tangki pencampur berpengaduk marine propeller 3 daun dengan tutup ellipsoidal
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan
: Stainless steel, SA – 240 Tipe 304, 18Cr - 8Ni
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Tekanan
= 1 atm = 101,325 kPa
Temperatur
= 30oC = 303,15 K
Laju alir massa
= 1203,58 kg/jam
Waktu Tinggal
= 1 Jam
Faktor kelonggaran
= 20%
Perhitungan: Tabel LC.22 Data Alur Masuk Tangki Pencampur (M-101) Komponen
Toluena Mangan Asetat
F
%
Densitas
Densitas
(kg/jam)
berat
(kg/m3)
Camp
92,14 1176,5220 0,9775
858
838,7097
1589
35,7253
BM
249,09
Total
27,0600 0,0225 1203,5820
1,000
874,4350
a. Volume tangki Volume larutan,Vl =
1203,5820 kg/jam ×1 jam 874,4350 kg/m3
= 1,3764 m3
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 1,3764 m3
= 1,6517 m3
b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : • Tinggi shell : diameter (Hs : D = 1 : 2) • Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 π Di2 H 4
Vs
=
1 πD 3 8
Volume tutup tangki (Vh) Vh =
-
π 3 D 12
(Walas,1988)
Volume tangki (V) = Vs + Vh
V 1,6517 m3
=
5 πD 3 24
Di
= 1,3617 m
Hs
= 2,0425 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 1,3617 m
Hh
⎛ Hh ⎞ ⎛1⎞ =⎜ ⎟ × D = ⎜ ⎟ ×1,3617 ⎝ D ⎠ ⎝4⎠
= 0,3404 m
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 2,3830 m
d. Tebal shell tangki
1,3764m3 Tinggi cairan dalam tangki = x 2,0425 m = 1,7021 m 1,6517 m3 PHidrostatik
=ρxgxl = 874,435 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,7021 m = 14,5863 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2) (14,5863 + 101,325) = 139,0935 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Walas, 1988)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,2120 kPa
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
PD + n.C 2SE − 1,2P (139,0935 kPa) (1,3617 m) = + 10 × 0,0032 2(94458,2120 kPa)(0,8) − 1,2(139,0935 kPa) = 0,0405 m = 1,5928 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
(Walas, 1988)
e. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Tebal tutup atas yang digunakan = 2 in. •
Pengaduk
Jenis : Marine propeller tiga daun Asumsi : Kecepatan putaran (N) = 300 rpm = 5 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3
J : Dt = 1 : 12
W : Da = 1: 5
L : Da = 1 : 4
(McCabe, 1994 )
E : Da = 1 : 1
Jadi: 1. Diameter impeller (Da) = 1/3 × Dt = 1/3 × 1,3617 m = 0,4539 m = 1,489 ft 2. Lebar baffle (J) = 1/12 x Dt = 1/12 x 1,3617 m= 0,1135 m 3. Lebar daun impeller (W) = 1/5 × Da = 1/5 × 0,4539 = 0,0908 m 4. Panjang daun impeller (L) = 1/4 x Da = 1/4 x 0,4539 = 0,1135 m 5. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 0,4539 m • Daya untuk pengaduk Bilangan Reynold ( NRe) NRe =
N × Da 2 × ρ 5s × 0,45392 m2 × 874,4350 kg/m3 = =1004206,9926 μ 0,897 ×10−3 kg/m.s
NRe >10.000, daya tidak bergantung pada bilangan Reynolds. Dari tabel 9-2 (McCabe, 1994), untuk impeller jenis marine propeller, diperoleh:
Universitas Sumatera Utara
kT = 0,32.
P=
k T × N 3 × Da 5 × ρ gc
(McCabe, 1994)
0,32 × 53 s3×1,4895 ft 5× 54,590 lbm /ft 3 P= = 497,4330 ft⋅lbf/s = 0,9044 hp 32,147lbm .ft/lbf .s2 Karena efisiensi motor, η = 80 % Jadi, daya motor adalah = 1,1305 hp LC.36. Tangki Pencampur II (M – 102)
Fungsi
: Mencampur larutan asam benzoat dengan air.
Jenis
: Tangki pencampur berpengaduk marine propeller 3 daun
dengan
tutup ellipsoidal
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan
: Stainless steel, SA – 240 Tipe 304, 18Cr - 8Ni
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Tekanan
= 1 atm = 101,325 kPa
Temperatur
= 300C = 303,15 0K
Laju alir massa
= 1788,28 kg/jam
Waktu Tinggal
= 1 Jam
Faktor kelonggaran
= 20%
Perhitungan: Tabel LC.23 Data Alur Masuk Tangki Pencampur (M-102) F
%
Densitas
Densitas
(kg/jam)
berat
(kg/m3)
Camp
122,12
850,3575 0,4755
1075
511,1819
18,01
937,9185 0,5245
998
523,4330
Komponen
BM
Asam Benzoat Air Total
1788,2760 1,0000
1034,6149
a. Volume tangki Volume larutan,Vl =
1788,2760 kg/jam ×1 jam 1034,6149 kg/m3
= 1,7284 m3
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 1,7284 m3
= 2,0741 m3
b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : • Tinggi shell : diameter (Hs : D = 1 : 2) • Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs
=
1 π Di2 H 4
Vs
=
1 πD 3 8
Volume tutup tangki (Vh) Vh =
-
π 3 D 12
(Walas,1988)
Volume tangki (V) = Vs + Vh
V 2,0741 m3
=
5 πD 3 24
Di
= 1,4691 m
Hs
= 2,2036 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup
= diameter tangki
= 1,4691 m
Hh
⎛ Hh ⎞ ⎛1⎞ =⎜ ⎟ × D = ⎜ ⎟ ×1,4691 ⎝ D ⎠ ⎝4⎠
= 0,3673 m
Ht (Tinggi tangki)
= Hs + Hh
= 2,5709 m
d. Tebal shell tangki
1,7284m3 Tinggi cairan dalam tangki = x 2,2036 m = 1,8364 m 2,0741 m3 PHidrostatik
=ρxgxl = 1034,6149 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,8364 m = 18,6193 kPa
Faktor kelonggaran
= 20 %
Pdesign
= (1,2) (18,6193 + 101,325) = 143,9332 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Walas, 1988)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,2120 kPa
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi
= 0,125 in
Tebal shell tangki:
PD +n.C 2SE-1,2P (143,9332 kPa) (1,4691 m) = +10 × 0,0032 2(94458,2120 kPa)(0,8) - 1,2(143,9332 kPa) =0,0415 m = 1,6328 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
(Walas, 1988)
f. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Tebal tutup atas yang digunakan = 2 in. •
Pengaduk
Jenis : Marine propeller tiga daun Asumsi : Kecepatan putaran (N) = 300 rpm =5 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3
J : Dt = 1 : 12
W : Da = 1: 5
L : Da = 1 : 4
(McCabe, 1994 )
E : Da = 1 : 1
Jadi: 1. Diameter impeller (Da) = 1/3 × Dt = 1/3 × 1,4691 m = 0,4897 m = 1,6066 ft 2. Lebar baffle (J) = 1/12 x Dt = 1/12 x 1,4691 m = 0,1224 m 3. Lebar daun impeller (W) = 1/5 × Da = 1/5 × 0,4897 m = 0,0979 m 4. Panjang daun impeller (L) = 1/4 x Da = 1/4 x 0,4897 m = 0,1224 m 5. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 0,4897 m Daya untuk pengaduk Bilangan Reynold ( NRe) NRe =
N × Da 2 × ρ 5s × 0,48972 m2 × 1034,6149 kg/m3 = = 934833,7976 μ 1,327 ×10−3 kg/m.s
NRe >10.000, daya tidak bergantung pada bilangan Reynolds. Dari tabel 9-2 (McCabe, 1994), untuk impeller jenis marine propeller, diperoleh: kT = 0,32.
Universitas Sumatera Utara
P= P=
k T × N 3 × Da 5 × ρ gc
(McCabe, 1994)
0,32 ×53s3× 1,60665 ft 5 × 64,591lbm /ft 3 = 860,2643 ft⋅lbf/s = 1,5641 hp 32,147lbm .ft/lbf .s2
Karena efisiensi motor, η = 80 % Jadi, daya motor adalah = 1,9551 hp LC.37. Heater (E-101)
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran toluena dan Mangan Asetat sebelum dimasukkan ke reaktor (R-101)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
2
x11
4
in IPS, 20 ft hairpin
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 412,33 kg/jam
= 909,0368 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 392°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 1094,1650 kg/jam = 2412,2335 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 148,89°C
= 300,002°F
Panas yang diperlukan (Q)
= 799334,90 kJ/jam
= 757620,3249 Btu/jam
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 392°F T2 = 392°F T1 – T2 = 0°F
L M TD =
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 300,002°F t1 = 86°F t2 – t1 =214°F
Selisih Δt1 = 91,9980°F Δt2 = 306°F Δt2 – Δt1 = 214°F
Δ t 2 − Δ t1 306-91,99 = = 178,0652 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 306 ⎞ ln ⎜ ⎟ ln ⎜ 91,998 ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ Δ t1 ⎠
Universitas Sumatera Utara
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 392 = = 392 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 86 + 300,002 = = 193,001 °F 2 2
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
Equivalen diam =
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D
2 2
− D1 D1
2
)
− 0,1383 2 = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
)
− 0,1383 2 = 0,1677 0,1383 2
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
710,3111 lbm = 39007,4909 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam Re a = Re a =
De × G a
μ 0,1677 × 39007,4909 = 122860,9983 0,0532
(6) JH = 295
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada Tc = 707 F , c = 0,49 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠
1
3
= 0,5159
Universitas Sumatera Utara
k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 295 ×
1
3
0 ,14
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
(pers. 6.15b, kern)
0,019 × 0,5159 × 1 0,1677
= 172,4375 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, campuran mangan asetat dan toluena
(3’)
1,38 = 0,115 ft 12
D=
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01038 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
2653,4536 lbm = 255591,351 0,01038 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 193,001 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 255591,351 = 18685,953 1,573
(6’) JH = 60
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 193,0010F , c = 0,5288 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,1457 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8’)
hi = J
1
3
H
⎛ 0,5288 . 1,573 ⎞ =⎜ ⎟ 0,1457 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
= 60 ×
1
3
1
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
3
= 1,787
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,1457 × 1,787 × 1 0,115
= 135,9231 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
(9’) h io = h i ×
ID 0,115 = 135,9231 × = 1355,9558 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,ker) OD 0,1383
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 1355,9558 × 172,4375 = = 152,9826 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 1355,9558 + 172,4375
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 152,9826 U D =104,8582 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 833371,097 4 = = 16,4004 ft 2 U D × Δt 104,8582 + 489,599
Panjang yang diperlukan L =
A 16, 4004 = = 37, 702 ft 0,435 0,435
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 20 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 40 x 0,435 = 17,4 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,2058 - 0,1383) = 0,0674 ft Rea’ =
De' × G a
μ
F = 0,0035 +
=
0,0674 × 39007,4909 = 49394,3466 0,0532
0,264 = 0,0063 49394,3466 0,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
4 fG a L 4 × 0,063x39007,4909 2 × 40 (2) ΔFa = = = 0,006898 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
(3) V =
Ga 39007,4909 = = 0,17337 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,17337 2 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0004667 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠
Universitas Sumatera Utara
ΔPa =
(0,006898 + 0,0004667) × 62,5 = 0,00324 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, campuran mangan asetat dan toluena
(1’) Rep’= 18685,953 F = 0,0035 +
0,264 = 0,00774 18685,953 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 0,886 , ρ = 55,3867 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,00774 x 255591,3512 × 40 = = 0,2744 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 55,3867 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,2744 × 55,3867 = 0,1055 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.38. Heater (E-102)
Fungsi
: Menaikkan temperatur oksigen sebelum dimasukkan ke reaktor (R-101)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
2
x11
4
in IPS, 12 ft hairpin
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 29,577 kg/jam
= 65,2065 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 1022°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Laju alir fluida dingin
= 516,464 kg/jam
= 1138,6142 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 148,89°C
= 300,002°F
Panas yang diperlukan (Q)
= 57338,368 kJ/jam
= 54346,0732 Btu/jam
Fluida dingin
Universitas Sumatera Utara
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 392°F T2 = 392°F T1 – T2 = 0°F
Fluida Dingin t2 = 300,002°F t1 = 86°F t2 – t1 =214,002°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
L M TD =
Selisih Δt1 = 91,998°F Δt2 = 306°F Δt2 – Δt1 = 214,002°F
Δ t 2 − Δ t1 306-91,998 = = 178,065 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 306 ⎞ ln ⎜ ⎟ ln ⎜ 91,998 ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ Δ t1 ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 392 = = 392 °F 2 2
tc =
t1 + t 2 86 + 392 = = 193,001 °F 2 2
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
)
− 0,1383 2 = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
69,3931 lbm = 3810,7942 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam
Universitas Sumatera Utara
Re a = Re a =
De × G a
μ 0,1677 × 3810,7942 = 12.002,771 0,0532
(6) JH = 40
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 707 0F , c = 0,49 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 40 ×
1
3
1
3
= 0,5159
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,019 × 0,5159 × 1 0,1677
= 23,3814 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, oksigen
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01038 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
1637,8447 lbm = 157763,813 0,01038 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 188,501 0F , μ = 0,0235 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0235 cP = 0,0235x 2,42 = 0,05687 lbm/ft.jam Re p = Re p =
(6’) JH = 100
Dp × G p
μ 0,115 × 157763,813 = 319023,009 0,05687
(Gbr.24, kern)
Universitas Sumatera Utara
(7’) Pada Tc = 188,501 0F , c = 0,22 Btu/lbm .0F 2
(Gbr.3, kern)
0
k = 0,01795 Btu/(jam)(ft )( F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
(8’) h i = J H
⎛ 0,22 . 0,05687 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,01795 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
=100 ×
1
3
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
= 0,8866
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,01795 × 0,8866 × 1 0,115
= 13,8393 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
0,115 ID = 13,8393 × = 138,0594 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 0,1383 OD
(10) clean overall coefficient, Uc UC =
h io × h o 138,0594 × 23,3814 = = 19,9951 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 138,0594 + 23,3814
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 19,9951 U D =19, 2262 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 81415,2788 = = 8,63 ft 2 U D × Δt 19,2262 + 490,998
Panjang yang diperlukan L =
A 8,63 = = 19,8391 ft 0,435 0,435
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 24 x 0,435 = 10,44 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,2058 - 0,1383) = 0,0674 ft
Universitas Sumatera Utara
De' × G a
Rea’ =
μ
F = 0,0035 +
=
0,0674 × 3810,7942 = 4825,5267 0,0532
0,264 = 0,011 4825,5267 0,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,011x3810,7942 2 × 24 = = 0,00007 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 3810,7942 = = 0,01694 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,016952 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0000045 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ΔPa =
(0,00007 + 0,0000045) × 62,5 = 0,00003 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, oksigen
(1’) Rep’= 319023,0094 F = 0,0035 +
0,264 = 0,00479 319023,0094 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 0,22 , ρ = 13,75 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,00479 x127763,8134 2 × 24 = = 0,6294 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.108 × 13.75 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,6294 × 13,75 = 0,0601 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.39. Heater (E-103)
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran hasil recycle sebelum dimasukkan ke Reaktor (R-101)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
2
x11
4
in IPS, 20 ft hairpin
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 131,213 kg/jam
= 289,2767 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 392°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Laju alir fluida dingin
= 302,031 kg/jam
= 665,8679 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 133°C
= 271,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 148,89°C
= 300,002°F
Panas yang diperlukan (Q)
= 254.516 kJ/jam
= 241234,6 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 392°F T2 = 392°F T1 – T2 = 0°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
L M TD =
Fluida Dingin t2 = 300,002°F t1 = 271,4°F t2 – t1 = 28,602°F
Selisih Δt1 = 91,998°F Δt2 = 120,6°F Δt2 – Δt1 = 28,602°F
Δ t 2 − Δ t1 120,6-91,998 = = 1 05,6545 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 120,6 ⎞ ln ⎜ ln ⎜ ⎟ ⎟ Δ t ⎝ 91,998 ⎠ ⎝ 1⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 392 = = 392 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 271,4 + 300,002 = = 285,701 °F 2 2
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
(Tabel 11, kern)
Universitas Sumatera Utara
(
π D 2 2 − D1 2
aa =
4
Equivalen diam =
) = π (0,2058
(D
2 2
− D1 D1
2
)
− 0,1383 2 = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
205,6108 lbm = 11291,3363 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam Re a = Re a =
De × G a
μ 0,1677 × 11291,3363 = 35564,0625 0,0532
(6) JH =110
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada Tc = 707 F , c = 0,49 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8)
ho = J
1
3
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
H
=110 ×
1
3
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
= 0,5159 0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,019 × 0,5159 × 1 0,1677
= 64,2987 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01038 ft 2
(4’) kecepatan massa
Universitas Sumatera Utara
Gp =
W ap
Gp =
665,7481 lbm = 64127 ,54676 0,01038 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 285,701 0F , μ = 0,02121 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,02121 cP = 0,0235x 2,42 = 0,051342 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 64127 ,54676 = 14363,7104 0,05687
(6’) JH = 52
(Gbr.24, kern) 0
0
(7’) Pada Tc = 285,701 F , c = 0,6293 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,05219 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8’)
hi = J
1
3
H
⎛ 0,22 . 0,051342 ⎞ =⎜ ⎟ 0,05219 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
= 52 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 1,8362
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,05219 × 1,8362 × 1 0,115
= 43,3357 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
0,115 ID = 43,3357 × = 432,3123 Btu/(jam)( ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 0,1383 OD
(10) clean overall coefficient, Uc UC =
h io × h o 432,3123 × 64,2987 = = 55,936 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 432,3123 + 64,2987
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 55,9736 U D = 50,3384 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
Universitas Sumatera Utara
A=
Q 241232,467 3 = = 14,2599 ft 2 U D × Δt 50,3384 + 336,062
Panjang yang diperlukan L =
A 14,2599 = = 32, 7814 ft 0,435 0,435
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 20 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 40 x 0,435 = 17,4 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,2058 - 0,1383) = 0,0674 ft De' × G a
Rea’ =
μ
F = 0,0035 +
=
0,0674 × 11291,3363 = 14297,9762 0,0532
0,264 = 0,082 14297 ,9762 0,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,082 x11291,3363 2 × 40 = = 0,000764 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 11291,3363 = = 0,05018 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,050182 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0000391 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ΔPa =
(0,000764 + 0,0000391) × 62,5 = 0,00035 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 14363,71043 F = 0,0035 +
0,264 = 0,00824 14363,7104 3 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0506 , ρ = 65,6677 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,00824x64127,546762 × 40 = = 0,0131 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.108 × 65,6677 2 × 0,115
Universitas Sumatera Utara
(3’) ΔPp =
0,0131 × 65,6677 = 0,006psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.40. Kondensor (E-104)
Fungsi
: Mengkondensasikan fasa gas keluaran reaktor (R-101) menjadi fasa cairnya.
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 3 x 2 in IPS, 20 ft hairpin
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 483,33176 kg/jam = 1065,5697 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 148,89°C
= 379,992°F
Temperatur akhir (T2)
= 133°C
= 271,4°F
Laju alir fluida dingin
= 4086,588 kg/jam
= 9009,4314 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 546785,4744 kJ/jam = 518250,5966 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 379,992°F T2 = 271,4°F T1 – T2 = 108,594°F
LMTD =
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 239,994°F Δt2 = 189°F Δt2 – Δt1 = -50,994°F
Δ t 2 − Δ t 1 189 − 239 ,994 = 2 13 , 483 °F = ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 189 ⎞ ln ⎜ ⎟ ⎟⎟ ln ⎜⎜ ⎝ 239 ,994 ⎠ ⎝ Δ t1 ⎠
(2) Tc dan tc
Universitas Sumatera Utara
Tc =
T1 + T2 193,33 + 133 = = 325,697 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
3,068 = 1,2557 ft 12
D1 =
2,38 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (1,2557
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
)
− 0,1383 2 = 0,0363 ft 2 4
2
) = (1,2557
− 0,1383 2 ) = 0,3342 0,1383 2
A’=0,622 ft2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
248261,912 5 lbm = 248261,9125 0,0363 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 248261,9125 = 40351,11 1,573
(6) JH = 110
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠
1
3
= 1,621
Universitas Sumatera Utara
k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,3342
= 110 ×
= 197,0445Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, campuran
(3’)
2,067 = 0,17225 ft 12
D=
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0233 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
1065,5697 lbm = 45750,2788 0,0233 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 325,697 0F , μ = 0,006786 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,006786 cP = 0,006786 x 2,42 = 0,01642 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,17225 × 45750,2788 = 6117,5702 0,01642
(6’) JH = 650
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 331,7 0F , c = 0,1597 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0394 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8’)
hi = J
1
3
H
⎛ 0,1597 . 0,70172 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0392 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
= 650 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 1,7659
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0394 × 1,7659 × 1 0,17225
= 64,8365 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
(9’) h io = h i ×
2,067 ID = 64,8365 × = 56,3097 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 2,38 OD
(10) clean overall coefficient, Uc UC =
h io × h o 56,3097 × 197,0445 = = 43,7945 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 56,3097 + 197,0445
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 43, 7945 U D = 40, 2675 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 518250,596 6 = = 60,2868 ft 2 U D × Δt 40,2675 + 213,483
Panjang yang diperlukan L =
60,2868 = 96,9241 ft 0,622
Sehingga diperlukan 3 pipa hairpin ukuran 20 ft. (13) luas sebenarnya = 3 x 40 x 0,622 = 74,64 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,1173 Rea’ = 18518,3711 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0078 18518,3711 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,0078 x 248261,9125 2 × 120 = = 0,0599 ft 2 gρ 2 D e 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,1173
Ga 248261,9125 = = 1,1034 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
Universitas Sumatera Utara
⎛V 2 ⎞ ⎛ 1,1034 2 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0567 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ΔPa =
(0,0599 + 0,0567) × 62,5 = 0,02846 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 479831,5024 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0046 479831,502 4 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,06473 , ρ = 66,546
4 × 0,0046x 45750,27882 × 120 4 fGp 2 L = = 0,0072 ft (2’) ΔFp = 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 66,546 2 × 0,17225 (3’) ΔPp =
0,0072 × 66,546 = 0,0033 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi
LC.41. Kondensor (E-105)
Fungsi
: Mengkondensasikan fasa gas keluaran flash drum (D-201) menjadi fasa cairnya.
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1 x 1 1 in IPS, 20 ft hairpin 2 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 175,7829 kg/jam = 387,537 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 392°F
Temperatur akhir (T2)
= 133°C
= 271,4°F
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 413,1823 kg/jam
= 910,9158 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 55283,789 kJ/jam
= 52398,92 Btu/jam
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 392°F T2 = 271,4°F T1 – T2 = 120,6°F
LMTD =
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 27°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Selisih Δt1 = 252°F Δt2 = 189°F Δt2 – Δt1 = -63°F
Δ t 2 − Δ t1 189 − 252 = = 218,992 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 189 ⎞ ln ⎜ ⎟⎟ ⎟ ln ⎜⎜ 252 ⎝ ⎠ Δ t ⎝ 1⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 271,4 = = 331,7 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
Equivalen diam =
A’=0,435 ft2
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D
2 2
− D1 D1
2
)
− 0,1383 2 = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa
Universitas Sumatera Utara
Ga =
W aa
Ga =
910,9158 lbm = 50023,9139 0,0083 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 50023,9139 = 6543,18 1,573
(6) JH = 24
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1 Btu/lbm .0F 2
(Gbr.3, kern)
0
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft )( F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 24 ×
1
1
3
3
= 1,621
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,1677
= 82,1081 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
387,537 lbm = 37329,1291 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 331,7 0F , μ = 0,2899 cP
(Gbr. 15, kern)
Universitas Sumatera Utara
μ = 0,2899 cP = 0,2899 x 2,42 = 0,70172 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 37329,1291 = 6117,5702 0,70172
(6’) JH = 20
(Gbr.24, kern) 0
0
(7’) Pada tc = 331,7 F , c = 0,1597 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0394 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8’)
hi = J
1
3
H
⎛ 0,1597 . 0,70172 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0392 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
= 20 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 1,7659
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0392 × 1,7659 × 1 0,115
= 12,1313 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
1,38 ID = 12,1313 × = 10,0850 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 1,66 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc UC =
h io × h o 10,0850 × 82,1081 = = 8,9818 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 10,0850 + 82,1081
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 8,9819 U D = 8,8233Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 52398,718 = = 21,1182 ft 2 U D × Δt 8,8233 + 218,992
Panjang yang diperlukan L =
21,1182 = 62,3406 ft 0,435
Sehingga diperlukan 2 pipa hairpin ukuran 20 ft.
Universitas Sumatera Utara
(13) luas sebenarnya = 2 x 40 x 0,435 = 34,8 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,0674 Rea’ = 2143,9577 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0140 2143,9577 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,014 x 50023,9139 2 × 80 = = 0,051 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 50023,9139 = = 0,2223 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,22232 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0015 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ΔPa =
(0,0510 + 0,0015) × 62,5 = 0,0228 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 6117,5702 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0103 6117,5702 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 0,2633 , ρ = 16,4605 (2’) ΔFp =
4 × 0,0103x 37329,12912 × 80 4 fGp 2 L = = 0,176 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.108 × 16,46052 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,176 × 16,4605 = 0,0201 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.42. Heater (E-106)
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran sebelum masuk ke dalam
Universitas Sumatera Utara
flash drum (D-201) Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 1 1 x 1 in IPS, 12 ft hairpin 4 2
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 281,081 kg/jam
= 619,6808 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 392°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Laju alir fluida dingin
= 1404,729 kg/jam
= 3096,9135 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 199,9°C
= 391,82°F
Panas yang diserap (Q)
= 544.904,958 kJ/jam = 516470,2 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 392°F T2 = 392°F T1 – T2 = 0°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
L M TD =
Fluida Dingin t2 = 391,82°F t1 = 86°F t2 – t1 = 305,8°F
Selisih Δt1 = 0,18°F Δt2 = 306°F Δt2 – Δt1 = 305,82°F
Δ t 2 − Δ t1 306-0,18 = = 41,1138 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 306 ⎞ ln ⎜ ⎟ ln ⎜ 0,18 ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ Δ t1 ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 392 = = 392 °F 2 2
tc =
t1 + t 2 391,82 + 86 = = 238,91 °F 2 2
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area
Universitas Sumatera Utara
D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
(
π D 2 2 − D1 2
aa =
4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
)
− 0,1383 2 = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
440,2037 lbm = 24174,2566 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam Rea = Re a =
De × G a
μ
0,1677 × 170070,4328 = 535.866,2253 0,0532
(6) JH = 120
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 707 0F , c = 0,49 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
(8) h o = J H
3
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
=120 ×
1
3
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
= 1,1113 0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,49 ×1,1113 × 1 0,1677
= 15,1102 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
(Tabel 11, kern)
Universitas Sumatera Utara
π D2
ap =
4
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
3096,9157 lbm = 298307,4150 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 2390F , μ = 0,0235 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0235 cP = 0,0235x 2,42 = 0,05687 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 298307,4150 = 603448,4905 0,05687
(6’) JH = 125
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 2390F , c = 0,22 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,01795 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
(8’) h i = J H
⎛ 0,22 . 0,05687 ⎞ =⎜ ⎟ 0,01795 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
=125 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 0,8865
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,01795 × 0,8866 × 1 0,115
= 17,2970 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 0,0104 = 17, 2970 × = 14,3794 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) OD 1,66
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 14,3794 ×15,1102 = = 7,3679 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 14,3794 + 15,1102
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
Universitas Sumatera Utara
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 7,3679 U D = 7,2609 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A =
Q 516468,2188 = = 158,5359 ft 2 U D × Δt 7,2609 × 448,6697
Panjang yang diperlukan L =
A 8,63 = = 23,9391 ft 0,22 0,22
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 24 x 0,22 = 5,2800 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,2058 - 0,1383) = 0,0674 ft Rea’ =
De' × Ga
μ
F = 0, 0035 +
=
0, 0674 × 24174,2566 = 30622,7297 0,0532
0, 264 = 0,0069 30622,72970,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 (2) ΔFa = (3) V =
4 fGa 2 L 4 × 0,0069x24174,25662 × 24 = = 0,0018 ft 2 g ρ 2 De 2 × 4.18 ×108 × 62,52 × 0,0674
Ga 24174,256 = = 0,1074 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛ V2 ⎞ ⎛ 0,10742 ⎞ = 1 × Fi = 1× ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ = 0,0002 ft × 2 g ' 2 32, 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ΔPa =
(0,0018 + 0,0002) × 62,5 = 0,0008 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 603448,4905
Universitas Sumatera Utara
F = 0,0035 +
0,264 = 0,00479 319023,0094 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 0,22 , ρ = 13,75 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,00479 x127763,8134 2 × 24 = 0,6294 ft = 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 13.75 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,6294 × 13,75 = 0,0601 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.43. Cooler (E-201)
Fungsi
: Mendinginkan campuran keluaran reaktor (R-101)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 3 x 2 in IPS, 20 ft hairpin
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 1431,78836 kg/jam
= 3156,5695 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 148,89°C
= 379,994°F
Temperatur akhir (T2)
= 133°C
= 271,4°F
Laju alir fluida dingin
= 4200,9 kg/jam
= 9261,4476 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 562080,42 kJ/jam
= 532747,356 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 379,994°F Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah T2 = 271,4°F Selisih T1 – T2 = 108,594°F
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 239,994°F Δt2 = 189°F Δt2 – Δt1 = -50,994°F
Universitas Sumatera Utara
LMTD =
Δ t 2 − Δ t 1 189 − 239 ,994 = 213 , 438 °F = ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 189 ⎞ ln ⎜ ⎟ ⎟⎟ ln ⎜⎜ 239 , 994 Δ t ⎠ ⎝ 1 ⎝ ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 379,994 + 271,4 = = 325,697 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
3,068 = 1,2557 ft 12
D1 =
2,38 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
Equivalen diam =
(Tabel 11, kern)
) = π (1,2557 (D
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0363 ft 2 4
2
) = (1,2557
− 0,1383 2 ) = 0,3342 0,1383 2
A’=0,622 ft2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
961,4476 lbm = 255206,4138 0,0363 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 255206,4138 = 41479,83 1,573
Universitas Sumatera Utara
(6) JH = 120
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada tc = 111,2 F , c = 1 Btu/lbm . F 2
(Gbr.3, kern)
0
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft )( F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8) h o = J
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
H
= 120 ×
1
1
3
3
= 1,621
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,3342
= 214,9576Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, campuran
(3’)
D=
2,067 = 0,17225 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0233 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
3156,5695 lbm = 135521,441 0,0233 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 325,697 0F , μ = 1,0342 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 1,0342 cP = 1,0342 x 2,42 = 2,5028 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,17225 × 135521,441 = 9327,1581 2,5028
(6’) JH = 35
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 325,697 0F , c = 0,95661 Btu/lbm .0F 2
(Gbr.3, kern)
0
k = 0,025164 Btu/(jam)(ft )( F/ft)
Universitas Sumatera Utara
⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
(8’) h i = J H
⎛ 0,95661 . 2,5028 ⎞ =⎜ ⎟ 0,025164 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
= 35 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 3,1357
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,025164 × 3,1357 × 1 0,17225
= 16,0337 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 2.067 = 16,0337 × = 13,925 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) OD 2,38
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 13,925 × 214,9576 = = 13,0079 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 13,925 + 214,9576
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 13, 0079 U D =12, 7445 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 532747,3509 = = 195,81 ft 2 U D × Δt 12,7445 + 213,438
Panjang yang diperlukan L =
195,81 = 314,8071 ft 0,622
Sehingga diperlukan 8 pipa hairpin ukuran 20 ft. (13) luas sebenarnya = 8 x 40 x 0,622= 199,04ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,1173 Rea’ = 19036.3759 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0077 19036.3759 0,42
(pers.3.47b,kern)
Universitas Sumatera Utara
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,0105 x 255206,4138 2 × 320 = = 1,6773 ft 2 gρ 2 D e 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 255206,4138 = = 1,1343 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛ 1,13432 ⎞ ⎛V 2 ⎞ ⎟⎟ = 0,1598 ft ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ⎝ 2g' ⎠ ΔPa =
(1,6773 + 0,1598) × 62,5 = 0,7973psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 9327,1581 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0092 9327,15810,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,2294 , ρ = 76,8428 (2’) ΔFp =
4 × 0,0092 x 135521,4412 × 320 4 fGp 2 L = = 0,2538 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 76,8428 2 × 0,17225
(3’) ΔPp =
0,2538 × 76,8428 = 0,1354 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi
LC.44. Cooler (E-202)
Fungsi
: Mendinginkan campuran keluaran flash drum (D-201)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1 x 1 1 in IPS, 20 ft hairpin 2 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas
Universitas Sumatera Utara
Laju alir fluida masuk
= 1228,9455 kg/jam = 2709,3754 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 392°F
Temperatur akhir (T2)
= 148,444°C
= 299,1992°F
Laju alir fluida dingin
= 999,112 kg/jam
= 2202,6764 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 133681,185 kJ/jam = 126704,818 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Temperatur yang lebih tinggi T1 = 392°F T2 = 299,1992°F Temperatur yang lebih rendah Selisih T1 – T2 = 92,8008°F
LMTD =
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 252°F Δt2 = 216,7992°F Δt2 – Δt1 = -35,2008°F
Δ t 2 − Δ t1 216,7992 − 252 = = 233 ,958 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 216,7992 ⎞ ln ⎜ ⎟⎟ ⎟ ln ⎜⎜ ⎝ 252 ⎠ ⎝ Δ t1 ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 299,192 + 286,8602 = = 298,0261°F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
) = π (0,2058
(Tabel 11, kern)
− 0,1383 2 ) = 0,0182 ft 2 4
2
Universitas Sumatera Utara
Equivalen diam =
(D
2 2
− D1 D1
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
A’=0,435 ft2
(Tabel 11. Kern)
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
2202,6764 lbm = 120962,3275 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 120962,3275 = 15822 1,573
(6) JH = 47
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8) h o = J
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
H
= 47 ×
1
1
3
3
= 1,621
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,1677
= 167,7862Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
Universitas Sumatera Utara
Gp =
W ap
Gp =
2709,3754 lbm = 260977 ,9647 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 345,5996 0F , μ = 1,23504 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 1,23504 cP = 1,23504 x 2,42 = 2,9888 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 260977 ,9647 = 10041,6216 2,9888
(6’) JH = 37
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 345,5996 0F , c = 0,9828 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0059 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
(8’) h i = J H
⎛ 0,9828 . 2,9888 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0059 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
= 37 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 5,3932
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0059 × 5,3932 × 1 0,115
= 10,2487 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 1,66 = 10,2487 × = 8,52 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 1,38 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 8,52 × 167,7862 = 8,1083 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) = h io + h o 8,52 + 167,7862
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 8,1083 U D = 7,9789Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan
Universitas Sumatera Utara
Q = UD x A x Δ t A=
Q 126704,818 = = 67,8655 ft 2 U D × Δt 7,9789 + 233,958
Panjang yang diperlukan L =
67,8655 0,435
= 156,0356 ft
Sehingga diperlukan 4 pipa hairpin ukuran 20 ft. (13) luas sebenarnya = 4 x 40 x 0,435 = 69,6 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,0674 Rea’ = 5184,2828 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0108 5184,2828 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
4 fG a L 4 × 0,0108 x 120962,3275 2 × 160 (2) ΔFa = = = 0,458ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
(3) V =
Ga 120962,3275 = = 0,5376Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛ 0,5376 2 ⎞ ⎛V 2 ⎞ ⎟⎟ = 0,018 ft ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ Fi = 1 × ⎜⎜ g 2 32 , 2 2 ' × ⎠ ⎠ ⎝ ⎝ ΔPa =
(0,458 + 0,018) × 62,5 = 0,2066psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 10041,6216 F = 0,0035 +
0,264 = 0,009 10041,6216 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,2363 , ρ = 77,2708 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,009 x 260977,9647 2 × 160 = 0,6839 ft = 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 77,2708 2 × 0,115
Universitas Sumatera Utara
(3’) ΔPp =
0,6839 × 77,2708 = 0,367 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.45. Kondensor (E-203)
Fungsi
: Mengkondensasikan destilat keluaran kolom destilasi I (T201) menjadi fasa cairnya.
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1 x 1 1 in IPS, 20 ft hairpin 2 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 501,296 kg/jam = 1105,1743 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 148,44°C
= 299,192°F
Temperatur akhir (T2)
= 141,589°C
= 286,8602°F
Laju alir fluida dingin
= 1094,09 kg/jam
= 2412,0682 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 146389,242 kJ/jam = 138749,6844 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 299,192°F Temperatur yang lebih tinggi T2 = 286,8602°F Temperatur yang lebih rendah Selisih T1 – T2 = 12,3318°F
LMTD =
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 159,192°F Δt2 = 204,4602°F Δt2 – Δt1 = 45,2682°F
Δ t 2 − Δ t1 204 − 159 ,192 = = 180 .883 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 159 ,192 ⎞ ln ⎜ ⎟⎟ ⎟ ln ⎜⎜ 204 ⎝ ⎠ Δ t ⎝ 1⎠
(2) Tc dan tc
Universitas Sumatera Utara
Tc =
T1 + T2 299,192 + 286,8602 = = 298,0261°F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
A’=0,435 ft2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
2412,0682 lbm = 132461,2985 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 132461,2985 = 17326,07 1,573
(6) JH = 48
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠
1
3
= 1,621
Universitas Sumatera Utara
k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 48 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,1677
= 171,3561Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
1105,1743 lbm = 106454,8446 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 293,0261 0F , μ = 0,9532 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,9532 cP = 0,9532 x 2,42 = 2,3067 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 106454,8446 = 5307,1471 2,3067
(6’) JH = 19
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 293,0261 0F , c = 0,81299 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0097 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,81299 . 2,3067 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0097 ⎝ ⎠
(8’) h i = J H
= 19 ×
k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 4,1922
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0097 × 4,1922 × 1 0,115
= 6,7224 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
(9’) h io = h i ×
ID 1,66 = 6,7224 × = 5,5885 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 1,38 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 5,5885 × 171,3561 = 5,412 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) = h io + h o 5,5885 + 171,3561
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 5, 412 U D = 4,8983Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 138749,684 4 = = 143,2684 ft 2 U D × Δt 4,8983 + 180,883
Panjang yang diperlukan =
143,2684 = 329,3527 ft 0,435
Sehingga diperlukan 9 pipa hairpin ukuran 20 ft. (13) luas sebenarnya = 9 x 40 x 0,435 = 156,6 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,0674 Rea’ = 5677,1133 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0105 5677,11330,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,0105 x 132461,2985 2 × 360 = = 1,2046 ft 2 gρ 2 D e 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 132461,2985 = = 0,5887 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛ 0,5887 2 ⎞ ⎛V2 ⎞ ⎟⎟ = 0,0484 ft ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ⎝ 2g' ⎠
Universitas Sumatera Utara
ΔPa =
(1,2046 + 0,0484) × 62,5 = 0,5439psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 5307,1741 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0107 5307,17410,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0464 , ρ = 65,4009 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,0107 x 106454,8446 2 × 360 = 0,4245 ft = 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 65,4009 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,445 × 65,4009 = 0,1928 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.46. Cooler (E-204)
Fungsi
: Mendinginkan larutan asam benzoat dari downstream kolom destilasi I (T-201) untuk dapat selanjutnya dikristalisasi pada crystallizer (CR-201).
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 3 x 2 1 in IPS, 16 ft hairpin 2
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 1788,2800 kg/jam = 3942,5031 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 44,883°C
= 112,7894°F
Temperatur akhir (T2)
= 28°C
= 82,4°F
Laju alir fluida dingin
= 690,5160 kg/jam
= 1522,3351 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Fluida dingin
Universitas Sumatera Utara
Panas yang diserap (Q)
= 92391,0510kJ/jam = 87569,4757 Btu/jam
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 112,784°F T2 = 86°F T1 – T2 = 26,784°F
LMTD =
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Selisih Δt1 = 27,216°F Δt2 = 3,6°F Δt2 – Δt1 = -23,616°F
Δ t 2 − Δ t1 3, 6 − 27, 216 = = 11,6745 °F ⎛ Δt2 ⎞ ⎛ 3, 6 ⎞ ln ⎜ ⎟ ln ⎜ 27, 216 ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ Δ t1 ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 112,784 + 86 = = 99,392 °F 2 2
tc =
t1 + t 2 82, 4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
3,068 = 0,2557 ft 12
D1 =
2,88 = 0,24 ft 12
aa =
π ( D2 2 − D12 ) 4
=
(Tabel 11, kern)
π ( 0, 25572 − 0, 242 )
(D Equivalen diam =
4 2 2
− D12 )
D1
( 0, 2557 =
2
= 0,0061 ft 2 − 0, 242 )
0, 24
A’=0,9170 ft2
= 0,0324 (Tabel 11. kern)
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
1522,3351 lbm = 249732,0608 0,0324 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam
Universitas Sumatera Utara
Rea = Rea =
Da × G a
μ
0,0324 × 249732,0608 = 5138,8057 1,573
(6) JH = 30
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1,1 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1,1 . 1,573 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,3693 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 30 ×
1
3
1
3
= 1,5330
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,533 × 1 0,0324
= 524,9177 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, campuran
(3’)
D=
ap =
2,0670 = 0,1723 ft 12
π D2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0233 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
3942,5031 lbm = 169271,5341 0,0233 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 99,3920F , μ = 0,9533 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,9533 cP = 0,9533x 2,42 = 2,3061 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,1723 × 169271,5341 = 12643,2797 2,3061
(6’) JH = 65 (7’) Pada Tc = 99,3920F , c = 0,8129 Btu/lbm .0F
(Gbr.24, kern) (Gbr.3, kern)
Universitas Sumatera Utara
k = 0,0097 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛c.μ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,8129 . 2,3061 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0097 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
(8’) h i = J H
= 65 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 5, 7816
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0097 × 5,7816 × 1 0,1723
= 21,1629 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 2,067 = 21,1629 × = 15,1888 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) OD 2,888
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 15,1888 × 524,9177 = = 14,7617 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 15,1888 + 524,9177
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 Uc 1 14,7617 = = U D 1+(U c × R D ) 1+(14,7617 × 0,002) U D =14,3383Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A =
Q 87569,4757 = = 523,1372 ft 2 U D × Δt 14,3383 + 11,6745
Panjang yang diperlukan L =
A 523,1372 = = 570,4876 ft 0,9170 0,9170
Sehingga diperlukan 18 pipa hairpin 16 ft. (13) luas sebenarnya = 18 x 32 x 0,9170 = 528,1920 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,2557- 0,2400) = 0,0157ft Rea’ =
De' × Ga
μ
=
0,0157 × 249732,0608 = 3234,6484 1,2096
Universitas Sumatera Utara
F = 0, 0035 +
0, 264 = 0,0124 3234,64840,42
(pers.3.47b,kern)
s =1,78 ρ = 1,78 x 62,5 = 111,25 (2) ΔFa = (3) V =
4 fGa 2 L 4 × 0,0124 x249732,06082 × 32 = = 10,9571 ft 2 g ρ 2 De 2 × 4,18 ×108 ×111,252 × 0,0157
Ga 249732,0608 = = 0,6236 Fps 3600 ρ 3600 ×111,25
⎛ V2 ⎞ ⎛ 0,62362 ⎞ Fi = 18 × ⎜ ⎟ = 18 × ⎜ ⎟ = 0,1087 ft ⎝ 2g ' ⎠ ⎝ 2 × 32, 2 ⎠ ΔPa =
(10,9571+ 0,1087) × 111,25 = 8,5491 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 12643,2797 F = 0, 0035 +
0, 264 = 0,0309 12643,27970,42
(pers.3.47b,kern)
s = 0,7769 , ρ = 48,5563 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,0085 ×169271,53412 × 32 = = 1,6524 ft 2 g ρ 2 D 2 × 4,18.108 × 48,55632 × 0,1723
(3’) ΔPp =
1,6524 × 48,5563 = 0,5572 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 2 psi LC.47. Heater (E-205)
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran sebelum dimasukkan ke kolom destilasi II (T-202)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 15 ft hairpin 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas
Universitas Sumatera Utara
Laju alir fluida masuk
= 63,5760 kg/jam
= 140,1618 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200°C
= 392°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Laju alir fluida dingin
= 376,52 kg/jam
= 830,0888 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 141,589°C
= 286,86°F
Temperatur akhir (t2)
= 155°C
= 311°F
Panas yang diserap (Q)
= 123250,188 kJ/jam = 116818,6 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 3922°F T2 = 392°F T1 – T2 = 0°F
Fluida Dingin t2 = 155°F t1 = 141,589°F t2 – t1 = 24,139°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
L M TD =
Selisih Δt1 = 81°F Δt2 = 105,139°F Δt2 – Δt1 = 24,1398°F
105,139-81 Δ t 2 − Δ t1 = = 92,545 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 105,139 ⎞ ln ⎜ ⎟ ⎟ ln ⎜⎝ 81 ⎠ Δ t ⎝ 1⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 392 = = 392 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 141,589 + 155 = = 298,93 °F 2 2
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area D2 =
2,065 = 0,1721 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,1721
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0082 ft 2 4
2
) = (0,1721
− 0,1383 2 ) = 0,0757 0,1383 2
(4) kecepatan massa
Universitas Sumatera Utara
Ga =
W aa
Ga =
99,5679 lbm = 12106,8412 0,0082 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam Re a = Re a =
De × G a
μ 0,0757 × 12106,8412 = 17222,046 0,0532
(6) JH =60
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada Tc = 707 F , c = 0,49 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8) h o = J
1
3
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
H
= 60 ×
1
3
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
= 0,5159 0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,019 × 0,5159 × 1 0,1677
= 77,6557 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01038 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
830,0888 lbm = 79957 ,506 0,01038 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 298,93 0F , μ = 0,9533 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,9533 cP = 0,9533x 2,42 = 2,3071 lbm/ft.jam
Universitas Sumatera Utara
Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 79957 ,506 = 3985,538 2,3071
(6’) JH = 14
(Gbr.24, kern) 0
0
(7’) Pada Tc = 298,93 F , c = 0,8129 Btu/lbm . F 2
(Gbr.3, kern)
0
k = 0,0097 Btu/(jam)(ft )( F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,8129 . 2,3071 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0097 ⎝ ⎠
(8’) h i = J H
= 14 ×
k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 5,7816
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0097 × 5,7816 × 1 0,115
= 6,8312 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 0,115 = 6,8312 × = 68,1476 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 0,1383 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 68,1476 × 77,6557 = = 36,2958 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 68,1476 + 77,6557
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,003 UD UC 36,2958 U D = 33,8394 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 116817,836 = = 10,8909 ft 2 U D × Δt 33,8394 + 316,975
Panjang yang diperlukan L =
A 10,8909 = = 25, 0365 ft 0,435 0,435
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 15 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 30 x 0,435 = 13,05 ft2
Universitas Sumatera Utara
Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,1721 - 0,1383) = 0,0338 ft De' × G a
Rea’ =
μ
F = 0,0035 +
=
0,0338 × 12106,84 = 7674,7913 0,0532
0,264 = 0.0097 7674,79130,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,097 x12106,84 2 × 30 = = 0,001542 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0338
Ga 12106,84 = = 0.05381 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0.053812 ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ΔPa =
⎞ ⎟⎟ = 0,000045 ft ⎠
(0,001542 + 0,000045) × 62,5 = 0,00069 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, Campuran
(1’) Rep’= 3985,5386 F = 0,0035 +
0,264 = 0,01162 3985,5386 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0464 , ρ = 65,4009 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,01162x79957,506 2 × 30 = = 0,0217 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 65,4009 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,0217 × 65,4009 = 0,0098 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi
LC.48. Kondensor (E-206)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Mengkondensasikan fasa gas keluaran kolom destilasi II (T202) menjadi fasa cairnya.
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 15 ft hairpin 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 137,941 kg/jam
= 304,1095 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 155°C
= 311°F
Temperatur akhir (T2)
= 144,5°C
= 292,1°F
Laju alir fluida dingin
= 65,393 kg/jam
= 144,1676 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 8749,5834 kJ/jam
= 8292,9723 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 311°F T2 = 292,1°F T1 – T2 = 18,9°F
LMTD =
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 171°F Δt2 = 209,7°F Δt2 – Δt1 = 37,8°F
Δ t 2 − Δ t1 209 ,7 − 171 = = 189 ,693 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 209 ,7 ⎞ ln ⎜ ⎟⎟ ⎟ ln ⎜⎜ 171 ⎝ ⎠ Δ t ⎝ 1⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 311+ 292,1 = = 301,55 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
Universitas Sumatera Utara
(3) flow area D2 =
2,065 = 0,1721 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,1721
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
2
− 0,1383 2 ) = 0,0082 ft 2 4
) = (0,1721
− 0,1383 2 ) = 0,0757 0,1383 2
A’=0,435 ft2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
144,1676 lbm = 17529,8954 0,0082 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,1721 × 17529,8954 = 1917,74 1,573
(6) JH = 10
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada tc = 111,2 F , c = 1 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8) h o = J
1
3
H
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
= 10 ×
1
1
3
3
= 1,621
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,1677
= 79,0443Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, Campuran
Universitas Sumatera Utara
D=
(3’)
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
304,1095 lbm = 29293,0534 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 301,55 0F , μ = 1,3547 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 1,3547 cP = 1,3547 x 2,42 = 3,2785 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × Gp
μ 0,115 × 29293,0534 = 1027 ,4822 3,2785
(6’) JH = 7
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 301,55 0F , c = 0,701 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0191 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
⎛ 0,701 . 3,2785 ⎞ =⎜ ⎟ 0,0191 ⎝ ⎠
3
k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
(8’) h i = J H
=7×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
1
3
= 3,7555
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0191 × 3,7555 × 1 0,115
= 4,3865 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 1,66 = 4,3865 × = 3,6466 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 1,38 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 3,6466 × 79,0443 = = 3,4858Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 3,6466 + 79,0443
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
Universitas Sumatera Utara
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 3, 4858 U D = 3, 4617 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 8292,972 = = 12,6291 ft 2 U D × Δt 3,4617 + 189,693
Panjang yang diperlukan L =
12,6291 = 29,0325 ft 0,435
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin ukuran 15 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 30 x 0,435 = 13,05 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,0338 Rea’ = 376,1182 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0254 376,1182 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,0254 x 17529,8954 2 × 30 = = 0,0085 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0338
Ga 17529,8954 = = 0,0779 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,0779 2 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0001 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ΔPa =
(0,0085 + 0,0001) × 62,5 = 0,0037psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, Campuran
(1’) Rep’= 1027,4822 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0178 1027,4822 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0409 , ρ = 65,06
Universitas Sumatera Utara
(2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,0178 x 29293,0534 2 × 30 = = 0,0045 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 65,06 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,0045 × 65,06 = 0,002 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi. LC.49. Cooler (E-207)
Fungsi
: Mendinginkan benzil alkohol sebelum disimpan di dalam tangki penyimpanan (TK-202)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1 x 1 1 in IPS, 20 ft hairpin 2 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 251,288 kg/jam = 553,998 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 168,83°C
= 335,894°F
Temperatur akhir (T2)
= 30°C
= 86°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 1394,9139 kg/jam = 3075,2748 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 186639,4798 kJ/jam = 176899,3989 Btu/jam
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 335,894°F Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah T2 = 86°F Selisih T1 – T2 = 249,894°F
LMTD =
Fluida Dingin t2 = 140°F t1 = 82,4°F t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 195,894°F Δt2 = 3,6°F Δt2 – Δt1 = -192,294°F
Δ t 2 − Δ t1 3,6 − 195 ,8 = = 48 ,114 °F ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 3,6 ⎞ ⎟⎟ ln ⎜ ⎟ ln ⎜⎜ Δ t ⎝ 195 ,8 ⎠ ⎝ 1⎠
Universitas Sumatera Utara
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 335,894 + 86 = = 210,947 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
A’=0,435 ft2
(Tabel 11. kern)
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
3075,2748 lbm = 168881,9992 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 168881,9992 = 22089,94 1,573
(6) JH = 50
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠
1
3
= 1,621
Universitas Sumatera Utara
k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 50 ×
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,1677
= 178,496Btu /(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, benzil alkohol
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
553,9985 lbm = 53363,3681 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 210,947 0F , μ = 0,8 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,8 cP = 0,8 x 2,42 = 1,936 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 53363,3681 = 3169,8017 1,936
(6’) JH = 18
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 293,0261 0F , c = 0,8687 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,4881 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,8687 . 1,936 ⎞ =⎜ ⎟ 0,4881 ⎝ ⎠
(8’) h i = J H
=18 ×
k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
1
3
1
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
3
= 1,0713
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,4881 × 1,0713 × 1 0,115
= 81,8517 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
(9’) h io = h i ×
ID 1,66 = 81,8517 × = 68,0454 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 1,38 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 68,0454 × 178,496 = = 49,2649 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 68,0454 + 178,496
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 49, 2649 U D = 44,8462 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 176899,3989 = = 81,9842 ft 2 U D × Δt 44,8462 + 48,114
Panjang yang diperlukan L =
81,9842 = 188,4694ft 0,435
Sehingga diperlukan 5 pipa hairpin ukuran 20 ft. (13) luas sebenarnya = 5 x 40 x 0,435 = 87 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,0674 Rea’ = 7238,0556 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0098 7238,0556 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 4 × 0,0098 x 168881,9992 2 × 200 = = 1,0175 ft 2 gρ 2 D e 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 168881,9992 = = 0,7506 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V2 ⎞ ⎛ 0,7506 2 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0437 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠
Universitas Sumatera Utara
ΔPa =
(1,0175 + 0,0437) × 62,5 = 0,4606psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, benzil alkohol
(1’) Rep’= 3169,8017 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0124 3169,8017 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0491 , ρ = 65,5703 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,0124 x 53363,36812 × 360 = = 0,0685 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.108 × 65,57032 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,0685 × 65,5703 = 0,0312 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.50. Cooler (E-208)
Fungsi
: Mendinginkan benzaldehide sebelum disimpan di dalam tangki penyimpanan (TK-203)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 1 x 1 1 in IPS, 20 ft hairpin 2 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 125,232 kg/jam
= 276,092 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 144,15°C
= 291,47°F
Temperatur akhir (T2)
= 30°C
= 86°F
Laju alir fluida dingin
= 1094,09 kg/jam
= 2412,068 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28°C
= 82,4°F
Temperatur akhir (t2)
= 60°C
= 140°F
Panas yang diserap (Q)
= 146389,242 kJ/jam = 138749,6844 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya
Universitas Sumatera Utara
Fluida Panas
Fluida Dingin
T1 = 291,47°F T2 = 86°F
Temperatur yang lebih tinggi
t2 = 140°F
Temperatur yang lebih rendah
t1 = 82,4°F
Selisih
T1 – T2 = 205,47°F
LMTD =
Δ t 2 − Δ t1 ⎛ Δt ln ⎜⎜ 2 ⎝ Δ t1
⎞ ⎟⎟ ⎠
=
t2 – t1 = 57,6°F
Selisih Δt1 = 151,47°F Δt2 = 3,6°F Δt2 – Δt1 = -147,87°F
3,6 − 151, 47 = 39 ,543 °F ⎛ 3,6 ⎞ ln ⎜ ⎟ ⎝ 151, 47 ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 291,47 + 86 = = 188,735 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 82,4 + 140 = = 111,2 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, air
(3) flow area D2 =
2,469 = 0,2058 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,2058
(D Equivalen diam =
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0182 ft 2 4
2
) = (0,2058
− 0,1383 2 ) = 0,1677 0,1383 2
A’=0,435 ft2
Tabel 11. kern
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
lbm 2412,0682 = 132461,2985 0,0182 jam . ft 2
(5) Pada tc = 111,2 0F , μ = 0,65 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,65 cP = 0,65 x 2,42 = 1,573 lbm/ft.jam
Universitas Sumatera Utara
Re a = Re a =
Da × G a
μ 0,2058 × 132461,2985 = 17326,07 1,573
(6) JH = 48
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = 111,2 0F , c = 1 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3693 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1 . 1,815 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,375 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
(8) h o = J H
= 48 ×
1
1
3
3
= 1,621
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,3693 × 1,621 × 1 0,1677
= 171,3561Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, benzaldehide
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
276,092 lbm = 26594,2983 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada Tc = 188,735 0F , μ = 1,354 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 1,354 cP = 1,354 x 2,42 = 3,2786 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × Gp
μ 0,115 × 26594,2983 = 932,8186 3,2786
(6’) JH = 19 (7’) Pada Tc = 188,735 0F , c = 0,701 Btu/lbm .0F
(Gbr.24, kern) (Gbr.3, kern)
Universitas Sumatera Utara
k = 0,2001 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,701 . 3,2786 ⎞ =⎜ ⎟ 0,2001 ⎝ ⎠
(8’) h i = J H
k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
= 19 ×
1
3
1
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
3
= 1,7189
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,2001 × 1,7189 × 1 0,115
= 56,8333 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
1,66 ID = 56,8333 × = 47,247Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) 1,38 OD
(pers.6.5,kern)
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 47,247 × 171,3561 = = 37,0354 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 47,247 + 171,3561
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 37, 0354 U D = 33, 6093Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 138749,684 4 = = 101,7597 ft 2 U D × Δt 33,6093 + 39,543
Panjang yang diperlukan L =
101,7597 = 233,93ft 0,435
Sehingga diperlukan 6 pipa hairpin ukuran 20 ft. (13) luas sebenarnya = 6 x 40 x 0,435 = 104,4 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air
(1) De’ = 0,0674 Rea’ = 5677,1133
Universitas Sumatera Utara
F = 0,0035 +
0,264 = 0,0105 5677,11330,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
(2) ΔFa = (3) V =
4 fG a L 2 gρ 2 D e
=
4 × 0,0105 x 132461,2985 2 × 240 = 0,8031 ft 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0674
Ga 132461,2985 = = 0,5887 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,5887 2 ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ΔPa =
⎞ ⎟⎟ = 0,0323 ft ⎠
(0,8031 + 0,0323) × 62,5 = 0,3626psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : inner pipe, benzaldehide
(1’) Rep’= 932,8186 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0184 932,8186 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0409 , ρ = 65,0608 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,0184 x 26594,2983 2 × 240 = = 0,0308 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 65,0608 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,0308 × 65,0608 = 0,0139 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.51. Reboiler I (RB-201)
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran sebelum dimasukkan ke kolom destilasi I (T-201)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 12 ft hairpin 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 17,33 kg/jam
= 38,2063 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 550°C
= 1022°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 1284,8028 kg/jam = 2832,5201 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 148,44°C
= 299,192°F
Temperatur akhir (t2)
= 165,52°C
= 329,936°F
Panas yang diserap (Q)
= 47302,94 kJ/jam
= 44834,54 Btu/jam
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 1022°F T2 = 392°F T1 – T2 = 630°F
Fluida Dingin t2 = 165,52°F t1 = 148,44°F t2 – t1 = 24,139°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
L MTD =
Selisih Δt1 = 630 °F Δt2 = 30,744°F Δt2 – Δt1 = -599,256°F
Δ t 2 − Δ t1 30,744 - 630 = 298,264 °F = ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 30,744 ⎞ ln ⎜ ⎟ ⎟⎟ l n ⎜⎜ ⎝ 630 ⎠ ⎝ Δt1 ⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 1022 + 392 = = 707 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 148,44 + 165,52 = = 314,564 °F 2 2
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area D2 =
2,065 = 0,1721 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
Equivalen diam =
(Tabel 11, kern)
) = π (0,1721 (D
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0082 ft 2 4
2
) = (0,1721
− 0,1383 2 ) = 0,0757 0,1383 2
Universitas Sumatera Utara
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
38,2063 lbm = 4645,6515 0,0082 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam Re a = Re a =
De × G a
μ 0,0757 × 4645,6515 = 6608 0,0532
(6) JH =24
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 707 0F , c = 0,49 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8) h o = J
1
3
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
H
= 24 ×
1
3
1
3
= 0,5159
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,019 × 0,5159 × 1 0,1677
= 31,0623 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, campuran
(3’)
D=
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01038 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
2832,5201 lbm = 272839,7642 0,01038 jam . ft 2
Universitas Sumatera Utara
(5’) Pada tc = 314,564 0F , μ = 1,384 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 1,384 cP = 1,384 x 2,42 = 3,349 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × Gp
μ 0,115 × 272839 ,7642 = 9367 ,672 3,349
(6’) JH = 35
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 314,564 0F , c = 1,057 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0042 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 1,057 . 3,349 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,0042 ⎠
(8’) h i = J H
= 35 ×
k ⎛c.μ ⎞ ⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠
1
3
1
3
= 9,428
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,0042 × 9,428 × 1 0,115
= 12,1321 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 0,115 = 12,132 × = 121,0290 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 0,1383 OD
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 121,0290 × 31,0623 = 24,7183 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) = h io + h o 121,0290 + 31,0623
(11) UD Rd ketentuan = 0,002 1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 24,7183 U D = 23, 0118 Btu/jam ft 2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 44825,479 = = 6,5309 ft 2 U D × Δt 23,0118 + 298,264
Panjang yang diperlukan L =
A 6,5309 = = 15, 0135 ft 0,435 0,435
Universitas Sumatera Utara
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 24 x 0,435 = 10,44 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,1721 - 0,1383) = 0,0338 ft Rea’ =
De' × G a
μ
F = 0,0035 +
=
0,0338 × 12106,84 = 2944,98 0,0532
0,264 = 0,0127 2944,98 0,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
4 fG a L 4 × 0.0127 x 4645,6515 2 × 30 (2) ΔFa = = = 0,000239 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0338
(3) V =
Ga 4645,6515 = = 0,02065 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0.02065 2 ⎞ ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0,0000066 ft Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ⎠ ΔPa =
(0,000239 + 0,0000066) × 62,5 = 0,00011 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 9367,672 F = 0,0035 +
0,264 = 0,00917 9367,672 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,322 , ρ = 82,513
4 fGp 2 L 4 × 0,00917 x 272839,7642 2 × 30 = 0,1001 ft = (2’) ΔFp = 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 82,5139 2 × 0,115 (3’) ΔPp =
0,1001 × 82,513 = 0,0574 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
LC.52. Reboiler II (RB-202)
Fungsi
: Menaikkan temperatur campuran sebelum dimasukkan ke kolom destilasi II (T-202)
Jenis
: double pipe heat exchanger
Dipakai
: pipa 2 x 1 1 in IPS, 12 ft hairpin 4
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 1,942 kg/jam
= 4,2814 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 550°C
= 1022°F
Temperatur akhir (T2)
= 200°C
= 392°F
Laju alir fluida dingin
= 253,332 kg/jam
= 558,5054 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 155°C
= 311°F
Temperatur akhir (t2)
= 168,83°C
= 335,894°F
Panas yang diserap (Q)
= 5299,718 kJ/jam
= 5023,143 Btu/jam
Fluida dingin
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 1022°F T2 = 392°F T1 – T2 = 630°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
L MTD =
Fluida Dingin t2 = 311°F t1 = 168,83°F t2 – t1 = 24,139°F
Selisih Δt1 = 630 °F Δt2 = 81°F Δt2 – Δt1 = -605,106°F
Δ t 2 − Δ t1 81 - 630 = 2 83 , 212 °F = ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 81 ⎞ ⎟ ⎟⎟ ln ⎜ l n ⎜⎜ ⎝ 630 ⎠ Δ t ⎝ 1⎠
(2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 1022 + 392 = = 707 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 168,83 + 311 = = 323,447 °F 2 2
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : anulus, steam
(3) flow area D2 =
2,065 = 0,1721 ft 12
D1 =
1,66 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
Equivalen diam =
(Tabel 11, kern)
) = π (0,1721 (D
2 2
− D1 D1
2
− 0,1383 2 ) = 0,0082 ft 2 4
2
) = (0,1721
− 0,1383 2 ) = 0,0757 0,1383 2
(4) kecepatan massa Ga =
W aa
Ga =
4,2814 lbm = 520,5918 0,0082 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 707 0F , μ = 0,022 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,022 cP = 0,022 x 2,42 = 0,0532 lbm/ft.jam Re a = Re a =
De × G a
μ 0,0757 × 520,5918 = 520,5918 0,0532
(6) JH = 4
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada Tc = 707 F , c = 0,49 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,019 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8) h o = J
1
3
H
=4×
⎛ 0,49 . 0,0532 ⎞ =⎜ ⎟ 0,019 ⎝ ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
1
3
1
3
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
= 0,5159 0 ,14
(pers. 6.15b, kern)
0,019 × 0,5159 × 1 0,1677
= 5,177 Btu/(jam)(ft 2 )(0 F)
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : inner pipe, Campuran D=
(3’)
1,38 = 0,115 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01038 ft 2
(4’) kecepatan massa Gp =
W ap
Gp =
558,5054 lbm = 53797,496 0,01038 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 323,447 0F , μ = 0,8 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,8 cP = 0,8 x 2,42 = 1,936 lbm/ft.jam Re p = Re p =
Dp × G p
μ 0,115 × 53797 ,496 = 3195,58 1,936
(6’) JH = 11
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 323,447 0F , c = 0,8687 Btu/lbm .0F 2
(Gbr.3, kern)
0
k = 0,00497 Btu/(jam)(ft )( F/ft) ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
(8’) h i = J H
= 11 ×
⎛ 0,8687 . 1,936 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,00497 ⎠ k ⎛c.μ ⎞ ⎟ ⎜ De ⎝ k ⎠
1
3
1
⎛ μ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ μW ⎠
3
= 9,428
0 ,14
(pers. 6.15a, kern)
0,00497 × 6,9643 × 1 0,115
= 3,3171 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
(9’) h io = h i ×
ID 0,115 = 3,3171 × = 33,0908 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 0,1383 OD
(10) clean overall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 33,0908 × 5,177 = 4,4767 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) = h io + h o 33,0908 + 5,177
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
Universitas Sumatera Utara
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 4,4767 U D = 4,4173 Btu/jam ft2 F
(12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t A=
Q 5023,1437 = = 4,0152 ft 2 U D × Δt 4,4173 + 283,212
Panjang yang diperlukan L =
A 4,0152 = = 9,2302 ft 2 0,435 0,435
Sehingga diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 24 x 0,435 = 10,44 ft2 Pressure drop Fluida panas : anulus, steam
(1) De’ = (D2 – D1) = (0,1721 - 0,1383) = 0,0338 ft Rea’ =
De' × G a
μ
F = 0,0035 +
=
0,0338 × 520,5918 = 330,0145 0,0532
0,264 = 0,0266 330,0145 0,42
(pers.3.47b,kern)
s =1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
4 fG a L 4 × 0.0266 x 520,5918 2 × 24 (2) ΔFa = = = 0,000006 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0338
(3) V =
Ga 520,5918 = = 0,00231 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
⎛V 2 ⎞ ⎛ 0,002312 ⎟⎟ = 1 × ⎜⎜ Fi = 1 × ⎜⎜ ⎝ 2g ' ⎠ ⎝ 2 × 32,2 ΔPa =
⎞ ⎟⎟ = 0,0000001 ft ⎠
(0,000006 + 0,0000001 × 62,5 = 0,0000028 psi 144
ΔPa yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : inner pipe, campuran
(1’) Rep’= 3195,589
Universitas Sumatera Utara
F = 0,0035 +
0,264 = 0,01241 3195,589 0,42
(pers.3.47b,kern)
s = 1,0491 , ρ = 65,57 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,01241x53797,496 2 × 24 = 0,0083 ft = 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 65,57 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
0,0083 × 65,57 = 0,0038 psi 144
ΔPp yang diperbolehkan = 10 psi LC.53. Crystallizer (CR – 201)
Fungsi
: Tempat terbentuknya kristal asam benzoat
Tipe
: Continous Stired Tank Crystallizer (CSTC)
Kondisi operasi : Temperatur = 28oC, Tekanan = 1 atm Tabel LC.24 Data pada Crystallizer (CR-201) Komponen
F (kg/jam)
Fraksi Berat
Densitas Densitas Campuran (kg/m3)
(kg/m3)
Asam Benzoat
850,358
0,476
1.316
626,416
Air
937,918
0,524
996,08
52,194
1.788,276
1,000
Total
678,61
Densitas campuran (ρcampuran) = 678,61 kg/m3 Faktor keamanan = 20 % Volume tangki :
1.788,276 kg/jam x1 jam = 2,635 m3 3 678,61 kg/m
Volume larutan, Vl
=
Volume tangki, Vt
= (1 + 0,2) x 2,635 m3 = 3,1622 m3
Diameter dan tinggi shell Direncanakan : •
Tinggi shell : diameter (Hs : D = 3 : 2)
•
Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 6)
Universitas Sumatera Utara
-
-
Volume shell tangki ( Vs) Vs =
1 π Di2 H 4
Vs =
3 π D3 8
Volume tutup tangki (Vh) Vh =
-
= 1,17809 D3
π D3 24
= 0,1309 D3
(Walas, 1988)
Volume tangki (V) V
= Vs + 2Vh
V
= 1,4398 D3
3,1622 m3
= 1,4398 D3
Di3
= 2,1963 m3
Di
= 1,2998 m = 4,2644 ft
Hs
= 1,9497 m = 6,3966 ft
Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,2998 m Hh
= 0,2166 m = 0,7106 ft
Ht
= Hs + 2Hh = 2,3829 m
Tebal shell tangki Volume larutan = 2,635 m3 Volume tangki = 3,1622 m3
2,635 m3 x 1,9497 m = 1,6248 m Tinggi cairan dalam tangki = 3,162 m3 Tekanan hidrostatik : P =ρxgxl = 678,61 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,6248 m = 10805,2 Pa = 10,8052 kPa Faktor kelonggaran = 20 % Tekanan udara luar = 101,325 kPa maka : Pdesign = (1,2) (10,8052 + 101,325) = 134,5562 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki :
PD +nC 2SE − 1,2P (134,5562 kPa) × (1,2998 m) = + (10 × 0, 0032) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (134,5562 kPa) = 0,0398 m = 1,5669 in t=
Maka tebal shell standar yang digunakan 13/4 in
(Walas, 1988)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 13/4 in. Pengaduk (impeller)
Jenis
: flat six blade open turbine (turbin datar enam daun)
Kecepatan putaran (N) = 117,6 rpm = 1,96 rps Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Di = 0,3
(Holland, 1989)
W : Di = 0,1
(Holland,1989)
C : Di = 0,3
(Holland, 1989)
L : Di = 1 : 16
(Holland, 1989)
4 Baffle : J : Di = 0,06
(Holland, 1989)
dimana: Da
= Diameter pengaduk
Di
= Diameter tangki
W
= Lebar daun pengaduk (blade)
C
= Jarak pengaduk dari dasar tangki
J
= Lebar baffle
Jadi:
Diameter pengaduk (Da) = 0,3 × Di = 0,3 × 1,2998 m = 0,38994 m
Lebar daun pengaduk (W) = 0,1 × Di = 0,1 × 1,2998 m = 0,12998 m
Tinggi pengaduk dari dasar (C) = 0,3 × Di = 0,3 × 1,2998 m = 0,38994 m
Panjang daun pengaduk (L) = 1/16 x Di = 1/16 x 1,2998 m = 0,08123 m
Universitas Sumatera Utara
Lebar baffle (J) = 0,06 Di = 0,06 × 1,2998 m = 0,077988 m
Viskositas campuran Tabel LC.25 Viskositas Campuran Gas Komponen
F (kg/jam)
μ
% Wt
ln μ
%Wt . ln μ
AsBen
850,358
0,476
2,3033
0,8343
0,3971
H2O
937,918
0,524
0,8007
-0,2222
0,1164
1.788,276
1,000
Total
0,5135
(Kern,1965)
Viskositas campuran dihitung dengan persamaan Heric-Brewer (Reid, 1987) ln μ = ∑ X i lnμ i ln μ = 0,5135 μ = 1,6711 cP = 0,001122929 lbm ft/jam = 1,6711. 10-3 Pa.s Daya untuk pengaduk
Da 2 Nρ Bilangan Reynold (NRe) = μ =
0,389942 ×1,96 × 678,61 1,6711.10-3
= 121.023,4313 NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: Dari figure 3.4-4 (Geankoplis, 1993), untuk pengaduk jenis flat six blade open
turbine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 4,2. Maka, P = Np × ρ × N 3 × Da 5
(Geankoplis, 2003)
P = 4, 2 × 678,61×1,963 × 0,38995 = 3262,452 J/s x
1 hp 745,7 J/s
= 4,375 hp Efisiensi motor = 80 % Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 4,375 / 0,8
Universitas Sumatera Utara
= 5,4687 hp Dipilih motor pengaduk dengan daya 5,5 hp Analisa perpindahan panas :
Panas yang dipertukarkan di kristaliser Q = 242.501,140 kJ/jam = 229.846,7 Btu/jam Pendingin yang digunakan : air Perhitungan LMTD (Δt) Fluida Panas T1 = 329°F T2 = 80,6 °F
Fluida dingin Temperatur yang lebih tinggi T2 = 140 °F Temperatur yang lebih rendah T1 = 82,4°F Selisih 187,2 Δt − Δt 1 Δt = LMTD = 2 = = 40,223 °F ⎛ 189 ⎞ ⎛ Δt 1 ⎞ ln ⎜ ⎟⎟ ln⎜⎜ ⎟ ⎝ 1,8 ⎠ ⎝ Δt 2 ⎠
Selisih Δt1 = 189 °F Δt2 = 1,8 °F Δt2 – Δt1 = 187,2 °F
Asumsi Ud = 74 Btu/hr ft2 oF Luas permukaan perpindahan panas (A)
= =
Qs U D × ΔT
229.846,7 = 77,218 ft 2 74 × 40,223
LC.54. Drum Dryer (DE–201)
Fungsi
: Menguapkan H2O dari Asam Benzoat yang keluar dari crystallizer (CR201) yang merupakan produk akhir.
Jenis
: Steam Tube Drum Dryer
Jumlah : 1 unit Tabel LC.26 Data pada Drum Dryer (DE-201) Komponen
Asam Benzoat Air Jumlah
F
Fraksi Densitas
(kg/jam) Massa
(kg/m3)
Densitas campuran (kg/m3)
756,818
0,999
1.316
1314,684
1,840
0,001
958,38
0,95838
758,658
1
1315,64238
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : Beban Panas (Q)
= 113.564,842 kJ/jam = 107.638,7Btu/jam
Jumlah steam
= 38,7930 kg/jam = 85.52382 lbm/jam
Volume campuran umpan
=
758,658 kg/jam 1,315 kg/liter
= 576,926 liter = 20,37395 ft3 = 1315,64 kg/m3 = 1,315 kg/liter =37,255 kg/ft3
Densitas campuran umpan Perhitungan volum drum dryer, Faktor kelonggaran
= 8%
Volume drum dryer
= 576,926 liter × 1,08
(Schweitzer,1979)
= 623,08 liter = 22,0038 ft3 Perhitungan luas permukaan drum dryer, Temperatur saturated steam = 200°C = 392°F Temperatur umpan masuk drum dryer = 30°C = 86°F Temperatur umpan keluar drum dryer = 100°C = 212°F Ud = 110 btu/jam.0F.ft2 LMTD
=
(Perry dan Green,1999)
( 392 − 212 ) − ( 392 − 86 ) ⎛ 392 − 212 ⎞ ln ⎜ ⎟ ⎝ 392 − 86 ⎠
= 237,45 0F Luas permukaan drum dryer, A =
Q Ud × LMTD
=
107.638,7 65 × 237,45
= 6,974 ft2 Perhitungan waktu tinggal (retention time), θ θ
=
0,075 × V × ρs S
(Schweitzer,1979)
Dimana : V = Volume drum dryer(ft3) ρs = Densitas campuran umpan
Universitas Sumatera Utara
S = Laju massa campuran umpan Maka, θ
=
0, 075 × 22,0038 × 37,25477 758,658
= 0,0810 jam = 4,86 menit Dari tabel 12–22 untuk kondisi operasi diperoleh :
(Perry dan Green,1999)
Diameter drum dryer = 0,965 m Panjang drum dryer = 4,572 m Putaran drum dryer
= 6 r/min
Daya motor
= 2,2 hp
Tube steam OD
= 114 mm
Jumlah tube steam
= 14
LC.55. Kolom Destilasi II (T-202)
Fungsi
: Memisahkan campuran benzaldehide dan benzil alkohol.
Jenis
: Sieve – tray
Bentuk
: silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA – 285 grade C
Jumlah
: 1 unit.
Data : Dari perhitungan neraca massa dan neraca panas diperoleh: RD
= 0,1015
XHF
= 0,6591
RDM
= 0,0677
XLF
= 0,3285
XLW
= 0,0050
D
= 1,2060 kmol/jam
XHW
= 0,9898
W
= 2,3315 kmol/jam
XHD
= 0,0193
αLD
= 6,6900
XLD
= 0,9543
αLW
= 5,9074
α L,av = α LD .α LW =
Nm =
( 6,6900 )( 5,9074 ) = 6, 2865
log[(X LD D / X HD D)(X HW W / X LW W)] log(α L,av )
(Geankoplis,1997) (Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
= 5,17321 Dari Fig 11.67 – 3, Geankoplis, hal. 749, diperoleh
N=
Nm = 0,38; maka: N
N m 5,17321 = = 13,613 0,38 0,38
Jumlah piring teoritis = 13,613 Efisiensi piring
= 85 %
(Geankoplis,1997)
Maka jumlah piring yang sebenarnya =
13,613 = 16,016 piring ≈ 17 piring. 0,85
Penentuan lokasi umpan masuk
⎡⎛ X ⎞ W ⎛ X N log e = 0,206 log ⎢⎜⎜ HF ⎟⎟ ⎜⎜ LW Ns ⎢⎣⎝ X LF ⎠ D ⎝ X HD
⎞ ⎟⎟ ⎠
2
⎤ ⎥ ⎥⎦
(Geankoplis,1997)
⎡⎛ 0,6591 ⎞ 2,3315 ⎛ 0,0050 ⎞2 ⎤ Ne = 0, 206 log ⎢⎜ log ⎟ ⎜ ⎟ ⎥ Ns ⎢⎣⎝ 0,3285 ⎠ 1,2060 ⎝ 0,0193 ⎠ ⎥⎦
Ne = 0,4343 Ns Ne = 0,4343 Ns N = Ne + Ns 17 = 0,4343 Ns + Ns Ns = 11,852 ≈ 12 Ne = 17 – 12 = 5 Jadi, umpan masuk pada piring ke – 5 dari atas. Design kolom direncanakan :
Tray spacing (t)
= 0,4 m
Hole diameter (do)
= 4,5 mm
(Treybal, 1984)
Space between hole center (p’)
= 12 mm
(Treybal, 1984)
Weir height (hw)
= 5 cm
Pitch
= triangular ¾ in
Universitas Sumatera Utara
Data : Suhu dan tekanan pada destilasi T–202 adalah 428,15 K dan 0,381 atm. Tabel LC.27 Komposisi Campuran pada Alur Vd Kolom Destilasi II (T–202) Alur Vd (kmol/jam)
Komponen
Asam Benzoat Benzil Alkohol Benzaldehide H2O Total
1,1533 0,1401 0,0350 1,3284
Laju alir massa gas (G’) ρv =
Fraksi mol
0,0000 0,0193 0,9543 0,0263 1
BM (g/mol)
122,120 108,120 106,120 18,010
Fraksi mol x BM
2,0525 2,0525 103,1813 0,4743 105,7081
= 0,0369 kmol/s
P BM av (0,381 atm) (105,781 kg/kmol) = = 1,147 kg/m3 3 RT (0,082 m atm/kmol K)(428,15 K)
Laju alir volumetrik gas (Q’) = 0,0369 × 22, 4 ×
428,15 = 1,2955 m3/s 273,15
Tabel LC.28 Komposisi Campuran pada Alur Lb Kolom Destilasi II (T–202) Fraksi Alur Lb Fraksi ρL Komponen (kg/jam) massa massa x ρL (kg/m3) Asam Benzoat
0,1887
0,00074
1075
0,801
Benzil Alkohol
251,7078
0,99359
1035
1028,362
Benzaldehide
1,2438
0,00491
1045
5,131
H2O
0,1922
0,00076
998
0,757
Total
253,3325
1
1035,051
Laju alir massa cairan (L’) = 0,0703 kg/s Laju alir volumetrik cairan (q) =
Surface tension (σ) = 0,04 N/m Ao ⎛d = 0,907⎜⎜ o Aa ⎝ p'
⎞ ⎟⎟ ⎠
0,0703 = 6,79 x 10-5 m3/s 1035,051 (Lyman, 1982)
2
2
Ao ⎛ 0,0045 ⎞ = 0,907⎜ ⎟ = 0,1275 Aa ⎝ 0,0120 ⎠
Universitas Sumatera Utara
1/ 2
q ⎛ ρL ⎞ ⎜ ⎟ Q' ⎝ ρ V ⎠
1
/2
6,79 x 10-5 ⎛ 1035,051 ⎞ = 0,28022 = 1,2955 ⎜⎝ 105,7081 ⎠⎟
α = 0,0744t + 0,01173 = 0,0744(0,4) + 0,01173 = 0,0415 β = 0,0304t + 0,05 = 0,0304(0,4) + 0,015 = 0,0272 ⎡ ⎤⎛ σ ⎞ 1 CF = ⎢αlog + β ⎥⎜ ⎟ 1/ 2 (q/Q)(ρ L / ρ V ) ⎣ ⎦⎝ 0,02 ⎠
0, 2
1 ⎡ ⎤ ⎛ 0,04 ⎞ + 0,0272 ⎥ ⎜ = ⎢0,0415 log ⎟ 0,2802 ⎣ ⎦ ⎝ 0,02 ⎠
0,2
= 0,0575 ⎛ ρ − ρV VF = C F ⎜⎜ L ⎝ ρV
⎞ ⎟⎟ ⎠
0,5
⎛ 1.438,551 − 1,5234 ⎞ = 0,0575 ⎜ ⎟ 1,5234 ⎝ ⎠
0,5
= 0,76601 m/s (Treybal, 1984)
Asumsi 80 % kecepatan flooding V = 0,8 x 0,76601 = 0,6128 m/s An =
Q 0,0449 = = 0,07327 m2 V 0,6128
Untuk W = 0,70T dari Tabel 6.1. Treybal, hal.162, diketahui bahwa luas downspout sebesar 8,808%. At =
0,07327 = 0,0803 m2 1 − 0, 08808
Column Diameter (T)
= [4(0,0803)/π]0,5
= 0,4840 m
Weir length (W)
= 0,7(0,3197)
= 0,2238 m
Downspout area (Ad)
= 0,08808(0,0803)
= 0,00707 m2
Active area (Aa)
= At – 2Ad = 0,0803 – 2(0,00707)
= 0,06615 m2
Weir crest (h1) Misalkan h1 = 0,025 m h1/T = 0,025/0,3197= 0,0782
Universitas Sumatera Utara
T 0,3197 = = 1,4285 W 0,2238 0,5 2 2 2 ⎫ ⎧ ⎤ ⎛ Weff ⎞ ⎛ T ⎞ ⎪⎡⎛ T ⎞ ⎛ h ⎞⎛ T ⎞⎪ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ − ⎨⎢⎜ ⎟ − 1⎥ + 2⎜ 1 ⎟⎜ ⎟⎬ ⎝ T ⎠⎝ W ⎠⎪ ⎝ W ⎠ ⎝ W ⎠ ⎪⎢⎣⎝ W ⎠ ⎥⎦ ⎭ ⎩
{
2
2
}
0,5 2 2 ⎛ Weff ⎞ ⎡ ⎤ = 1, 4285 − 1, 4285 − 1 + 2 ( 0,0782 )(1, 4285 ) ( ) ( ) ⎜ ⎟ ⎣ ⎦ ⎝ W ⎠
2
⎛ Weff ⎞ ⎜ ⎟ = 0,4942 ⎝ W ⎠ ⎛ q ⎞ h 1 = 0,666⎜ ⎟ ⎝W⎠
2/3
⎛ Weff ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ W ⎠
⎛ 0,00024 ⎞ h1 = 0, 666 ⎜ ⎟ ⎝ 0,2238 ⎠
2/3
2/3
( 0,4942 )
2/3
h 1 = 0,0326 m Perhitungan diulangi dengan memakai nilai h1 = 0,0326 m hingga nilai h1 konstan pada nilai 0,0326 m. Perhitungan Pressure Drop
Dry pressure drop Ao = 0,1275 x 0,06615= 0,00843 m2 uo =
Q 0,0449 = = 5,3262 m/s A o 0,00843
Co = 0,66 Dari gambar 18.29, Mc.Cabe ⎛ uo2 h d = 51,0⎜⎜ 2 ⎝ Co
⎞⎛ ρ v ⎟⎜ ⎟⎜ ρ ⎠⎝ L
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 5,32622 ⎞ ⎛ 1,5234 ⎞ h d = 51, 0 ⎜ ⎟ 2 ⎟⎜ ⎝ 0,66 ⎠ ⎝ 1438,551 ⎠ h d = 3,5172 mm = 0,0035 m
Hydraulic head Va =
Q 0,0449 = 0,6787 m/s = A a 0,06615
Universitas Sumatera Utara
z=
T + W 0,3197 + 0,2238 = 0,27175 m = 2 2
h L = 0,0061 + 0,725 h w − 0,238 h w Va ρ v
0,5
⎛q⎞ + 1,225⎜ ⎟ ⎝z⎠
⎛ 0,00024 ⎞ h L = 0, 0061 + 0, 725 (0,05) − 0, 238 (0,05)(0,6787)(1,5234)0,5 + 1, 225 ⎜ ⎟ ⎝ 0,27175 ⎠ h L = 0,03346 m
Residual pressure drop
hR =
6 σ gc ρLdog
hR =
6 (0,04) (1,2) = 0,00453 m 1438,551 (0,0045)(9,8)
Total gas pressure drop hG = hd + hL + hR hG = 0,0035 + 0,03346 + 0,00453 hG = 0,04149 m
Pressure loss at liquid entrance Ada = 0,025 W = 0,025(0,2238) = 0,006 m2 3 ⎛ q ⎜ h2 = 2g ⎜⎝ A da
⎞ ⎟⎟ ⎠
2
2
3 ⎛ 0,00024 ⎞ h2 = = 0,0446 m 2 g ⎜⎝ 0,006 ⎟⎠ Backup in downspout h3 = hG + h2 h3 = 0,04149 + 0,0446 h3 = 0,08609 m
Check on flooding hw + h1 + h3 = 0,05 +0,0326 + 0,08609 hw + h1 + h3 = 0,16869 m t/2 = 0,4/2 = 0,2 m
Universitas Sumatera Utara
karena nilai hw + h1 + h3 lebih kecil dari t/2, maka spesifikasi ini dapat diterima, artinya dengan rancangan plate seperti ini diharapkan tidak terjadi flooding. Spesifikasi kolom destilasi Tinggi kolom
= 17 x 0,4 m
= 6,81 m
Tinggi tutup
=
1 ( 0,4840 ) 4
= 0,121 m
Tinggi total
= 6,8 + 2(0,121)
= 7,052 m
Tekanan operasi
= 0,381 atm
= 38,610 kPa
P design
= (1+0,05) x (38,610 + 101,325)
= 146,9317 kPa
Faktor kelonggaran
= 5%
Joint efficiency
= 0,8
(Walas, 1988)
Allowable stress
= 12.650 psia = 87.217,955 kPa
(Walas, 1988)
Tebal shell tangki: Tebal silinder (d) =
t=
P×D +(C×A) 2SE-1,2P
(Peters dan Timmerhaus, 2004)
146,9317 kPa×0,4841 m + ( 0,003175 m×10 ) 2 ( 87.218,68×0,80 ) - (1,2×146,9317 kPa )
= 0,0322 m = 1,267 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 1,267 in
Tebal shell standar yang digunakan = 13/4 in
(Walas, 1988)
LC.30 Vaporizer (E-110)
Fungsi
: Mengubah fasa produk menjadi uap.
Jenis
: 2 – 4 shell and tube exchanger
Dipakai
: 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 4 pass
-
Fluida panas Laju alir fluida panas
= 446,674 kg/jam = 984,7539 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 200 °C
= 392 °F
Universitas Sumatera Utara
Temperatur akhir (T2) -
= 200 °C
= 392°F
Fluida dingin Laju alir fluida dingin
= 1429,39 kg/jam = 3151,2820 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 190°C
= 374°F
Panas yang diserap (Q)
= 865923,6718 kJ/jam = 820734,0547 Btu/jam
(1) Δt = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 392 °F T2 = 392 °F T1 – T2 = 0 °F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah Selisih
Fluida Dingin t2 = 190°F t1 = 30 °F t2 – t1 = 288°F
Selisih Δt1 = 18°F Δt2 = 306°F Δt2 – Δt1 = 288°F
Δ t 2 − Δ t1 306-18 = = 101,6514 ⎛ Δt 2 ⎞ ⎛ 306 ⎞ ln ⎜ ⎟ ln ⎜⎝ 18 ⎟⎠ ⎝ Δ t1 ⎠ T −T 0 =0 R= 1 2 = t 2 − t1 288 LM TD =
S=
t 2 − t1 288 = = 0,9412 T1 − t1 362
Dari Gambar 19, Kern, 1965 diperoleh FT = 0,9 Maka Δt = FT × LMTD = 0,9 × 101,6514 = 91,486 °F (2) Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 392 + 392 = = 392 °F 2 2
tc =
t1 + t 2 190 + 30 = = 110 °F 2 2
Dalam perancangan ini digunakan vaporizer dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in - Jenis tube = 18 BWG - Pitch (PT) = 11/4 in square pitch
Universitas Sumatera Utara
- Panjang tube (L) = 12 ft a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, vaporizer untuk fluida panas steam dan fluida dingin light organics, diperoleh UD = 100 – 200, faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 110 Btu/jam⋅ft2⋅°F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A=
Q = U D × Δt
8741331,84 44 Btu/jam = 867,7334 ft 2 Btu × 76,3163 o F 110 jam.ft 2 .o F
Luas permukaan luar (a″) = 0,2618 ft2/ft Jumlah tube, N t =
(Tabel 10, Kern, 1965)
A 867,76334 ft 2 = = 276,2075 buah L × a " 12 ft × 0,2618 ft 2 /ft
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 282 tube dengan ID shell 25 in. c. Koreksi UD
A = L × Nt × a" = 12 ft × 282 × 0,2618 ft2/ft = 885,9312 ft 2 UD =
Q 820734,0547 Btu/jam Btu = = 107, 7405 2 A ⋅ Δt 885,9312 ft × 91,5796°F jam.ft 2 .°F
Fluida panas : steam, tube
(3) Flow area tube,at’ = 0,639 in2 at =
N t × a 't 144 × n
at =
282 × 0,639 = 0,3128 ft 2 144 × 4
(Tabel 10, Kern, 1965) (Pers. (7.48), Kern, 1965)
(4) Kecepatan massa: Gt =
w at
(Pers. (7.2), Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
Gt =
8039,6962 = 25698,7592 lbm/jam.ft 2 0,3128
(5) Bilangan Reynold: Pada Tc = 413,6 °F μ = 0,015 cP = 0,0363 lbm/ft2⋅jam
(Gambar 14, Kern, 1965)
Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 0,902 in = 0,0752 ft Re t =
ID × G t μ
Re t =
0,0752 × 25698,7592 0,0363
(Pers.(7.3), Kern, 1965) = 53234,4003
(6)
Taksir jH dari Gbr. 24 Kern (1965), diperoleh jH = 160 pada Ret = 53234,4003
(7)
Pada Tc = 413,6 °F c = 0,46 Btu/lbm.°F
(Gambar 2, Kern, 1965)
k = 0,3 Btu/jam lbm ft.°F ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
(8)
1
3
⎛ 0,46 × 0,0363 ⎞ =⎜ ⎟ 0,3 ⎠ ⎝
hi k ⎛ c.μ ⎞ = jH × × ⎜ ⎟ ID ⎝ k ⎠ ϕt
hi
ϕt hio
ϕt hio
ϕt
= 160 × =
hi
ϕt
×
1
(Tabel 4, Kern, 1965) 1
3
= 0,3818
3
0,3 × 0,3818 = 243,7866 0,0752 ID OD
= 243,7866 ×
0,902 = 219,8955 1
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil
ϕt = 1
(Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
hio =
hio
ϕt
× ϕt
hio = 219,8955 × 1 = 219,8955 Btu/jam ft 2 o F Fluida dingin : bahan, shell
(3’) Flow area shell Ds × C' × B 2 as = ft 144 × PT
(Pers. (7.1), Kern, 1965)
Ds = Diameter dalam shell = 25 in B = Baffle spacing = 5 in PT = Tube pitch = 11/4 in C′ = Clearance = PT – OD = 11/4 – 1 = 0,25 in
as =
25 × 0,25 × 5 = 0,1736 ft 2 144 × 1,25
(4’) Kecepatan massa Gs =
w as
Gs =
32790,0134 = 188870,4775 lbm/jam.ft2 0,1736
(Pers. (7.2), Kern, 1965)
(5’) Bilangan Reynold Pada tc = 308,8624 0F μ = 0,1993 cP = 0,4821 lbm/ft2⋅jam Dari Gambar 28, Kern, untuk 1 in dan 11/4 square pitch, diperoleh De = 0,72 in. De = 0,72/12 = 0,06 ft Re s =
De × Gs μ
Re s =
0,06 × 188870,4775 = 16975,597 0,4821
(Pers. (7.3), Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
(6′) Taksir JH dari Gambar 28, Kern, diperoleh JH = 150 pada Res = 16975,597 (7’) Pada tc = 308,8624 0F c = 0,05 Btu/lbm⋅°F k = 0,2185 Btu/jam lbm ft.°F ⎛ c.μ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ k ⎠
1
3
⎛ 0,05 × 0,4821 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,2185 ⎠
h k ⎛ c.μ ⎞ (8’) o = J H × ×⎜ ⎟ De ⎝ k ⎠ ϕs
ho
ϕs
= 150 ×
1
1
3
= 0,4796
3
0,2185 × 0,4796 = 362,7554 0,06
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil ϕ s = 1
ho =
ho
ϕs
(Kern, 1965)
× ϕ s = 362,7554 × 1 = 362,7554 Btu/jam ft 2 o F
(10) Clean Overall Coefficient, UC
UC =
h io × h o 219,8955 × 362,7554 = 136,9058 Btu/jam.ft 2 .°F = h io + h o 219,8955 + 362,7554 (Pers. (6.38), Kern, 1965)
(11) Faktor pengotor, Rd U − U D 136,9058 − 107,7405 Rd = C = = 0,0031 U C × U D 136,9058 × 107,7405
(Pers. (6.13), Kern, 1965)
Rd hitung ≥ Rd ketentuan, maka spesifikasi pendingin dapat diterima.
Pressure drop Fluida panas : sisi tube
(1)
Untuk Ret = 53234,4003 f = 0,0002 ft2/in2 s = 0,942
(Gambar 26, Kern, 1965) (Tabel 6, Kern, 1965)
φt = 1
Universitas Sumatera Utara
LC-157
(2)
2 f ⋅Gt ⋅ L ⋅ n ΔPt = 5,22 ⋅ 1010 ⋅ ID ⋅ s ⋅ φ ΔPt =
(3)
(Pers. (7.53), Kern, 1965) t
(0,0002) × (25698,7592) 2 × (12) × (4) = 0,0015 psi (5,22 ⋅ 1010 ) × (0,0752) × (0,942) × (1)
Dari Gambar 27, Kern, 1965 diperoleh
V
2
2g'
= 0,0005
4n V 2 . s 2g' (4).(4) = .0,0005 0,942 = 0,0085 psi
ΔPr =
ΔPT
= ΔPt + ΔPr = 0,0015 psi + 0,0085 psi = 0,001 psi
ΔPt yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 16975,5970 f = 0,001 ft2/in2
(Gambar 29, Kern, 1965)
φs =1 s = 0,7408 (2′)
N + 1 = 12 x
L B
N + 1 = 12 x
12 = 28,8 5
(Pers. (7.43), Kern, 1965)
Ds = 25/12 = 2,0833 ft (3′)
f. G 2 . D . (N + 1) s s ΔP = s 5,22.1010 . D .s. ϕ e s
(Pers. (7.44), Kern, 1965)
0,001 × (188870,4775) 2 × (2,0833) × (28,8) ΔP = = 1,2773 psi s 5,22.1010 × (0,06) × (0,7408) × (1) ΔPs yang diperbolehkan = 10 psi
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
Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi: Temperatur
= 30°C
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 5111,9594 kg/jam
Laju alir volume (Q)
=
(Geankoplis, 1997)
5111,9594 kg/jam ×1 jam/3600s = 0,00142615 m3/s 3 995,68 kg/m
Dari tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater Ukuran bar: Lebar bar = 5 mm; Tebal bar = 20 mm; Bar clear spacing = 20 mm; Slope = 30° Direncanakan ukuran screening: Panjang screen
= 2m
Lebar screen
= 2m
Misalkan, jumlah bar = x Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x x
= 1980 = 49,5 ≈ 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat.
Head loss (Δh) =
Q2 (0,00142615) 2 = 6,926 x 10-8 m dari air = 2 2 2 2 2 g Cd A 2 2 (9,8) (0,6) (2,04)
Universitas Sumatera Utara
2000
2000
20
Gambar LD.1 Sketsa sebagian bar screen , satuan mm (dilihat dari atas)
LD.2. Bak Sedimentasi (BS) Fungsi
: Untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah
: 1 unit
Jenis
: Beton kedap air
Data
:
Kondisi penyimpanan
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Laju massa air, F
: 5111,9594 kg/jam
= 187,8304 lbm/men
Densitas air
: 995,68 kg/m3
= 62,1599 lbm/ft3
F 5111,9594 kg/jam = 0,0855 m3 /sekon Laju air volumetrik, Q= = 3 ρ 995,68 kg/m x 60 menit/jam = 3,0217 ft3/menit Desain Perancangan : Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) :
υ 0 = 1,57 ft/min atau 8 mm/s Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman tangki 10 ft (3,0480 m) Lebar tangki 2 ft (0,6096 m) Kecepatan aliran v =
Q 3,0217 ft 3 /min = = 0,1511 ft/min At 10 ft x 2 ft
Universitas Sumatera Utara
Desain panjang ideal bak : dengan :
⎛ h L = K ⎜⎜ ⎝υ0
⎞ ⎟⎟ v ⎠
(Kawamura, 1991)
K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 10 ft.
Maka : L = 1,5 x (10/1,57) x 0,1511 = 1,4435 ft = 0,4400 m Diambil panjang bak = 1,5 ft = 0,4572 m Uji desain : Waktu retensi (t) : t =
Va Q = panjang x lebar x tinggi laju alir volumetrik (10 x 2 x 1,5) ft 3 = = 6,6187 menit 3,021 ft 3 / min
Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit Surface loading :
(Kawamura, 1991).
Q = laju alir volumetrik A luas permukaan masukan air = 3,0217 ft3/min (7,481 gal/ft3) 2 ft x 1,5 ft = 11,3028 gpm/ft2
Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991). Headloss (Δh); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) :
Δh = K v2 2g = 0,12 [0,1511 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808 ft) ]2 2 (9,8 m/s2) = 4,1786 x 10-7 m dari air.
Universitas Sumatera Utara
LD.3. 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-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air (F1)
= 5111,9594 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,2556 kg/jam
(Perhitungan BAB VII)
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,1380 kg/jam
(Perhitungan BAB VII)
Laju massa total, m
= 5112,3530 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3
= 1,3630 gr/ml
(Perry, 1997)
Densitas Na2CO3
= 1,3270 gr/ml
(Perry, 1997)
Densitas air
= 0,99568 gr/ml
(Perry, 1997)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Dari Metcalf & Eddy (1984) diperoleh bahwa untuk clarifier tipe upflow (radial): -
Kedalaman air = 3-5 m
-
Settling time = 1-3 jam
Dipilih : Kedalaman air (H) = 3 m Settling time = 1 jam
Diameter dan Tinggi Clarifier Densitas larutan,
ρ=
( 5111,9594 ) 5111,9594 0,2556 0,1380 + + 995, 68 1363 1327
= 995,6234 kg/m3
Universitas Sumatera Utara
Volume cairan, V =
5111,9594 kg/jam ×1 jam = 5,1344 m3 995,6235
V = ¼ π D2H 1/2
4V 1/2 ⎛ 4 × 5,1344 ⎞ D= ( ) =⎜ ⎟ πH ⎝ 3,14 × 3 ⎠
= 1,4765 m
Maka, diameter clarifier = 1,4765 m Tinggi clarifier = 1,5 × D = 2,2148 m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid
= ρ×g×h = 995,6235 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,2148 m = 21,6103 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,3250 kPa P = 21,6103 kPa + 101,3250 kPa = 122,9353 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, Pdesign = (1,05) × (122,9353) kPa = 129,0821 kPa Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,21 kPa
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD +nC 2SE − 1,2P (129,0821 kPa) × (1,4765 m) = + (10)(0, 00318) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (129,0821 kPa) = 0,04051 m = 1,5948 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ¾ in
(Walas, 1988)
Daya Clarifier P = 0,006 D2
(Ulrich, 1984)
dimana: P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga, P = 0,006 × (1,4765)2 = 0,01308 kW = 0,018 hp Dipilih daya standar 1/20 hp
Universitas Sumatera Utara
LD.4. Sand Filter (SF)
Fungsi
: Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari Clarifier (CL)
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
= 5111,9594 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1600 lbm/ft3
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Sand filter dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi. Sand filter dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki.
Perhitungan : a. Volume tangki Volume air: Va =
5111,9594 kg/jam × 0,25 jam = 1,2835 m3 3 995,68 kg/m
Volume air dan bahan penyaring: Vt = (1 + 1/3) × 1,2835 = 1,7071 m3 Volume tangki = 1,2 × 1,7071 m3 = 2,0485 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi, D : H = 1 : 3 V=
1 πD 2 H 4
1 ⎛4 ⎞ πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝3 ⎠ 1 2,0485 m 3 = πD3 3 2,0485 m 3 =
Maka:
D = 1,2509 m H = 3,7526 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,2509 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup
=
1 × 1,2509 = 0,3127 m 4
Tinggi tangki total = 3,7526 + 2(0,3127) = 4,3780 m d. Tebal shell dan tutup tangki 1 × 3,7526 = 0,9381 m 4 1,2835 m3 × 3,7526 m = 2,3512 m Tinggi cairan dalam tangki = 2,0485 m3 Tinggi penyaring
Phidro
=
= ρ×g×h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,3512 m = 22,9427 kPa
Ppenyaring
= ρ×g×l = 2089,5 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,9381 m = 9,1541 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 22,9427 kPa + 9,1541 kPa + 101,325 kPa = 133,4219 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= (1,05) × (133,4219 kPa) = 140,0930 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,21 kPa
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (140,0930 kPa) × (1,2509 m) = + (10 × 0, 0032) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (140,0930 kPa) = 0,0398 m = 1,5672 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ¾ in
(Walas, 1988)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1 ¾ in.
Universitas Sumatera Utara
LD.5. Tangki Penampungan – 01 (TU – 01)
Fungsi
: Menampung air sementara dari klarifier.
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA – 283, Grade C
Kondisi operasi: Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 5111,9594 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 6 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Desain Tangki a. Volume tangki Volume air, Va =
5111,9594 kg/jam × 6 jam = 31,5007 m3 995,68 kg/m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 31,5007 m3 = 37,8008 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3 1 2 πD H 4 1 ⎛3 ⎞ 37,8008 m3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 37,8008 m3 = πD3 8 V=
Maka, D = 3,18 m H = 4,77 m c. Tebal tangki 31,5007 m 3 × 4,77 m = 3,9727 m Tinggi air dalam tangki = 37,8008 m 3 Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,9727 m = 38,7646 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Universitas Sumatera Utara
P = 38,7646 kPa + 101,325 kPa = 140,0896 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= (1,05) × (140,0896 kPa) = 147,0941 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD +nC 2SE − 1,2P (147,0941 kPa) × (3,18 m) = + (10 × 0, 0032) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (147,0941 kPa) = 0,0533 m = 2,0965 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 2 1/4 in
(Walas, 1988)
LD.6. Tangki Penampungan – 02 (TU – 02)
Fungsi
: Menampung air sementara dari Sand Filter (SF)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 300C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 5111,9594 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 12 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Desain Tangki a. Volume tangki Volume air, Va =
5111,9594 kg/jam ×12 jam = 10,4604 m3 3 995,68 kg/m
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = 1,2 × 10,4604 m3 = 12,5525 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3 V=
1 2 πD H 4
1 2⎛3 ⎞ πD ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 12,5525 m3 = πD3 8 12,5525 m3 =
Maka, D = 2,20 m H = 3,30 m c. Tebal tangki
10,4604 m3 × 3,30 m = 2,7511 m Tinggi air dalam tangki = 12,5525 m3 Tekanan hidrostatik: P
= ρ×g×h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,7511 m = 25,9727 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 26,8439 kPa + 101,325 kPa = 128,1689 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= (1,05) × (128,1689 kPa) = 134,5774 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa (Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004)
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD +nC 2SE − 1,2P (134,5774 kPa) × (2,20 m) = + (10 × 0, 0032) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (134,5774 kPa) = 0,0453 m = 1,7859 in t=
Tebal shell standar yang digunakan
= 2 in
(Walas, 1988)
Universitas Sumatera Utara
LD.7. Tangki Penampungan – 03 (TU – 03)
Fungsi
: Menampung air untuk keperluan domestik.
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 300C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 5111,9594 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 24 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Desain Tangki a. Volume tangki Volume air, Va =
5111,9594 kg/jam × 24 jam = 20,9209 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 × 20,9209 m3 = 25,1050 m3 b.
Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3 1 2 πD H 4 1 ⎛3 ⎞ 25,1050 m3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 25,1050 m3 = πD3 8 V=
Maka, D = 2,77 m H = 4,16 m c. Tebal tangki Tinggi air dalam tangki =
20,9209 m3 × 4,16 m = 3,4661 m 25,1050 m3
Tekanan hidrostatik: P
= ρ×g×h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,4661 m = 33,8212 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi
= 1 atm = 101,325 kPa
P = 33,8212 kPa + 101,325 kPa = 135,1462 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= (1,05) × (135,1462 kPa) = 141,9035 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD +nC 2SE − 1,2P (141,9035 kPa) × (2,77 m) = + (10 × 0, 0032) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (141,9035 kPa) = 0,04984 m = 1,9623 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
(Walas, 1988)
LD.8. 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
= 194,1013 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar kation
= 2 ft = 0,6096 m
Universitas Sumatera Utara
- Luas penampang penukar kation
= 3,14 ft2
Tinggi resin dalam cation exchanger
= 2,5 ft = 0,7620 m
Tinggi silinder = (1 + 0,2) × 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup = ¼ × 0,6096 m= 0,1524 m Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,9144 m + (2 × 0,1524 m) = 1,2192 m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × 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 = 108,7604 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (108,7604 kPa) = 114,1984 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,21 kPa
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (114,1984 kPa) (0,6069 m) = + (10 × 0,0032) 2(94458,21kPa)(0,8) − 1,2(114,1984 kPa) = 0,0349 m = 1,3758 in
t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Walas, 1988)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup
1 ½ in.
Universitas Sumatera Utara
LD.9. 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
= 300C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 194,1013 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Desain Anion Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: -
Diameter penukar anion
= 2 ft = 0,6096 m
-
Luas penampang penukar anion
= 3,14 ft2
-
Tinggi resin dalam anion exchanger
= 2,5 ft = 0,7620
Tinggi silinder = (1 + 0,2) × 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 2 ft = 0,6096 m Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup
= ¼ × 0,6096 m= 0,1524 m
Sehingga, tinggi anion exchanger = 0,9144 +2( 0,1524) = 1,2192 m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,4321 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 7,4321 kPa + 101,325 kPa = 108,7571 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Universitas Sumatera Utara
Maka, Pdesain
= (1,05) (108,7571 kPa) = 114,1949 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S) = 13700 psia = 94458,21 kPa
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (114,1949 kPa) (0,6096 m) = + (10 × 0,0032) 2(94458,21kPa)(0,8) − 1,2(114,1949 kPa) = 0,0475 m = 1,8692 in
t=
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
(Walas, 1988)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 2 in.
LD.10. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01)
Fungsi
: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283, Grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: Temperatur
= 300C
Tekanan
= 1 atm
Al2(SO4)3 yang digunakan
= 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30% (% berat) Laju massa Al2(SO4)3
= 0,26137 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30%
= 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3
Viskositas Al2(SO4)3 30 % (μ)= 6,72 10-4 lbm/ft s Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Universitas Sumatera Utara
Desain Tangki a. Ukuran Tangki
0,2614 kg/jam × 24 jam/hari × 30 hari = 0,4602 m3 1363kg/m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,4602 m3 = 0,5523 m3 Volume larutan, Vl =
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3 1 2 πD H 4 1 ⎛3 ⎞ 0,5523 m3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 0,5523 m3 = πD3 8 V=
Maka: D = 0,78 m; H = 1,17 m Tinggi cairan dalam tangki =
0,4602 × 1,17 = 0,97 m 0,5523
b. Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 1363 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,97 m = 12,9727 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 12,9727 kPa + 101,325 kPa = 114,2977 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, Pdesign = (1,05) × (114,2977 kPa ) = 120,0126 kPa Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (120,0126 kPa) × (0,78 m) = + (10 × 0,0032) 2 × (94459,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (120,0126 kPa) = 0,03237 m = 1,2743 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ¾ in
(Walas, 1988)
Universitas Sumatera Utara
c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da
= 1/3 × 0,78 m = 0,259 m = 0,8497 ft
E/Da = 1
; E
= 0,259 m
L/Da = 1/4
; L
= 1/4 × 0,259 m
1
1
= 0,0647 m
W/Da = /5
;W
= /5 × 0,259 m
= 0,0518 m
J/Dt = 1/12
; J
= 1/12 × 0,78 m
= 0,0647 m
dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan, N = 3 putaran/det Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N (D a )2 = μ
( 85,0898)( 3)( 0,8497 ) = 6,72 ⋅10−4
(Geankoplis, 1997) 2
= 274.252,9406
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .D a ρ P= T gc KL = 6,3
(McCabe,1999) (McCabe,1999)
6,3 (3 put/det)3 × (0,8497 ft)5 × (85,0915 lbm/ft 3 ) 1 hp × 2 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft lbf/det = 0,3622 hp P=
Efisiensi motor penggerak = 80 %
0,3622 = 0,4528 hp 0,8 Digunakan daya motor standar 1/2 hp Daya motor penggerak =
Universitas Sumatera Utara
LD.11. Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02)
Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Data: Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Na2CO3
= 0,2614 kg/jam
Densitas Na2CO3 30 %
= 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3
Viskositas Na2CO3 30 % (μ)
= 3,69 10-4 lbm/ft s = 0,549 cP
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1999) (Othmer, 1968)
Desain Tangki a. Ukuran tangki Volume larutan, Vl =
0,2614 kg/jam × 24 jam/hari × 30 hari = 0,0766 m3 3 0,3 × 1327 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0766 m3 = 0,0919 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3 1 V = πD 2 H 4 1 ⎛3 ⎞ 0,0919 m 3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 0,0919 m 3 = πD3 8 Maka:
D = 0,43 m H = 0,64 m
b. Tebal dinding tangki Tinggi cairan dalam tangki
volume cairan × tinggi silinder volume silinder 0,0766 × 0,64 = 0,53 m = 0,0919
=
Universitas Sumatera Utara
Tekanan hidrostatik, Phid = ρ × g × h = 1327 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,53 m = 6,9468 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 6,9468 kPa + 101,325 kPa = 108,2718 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesain = (1,05) (108,2718 kPa) = 129,9262 kPa Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (129,9262 kPa) (0,43 m) = + (10 × 0, 0032) 2(94459,21 kPa)(0,8) − 1,2(129,9262 kPa) = 0,0343 m = 1,3504 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Walas, 1988)
c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,43 m = 0,1424 m = 0,4673 ft
E/Da = 1
; E = 0,1424 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,1424 m
= 0,0356 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,1202 m
= 0,0285 m
; J = 1/12 x 0,43 m
= 0,0356 m
J/Dt
= 1/12
dengan: Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin
Universitas Sumatera Utara
W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 4 putaran/det Bilangan Reynold, N Re N Re
ρ N (D a )2 = μ
(Geankoplis, 1997)
( 82,8423)( 4 )( 0,4673) = 3, 69 ⋅10−4
2
= 19613,6608
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K T .n 3 .D a ρ gc KL = 6,3 P=
(McCabe,1999) (McCabe,1999)
6,3(4 put/det)3 .(0,3945 ft)5 (82,8423 lbm/ft 3 ) 1hp × 2 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft.lbf/det = 0,0421hp P=
Efisiensi motor penggerak = 80%
0,0421 = 0,0526 hp 0,8 Maka daya motor yang dipilih 1/8 hp.
Daya motor penggerak =
LD.12. Tangki Pelarutan NaOH (TP-03)
Fungsi
: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Data: Laju alir massa NaOH
= 0,0096 kg/jam
(Perhitungan BAB VII)
NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas larutan NaOH 4%
= 1039,76 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
Viskositas NaOH 4 % (μ)
= 0,00043 lbm/ft s = 0,64 cP
Kebutuhan perancangan
= 60 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1999) (Othmer, 1968)
Desain Tangki
Universitas Sumatera Utara
a. Diameter tangki Volume larutan, V1 = Volume tangki
(0,0096 kg/jam)(24 jam/hari)(60 hari) = 0,0221 m3 3 (0,04)(1039,76 kg/m )
= 1,2 × 0,0221 m3 = 0,0266 m3
Ditetapkan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki D : H = 2 : 3 1 2 πD H 4 1 ⎛3 ⎞ 0,0266 m3 = πD2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 0,0266 m3 = πD3 8 V=
Maka:
D = 0,28 m H = 0,42 m
b. Tebal dinding tangki
0,0221 m3 ×0,42 m = 0,35 m Tinggi larutan NaOH dalam tangki = 0,0266 m3 Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 1518 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,35 m = 3,5993 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 3,5993 kPa + 101,325 kPa = 104,9243 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign
= (1,05) (104,9243) = 110,1705 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD +nC 2SE-1,2P (110,1705 kPa) (0,28 m) = +(10×0,0032) 2(87218,714 kPa)(0,8)-1,2(110,1705 kPa) =0,03318 m = 1,3063 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Walas, 1988)
Universitas Sumatera Utara
c. Daya pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,28 m = 0,0942 m = 0,3090 ft
E/Da = 1
; E = 0,0942 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,0942 m = 0,0235 m
1
W/Da = /5
; W = 1/5 × 0,0942 m = 0,0188 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,28 m
= 0,0235 m
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/det Bilangan Reynold: N Re =
N Re =
ρ N (D a )2 μ
(Geankoplis, 1997)
( 94,7662 )( 2 ) (0,3090)2 0,0004
= 30.996,03781
Untuk NRe > 10000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P=
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(2 put/det)3 .(0,3090 ft)5 (94,7662 lbm/ft 3 ) 1hp × 2 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft.lbf/det = 0,0167 hp P=
Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak =
0,0167 = 0,0209 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp. LD.13. Tangki Pelarutan Asam Sulfat (H2SO4) (TP-04)
Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Kondisi pelarutan: Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5% (% berat) Laju massa H2SO4
= 0,0042 kg/hari
Densitas H2SO4 5 % (ρ)
= 1028,86 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
Viskositas H2SO4 5 % (μ)
= 3,5 cP
Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Desain Tangki a. Diameter tangki Volume larutan, Vl =
0,0194 kg/hari × 90 hari = 0,1783 m3 0,05 × 1028,86 kg/m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,1783 m3 = 0,2139 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3. 1 2 πD H 4 1 ⎛3 ⎞ 0,2139 m3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 0,2139 m3 = πD3 8 V=
Maka:
D = 0,57 m H = 0,85 m
b. Tebal Dinding Tangki Tinggi larutan H2SO4 dalam tangki =
0,1783 m3 ×0,85 m = 0,71 m 0,2139 m3
Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 1061,7 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,71 m = 7,138 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 7,1381 kPa + 101,325 kPa = 108,4631 kPa Faktor kelonggaran = 5 %.
Universitas Sumatera Utara
Maka, Pdesign = (1,05) (108,4631 kPa) = 113,8863 kPa Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (113,8863 kPa) (0,57 m) = + (10 × 0, 0032) 2(94458,21kPa)(0,8) − 1,2(113,8863 kPa) = 0,03471 m = 1,3666 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Walas, 1988)
c. Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,57 m = 0,1888 m = 0,3785 ft
E/Da = 1
; E = 0,1888 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,1888 m = 0,0472 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,1888 m = 0,0378 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,57 m = 0,0472 m
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik Viskositas H2SO4 5% = 0,012 lbm/ft⋅detik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold: N Re
ρ N (D a )2 = μ
N Re =
( 66,2801)(1) (0,6194)2 0,012
(Geankoplis, 1997)
= 2053,3537
Untuk NRe < 10000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
Universitas Sumatera Utara
K L .n 2 .Da μ gc 3
P=
(McCabe,1999)
KL = 71
(McCabe,1999)
71(1 put/det) 2 .(0,6194 ft)3 (66,2801 lbm/ft ) 1hp × 2 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft.lbf/det = 0,0235 hp
P=
Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak =
0,0235 = 0,02936 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp. LD.14. 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-283 Grade C
Jumlah
: 1 unit
Data: Kaporit yang digunakan
= 2 ppm
Kaporit yang digunakan berupa larutan 70% (% berat) Laju massa kaporit
= 0,0025 kg/jam
(Perhitungan BAB VII)
Densitas larutan kaporit 70% = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 Viskositas Ca(ClO)2 70 % (μ)= 0,00067 lbm/ft s = 1 cP Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Desain Tangki a. Diameter tangki Volume larutan, V1 = Volume tangki
(0,0025 kg/jam)(24 jam/hari)(90 hari) = 0,0139 m3 3 (0,7)(1272 kg/m )
= 1,2 × 0,0139 m3 = 0,0167 m3
Ditetapkan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 ⎛3 ⎞ 0,0167 m 3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 0,0167 m 3 = πD 3 8 V=
Maka: D = 0,24 m H = 0,36 m b. Tebal dinding tangki Tinggi larutan NaOH dalam tangki =
0,0139 m 3 0,0167 m 3
× 0,36 m = 0,30 m
Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 1272 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,30 m = 3,7741 kPa Tekanan udara luar, Po
= 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi
= 3,7741 kPa + 101,325 kPa = 105,0991 kPa
Faktor kelonggaran
= 5 %.
Maka, Pdesign
= (1,05) (105,0991 kPa) = 110,3541 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa (Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Peters, et.al., 2004)
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (110,3541 kPa) (0,24 m) = + (10 × 0,0032) 2(94458,21kPa)(0,8) − 1,2(110,3541 kPa) = 0,0329 m = 1,2983 in
t=
Tebal shell standar yang digunakan
= 1 ½ in
(Walas, 1988)
c. Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Universitas Sumatera Utara
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,24 m = 0,0807 m = 0,2649 ft
E/Da = 1
; E = 0,0807 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,0807 m = 0,0202 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,0807 m = 0,0161 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,24m
= 0,0202 m
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/det Bilangan Reynold: ρ N (D a )2 μ (79,4088)(2) (0,2649 ) 2 = = 16631,4386 0,00067
N Re =
N Re
(Geankoplis, 1997)
Untuk NRe > 10000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K T .n 3 .D a ρ P= gc
(McCabe,1999) KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(2 put/det)3.(0,2649 ft)5 (79,4088 lbm/ft3 ) 1hp P= × 2 32,174 lbm.ft/lbf.det 550 ft.lbf/det = 0,0095 hp Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak =
0,0095 = 0,0118 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp. LD.15. Deaerator (DE)
Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–283 Grade C
Kondisi operasi: Temperatur
= 300C
Universitas Sumatera Utara
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 970,5067 kg/jam
(Dari Perhitungan Bab 7)
3
Densitas air
= 995,68 kg/m
Kebutuhan perancangan
= 1 hari = 24 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 1997)
Perhitungan: a. Ukuran tangki Volume air, Va =
970,5067 kg/jam × 24 jam = 23,3932 m3 995,68 kg/m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 23,3932 m3 = 28,0719 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3 1 2 πD H 4 1 ⎛3 ⎞ 28,0719 m3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 28,0719 m3 = πD3 8 V=
Maka: D = 2,88 m H = 4,32 m Tinggi cairan dalam tangki =
23,3932 × 4,32 m = 3,5976 m 28,0719
b. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 2,88 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 Tinggi tutup =
1 × 2,88 m = 0,72 m 4
(Walas, 1988)
Tinggi tangki total = 4,32 + 0,72 = 5,04 m c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = ρ×g×h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,597 m = 35,1042 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 35,1042 kPa + 101,325 kPa = 136,4292 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= (1,05) × (136,4292 kPa) = 143,2507 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki:
PD + nC 2SE − 1,2P (143,2507 kPa) (2,88 m) = + (10 × 0, 0032) 2(94458,21 kPa)(0,8) − 1,2(143,2507 kPa) = 0,05071 m = 1,9964 in t=
Tebal shell standar yang digunakan
= 2 in
(Walas, 1988)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 2 in.
LD.16. Ketel Uap (KU)
Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Water tube boiler
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 3 unit
Kondisi operasi : Uap jenuh yang digunakan bersuhu 5500C dan tekanan 15,79 atm. Dari steam table, Reklaitis (1983) diperoleh panas laten steam 2.729 kJ/kg = 1173,239 Btu/lbm. Kebutuhan uap = 746,5436 kg/jam = 1645,845 lbm/jam Menghitung Daya Ketel Uap W =
34,5 × P × 970,3 H
Universitas Sumatera Utara
dimana:
P
= Daya boiler, hp
W
= Kebutuhan uap, lbm/jam
H
= Panas laten steam, Btu/lbm
Maka, P=
1645,845×1173,239 = 56,904 hp 34,5×970,3×3
Menghitung Jumlah Tube Luas perpermukaanan perpindahan panas, A = P × 10 ft2/hp = 56,904 hp × 10 ft2/hp = 569,04 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: -
Panjang tube
= 30 ft
-
Diameter tube
= 3 in
-
Luas perpermukaanan pipa, a’
= 0,9170 ft2 / ft
(Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube:
(569,04 ft 2 ) A = 30ft×0,9170ft 2 /ft L × a'
Nt
=
Nt
= 20,6847
Nt
= 21 buah
LD.17. Menara Air Pendingin /Water Cooling Tower (CT)
Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 60oC menjadi 28oC
Jenis
: Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–53 Grade B
Kondisi operasi: Suhu air masuk menara (TL2) = 600C = 1400F Suhu air keluar menara (TL1) = 280C = 82,40F Suhu udara (TG1)
= 280C = 82,40F
Dari Gambar 12-14, Perry (1999) diperoleh suhu bola basah, Tw = 770F.
Universitas Sumatera Utara
Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,02 kg uap air/kg udara kering. Dari Gambar 12-14, Perry (1999) diperoleh konsentrasi air = 2,3 gal/ft2⋅menit Densitas air (600C)
= 983,2400 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 51104,5824
Laju volumetrik air pendingin
= 51104,5824 / 983,2400 = 51,9757 m3/jam
(Geankoplis, 1997) kg/jam (Perhitungan Bab VII)
= 51,9757 m3/jam × 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam
Kapasitas air, Q
= 228,8403 gal/menit Faktor keamanan
= 20%
Luas menara, A
= 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (228,8403 gal/menit/2,3 gal/ft2.menit) = 119,3950 ft2
Laju alir air tiap satuan luas (L) =
51104,5824 kg/jam×1 jam×(3,2808 ft) 2 119,3950 ft 2 ×3600s×1m2
= 1,2798 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 1,5357 kg/s.m2 Perhitungan Tinggi Menara Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (1997): Hy1 = (1,005 + 1,88.H).103 (T – T0) + H.λ0 Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,02).103 (28 – 0) + 2,5014.106 (0,02) = 76085,0 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (2003) diperoleh: G (Hy2 – Hy1) = L . cL . (TL2 – TL1) 1,5357 (Hy2 – 76085,0) = 1,2798 (4,187.103) (60-28) Hy2 = 145718,3333 J/kg
Universitas Sumatera Utara
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT) Ketinggian menara, z =
G
Hy 2
.
∫
M.kG.a.P Hy1
dHy Hy * − Hy
(Geankoplis, 1997)
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy
Hy*
76,0850
78,0000 0,522193211
90
96,0000 0,166666667
110
128,0000 0,055555556
130
170,0000
145,7183
1/(hy*-hy)
0,025
210,0000 0,015556535
Universitas Sumatera Utara
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy) Luasan daerah di bawah kurva dari Hy = 79,2128 sampai 214871,6 pada Gambar D.3 adalah
Hy 2
∫
Hy 1
dHy Hy * − Hy
= 5,0279
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =
1,5357 × 8,1393 29 × 1, 207 × 10 −7 × 1, 013 × 10 −5
= 7,0213 m Diambil performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry (1997) diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2 × 119,3950 ft2 = 3,5818 hp Digunakan daya standar 3 3/4 hp.
LD.18. Pompa Screening (PU-01) Fungsi
: Memompa air dari sungai ke bak pengendapan (BS)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 300C
Universitas Sumatera Utara
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,1599 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
-
Viskositas air (μ)
= 0,8007 cP = 0,00054 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F)
= 5111,9594 kg/jam = 3,2535 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
F 5227,4292 kg/jam = ρ 995,68 kg/m3 × 3600 s
= 0,001458 m3/s = 0,0515 ft3/s Desain pompa Di,opt = 0,363 (Q)0,45(ρ)0,13
(Timmerhaus, 2004)
3
0,45
= 0,363 × (0,0515 ft /s)
3 0,13
× (62,1599 lbm/ft )
= 0,163 ft = 1,9613 in Dari Appendiks A.5 (Geankoplis, 1997), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 2 in
-
Schedule number
: 80
Diameter Dalam (ID)
: 1,939 in = 0,1616 ft
Diameter Luar (OD)
: 2,375 in = 0,1979 ft
Luas penampang dalam (At)
: 0,0205 ft2
Kecepatan linier: v =
0,0515 ft 3 /s Q = = 2,5122 ft/s 0,0205ft 2 A
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ×v×D μ
=
(62,1599 bm / ft 3 )(2,5122 ft / s)(0,1616 ft) 0,00054 lbm/ft.s
= 46.895,809 Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen α = 1. Dari Gambar. 12.1, Geankoplis (1997): -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00005
-
Untuk NRe = 46.895,809 dan ε
D
= 0,00034, diperoleh f = 0,007
Friction loss: ⎛ A ⎞ v2 2,5122 2 1 Sharp edge entrance: hc =0,5 ⎜⎜1 − 2 ⎟⎟ = 0,5 (1 − 0 ) =1,5778 ft.lbf/lbm 2(1) A1 ⎠ 2α ⎝
Universitas Sumatera Utara
2,51222 v2 = 3(0,75) = 0,2207 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
3 elbow 90°:
hf = n.Kf.
1 check valve:
2,51222 v2 hf = n.Kf. = 1(2) = 0,0981 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
( 70 ) . ( 2,5122 ) ΔL.v 2 Ff = 4f = 4(0,007) D.2.g c ( 0,1342 ) .2.( 32,174) 2
Pipa lurus 70 ft:
= 1,1897 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
⎛ A ⎞ v2 2,51222 2 = n ⎜⎜1 − 1 ⎟⎟ = 1 (1 − 0 ) A2 ⎠ 2.α .g c 2 (1)( 32,174 ) ⎝ = 0,0981 ft.lbf/lbm
Total friction loss:
∑F
= 3,1843 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
P − P1 2 1 2 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 + ∑ F + Ws = 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 ΔZ = 50 ft maka : 0 +
32,174 ft / s 2 ( 50 ft ) + 3,1843 + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -53,1842 ft.lbf/lbm
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka: = - η × Wp
Ws –53,1842 Wp
= –0,8 × Wp = 66,48034 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m × Wp =
1 hp 5227,4292 lbm/s×66,4803 ft.lbf/lbm × 550 ft.lbf / s ( 0,45359 )( 3600 )
= 0,3869 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/2 hp.
Universitas Sumatera Utara
LD.19. Pompa Sedimentasi (PU-02)
Fungsi
: Memompa air dari bak pengendapan ke klarifier.
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.2 Hasil Perhitungan Pompa Sedimentasi (PU-02) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30 995,68 5111,9594
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,00146
m3/s
0,0229
ft3/s
0,16345
ft
1,96138
in
Spesifikasi Pipa Do Schedule number
80
Ukuran nominal
2
in
0,166665
ft
Diameter dalam (Di)
1,939
in
0,1615817
ft
Diameter luar (Do)
2,375
in
0,1979147
ft
Luas permukaan
0,0205
2
ft
Kecepatan linear (v)
2,1909
ft/s
Nre
46895,8093
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0003
Friction factor (f)
0,0800
Gravitasi (gc)
32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0981
ft lbf/lbm
4 elbow 90 L/D
0,2942
Sharp edge entrance
0,0539
sharp edge exit L/D
0,0981
pipa lurus 30 ft
5,8270
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
6,3713
ft lbf/lbm
Perhitungan ekivalensi
delta Z
30
ft lbf/lbm ft,lbf/lbm ft lbf/lbm
ft
Universitas Sumatera Utara
Ws
36,3713
ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
45,4642
Daya pompa, P
ft,lbf/lbm
0,2646
Hp
1
Pemilihan Pompa
/2
Hp
LD.20. Pompa Alum (PU-03)
Fungsi
: Memompa larutan alum dari Tangki Pelarutan Alum (TP-01) ke Clarifier (CL)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.3 Hasil Perhitungan Pompa Alum (PU-03) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30 1363 0,2613
0
C
kg/m3
85,0915
lbm/ft
lbm/ft,s
kg/jam
1 6,72E-07
cP
4,516E-07
5,326E-08
3
0,00565
m /s
ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
0,06299
ft
0,5256
in
Schedule number
40
Ukuran nominal
1
in
0,0833
Diameter dalam (Di)
1,049
in
0,0874
ft
Diameter luar (Do)
1,315
in
0,1096
ft
0,006
2
Luas permukaan Kecepatan linear (v) Nre
0,9420
ft
ft/s
15517258,7527
Dari geankoplis
Universitas Sumatera Utara
Pipa comercial steel (ߝ )
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,000526221
Friction factor (f)
0,004 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0276
ft lbf/lbm
2 elbow 90 L/D
0,0207
Sharp edge entrance
0,0076
sharp edge exit L/D
0,0138
pipa lurus 30 ft
0,0757
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
0,1454
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
delta Z
30
Ws
32,2859
ft lbf/lbm ft,lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
40,3573
Daya pompa, P
0,2349 1
Pemilihan Pompa
/4
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.21. Pompa Soda Abu (PU-04)
Fungsi
: Memompa Larutan soda abu dari Tangki Pelarutan Soda Abu (TP-02) ke Clarifier (CL)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.4 Hasil Perhitungan Pompa Soda Abu (PU-04) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ)
30 1327 0,1411
0
C
kg/m3
82,8440
lbm/ft
kg/jam
1 3,69E-07
cP
2,48E-07
lbm/ft,s
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volume (Q)
2,954E-08
m3/s
1,043E-06
ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
0,001310897
Schedule number
ft
0,015730925
in
40
Ukuran nominal
1/8
in
0,0104
ft
Diameter dalam (Di)
0,269
in
0,0224
ft
Diameter luar (Do)
0,405
in
0,0337
ft
Luas permukaan
0,0004
2
ft
Kecepatan linear (v)
0,0026
ft/s
Nre
19533,7988
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,00205
Friction factor (f)
0,08
Gravitasi (gc)
32,174
ft/s2
Perhitungan ekivalensi ft lbf/lbm
1 check valve fully L/D
2,11E-07
2 elbow 90 L/D
1,59E-07
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
5,81E-08 1,06E-07
pipa lurus 30 ft
4,53E-05
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
4,58E-05
ft lbf/lbm
delta Z
20
Ws
20,0000
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
25,0001
Daya pompa, P
0,1455 1
Pemilihan Pompa
/4
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.22. Pompa Tangki Utilitas I (PU-05)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas I (TU-1) ke Sand Filter (SF)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Tabel LD.5 Hasil Perhitungan Pompa Tangki Utilitas I (PU-05) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F)
30 995,68 5111,9594
Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,0015
3
m /s
0,0515
ft3/s
0,1634
ft
1,9614
in
Spesifikasi Pipa Do Schedule number
40
Ukuran nominal
2
in
0,1667
ft
Diameter dalam (Di)
2,067
in
0,1722
ft
Diameter luar (Do)
2,375
in
0,1979
ft
Luas perpermukaanan
0,023
in
2,2103
ft/s
Kecepatan linear (v) Nre
43983,9919
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0003
Friction factor (f)
0,0080
Gravitasi (gc)
32,1740
ft/s2
Perhitungan ekivalensi ft lbf/lbm
1 check valve fully L/D
0,1518
elbow 90 L/D
0,1708
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0418 0,0759
pipa lurus 50 ft
0,7052
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
1,1456
ft lbf/lbm
delta Z Ws
30 31,1456
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp) Daya pompa, P
38,9320
ft,lbf/lbm
0,2266
Hp
¼
Hp
Pemilihan Pompa
LD.23. Pompa Tangki Utilitas II (PU-06)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas II (TU-02) ke Tangki Utilitas III (TU-03)
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.6 Hasil Perhitungan Pompa Filtrasi (PU-06) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit
30 995,68 5111,9594
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1
Viskositas (ߤ)
0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
Laju alir volume (Q)
0,0015
m3/s
0,0515
ft3/s
0,1634
ft
1,9614
in
Spesifikasi Pipa Do Schedule number
40
Ukuran nominal
2
in
0,1667
ft
Diameter dalam (Di)
2,067
in
0,1722
ft
Diameter luar (Do)
2,375
in
0,1979
ft
0,023
in
2,2103
ft/s
Luas permukaan Kecepatan linear (v) Nre
43983,9919
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0003
Friction factor (f)
0,0080
Gravitasi (gc)
32,1740
ft/s2
Perhitungan ekivalensi ft lbf/lbm
1 check valve fully L/D
0,0759
3 elbow 90 L/D
0,1708
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0418 0,0759
pipa lurus 50 ft
0,7052
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
1,0696
ft lbf/lbm
delta Z Ws
50 51,0696
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
63,8371
ft,lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa, P
0,3716 1
Pemilihan Pompa
/2
Hp Hp
LD.24. Pompa Tangki Utilitas II (PU-07)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas II ke Cation Exchanger (CE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.7 Hasil Perhitungan Pompa ke Cation Exchanger (PU-07) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30 995,68 194,1013
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,0001
3
m /s
0,0019
ft3/s
0,0371
ft
0,4456
in
Spesifikasi Pipa Do Schedule number
40
Ukuran nominal
½
in
Diameter dalam (Di)
0,622
in
0,0417
ft
Diameter luar (Do)
0,840
in
0,0518
ft
Luas permukaan
0,0021
2
ft
Kecepatan linear (v)
0,9106
ft/s
Nre
5452,8252
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ) Relative roughness (ߝ/Di) Friction factor (f)
0,000046 0,0009 0,009 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0258
ft lbf/lbm
3 elbow 90 L/D
0,0290
Sharp edge entrance
0,0071 0,0129
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D pipa lurus 20 ft
0,1790
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
0,2537
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
delta Z
40
Ws
40,2537
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
50,3172
Daya pompa, P
0,0109 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.25. Pompa Asam Sulfat, H2SO4 (PU-08)
Fungsi
: Memompa Larutan Asam Sulfat dari Tangki Pelarutan Asam Sulfat (TP-04) ke Cation Exchanger (CE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.8 Hasil Perhitungan Pompa Asam Sulfat (PU-08) Suhu (T)
30
0
C
Densitas (ߩ)
1061,7
kg/m3
Laju alir massa(F)
0,0194
kg/jam
Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
66,2815
lbm/ft
1 0,012
cP
0,0002
1,111E-09
3
m /s
1,961E-10
2,681E-05
ft
lbm/ft,s ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
0,000321
in
Schedule number
40
Ukuran nominal
1/8
in
Diameter dalam (Di)
0.269
in
0,0224
ft
Diameter luar (Do)
0,405
in
0,0337
ft
0,0004
2
Luas permukaan Kecepatan linear (v)
4,903E-07
Nre
3,399E-03
ft
ft/s
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,002052
Universitas Sumatera Utara
Friction factor (f)
0,08
Gravitasi (gc)
ft/s2
32,174
Perhitungan ekivalensi ft lbf/lbm
1 check valve fully L/D
7,472E-15
3 elbow 90 L/D
8,406E-15
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
2,055E-15 3,736E-15
pipa lurus 30 ft
1,600E-12
ft lbf/lbm
3,28E-12
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F) delta Z
30
Ws
30,000
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
37,500
Daya pompa, P
1,773E-07 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.26. Pompa NaOH (PU-09)
Fungsi
: Memompa Larutan Natrium Hidroksida dari tangki pelarutan NaOH (TP-03) ke Anion Exchanger (AE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.9 Hasil Perhitungan Pompa NaOH (PU-09) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F)
30 1518 0,0096
Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
0
C
kg/m3
94,7681
lbm/ft
kg/jam
1 0,0006
Pas
1,76E-09
m3/s
8,80E-05
ft
0,0423 2,48E-09
lbm/ft,s ft3/s
Spesifikasi Pipa Do Schedule number
40
Ukuran nominal
1
Diameter dalam (Di)
/8
in
0,269
in
0,00105
in
0,0224
ft
Universitas Sumatera Utara
Diameter luar (Do) Luas permukaan
0,405
in
0,0004
2
Kecepatan linear (v)
6,20E-06
Nre
3,11E-04
0,0337
ft
ft
ft/s
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0021
Friction factor (f)
0,08
Gravitasi (gc)
ft/s2
32,174
Perhitungan ekivalensi ft lbf/lbm
1 check valve fully L/D
1,19E-12
2 elbow 90 L/D
1,34E-12
Sharp edge entrance
3,28E-13 5,97E-13
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D pipa lurus 30 ft
2,56E-10
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
2,59E-10
ft lbf/lbm
delta Z
20
Ws
20,0000
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
25,0000
Daya pompa, P
1,07E-08 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.27. Pompa Cation Exchanger (PU-10)
Fungsi
: Memompa air hasil Cation Exchanger (CE) ke Anion Exchanger (AE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.10 Hasil Perhitungan Pompa Cation Exchanger (PU-10) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit
30 995,68 194,1013
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1
Universitas Sumatera Utara
Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,0001
3
m /s
0,0019
ft3/s
0,0371
ft
0,4456
in
Spesifikasi Pipa Do Schedule number
40
Ukuran nominal
½
in
0,04167
ft
0,622
in
0,05183
ft
0,84
in
0,07000
ft
Luas permukaan
0,0021
2
ft
Kecepatan linear (v)
0,9106
ft/s
Diameter dalam (Di) Diameter luar (Do)
Nre
5452,8252
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0009
Friction factor (f)
0,007 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0258
ft lbf/lbm
3 elbow 90 L/D
0,0290
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0071 0,0129
pipa lurus 20 ft
0,1790
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
0,2537
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
delta Z
40
Ws
40,2537
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
50,3172
Daya pompa, P
0,0109 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.28. Pompa Anion Exchanger (PU-11)
Fungsi
: Memompa air hasil dari Anion Exchanger (AE) ke Deaeator (DE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.11 Hasil Perhitungan Pompa Anion Exchanger (PU-11) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F)
30 995,68 194,1013
Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,0001
3
m /s
0,0019
ft3/s
0,0371
ft
Spesifikasi Pipa Do
0,445598906
in
Schedule number
40
Ukuran nominal
½
in
0,622
in
0,0518
ft
0,84
in
0,0670
ft
Luas permukaan
0,0021
2
ft
Kecepatan linear (v)
0,9106
ft/s
Diameter dalam (Di) Diameter luar (Do)
Nre
5452,8252
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ) Relative roughness (ߝ/Di) Friction factor (f)
0,000046 0,0009 0,007 32,174
ft/s2
2 check valve fully L/D
0,0258
ft lbf/lbm
3 elbow 90 L/D
0,0290
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0071 0,0129
pipa lurus 20 ft
1,5911
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
1,6658
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
delta Z Ws
20 21,6658
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp) Daya pompa, P Pemilihan Pompa
27,0823 0,0059 1
/8
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.29. Pompa Deaerator (PU-12)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Memompa air dari Tangki Deaerator (DE) ke Ketel Uap (KU)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.12 Hasil Perhitungan Pompa Deaerator (PU-12) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30 995,68 746,5436
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,0002
3
m /s
0,0074
ft3/s
0,0681
ft
0,8170
in
Spesifikasi Pipa Do Schedule number Ukuran nominal
80 1
in
0,0833
ft
Diameter dalam (Di)
0,957
in
0,0797
ft
Diameter luar (Do)
1,315
in
0,1096
ft
0,00499
2
Luas permukaan Kecepatan linear (v) Nre
1,47450466
ft
ft/s
13579,64845
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ) Relative roughness (ߝ/Di) Friction factor (f) Gravitasi (gc)
0,000046 0,0003 0,08 32,174
ft/s2
Perhitungan ekivalensi ft lbf/lbm
1 check valve fully L/D
0,06758
3 elbow 90 L/D
0,07602
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,01858 0,03379
pipa lurus 70 ft
0,71177
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
0,90774
ft lbf/lbm
delta Z Ws
30 30,9077
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi P1
0,8 1
atm
Universitas Sumatera Utara
P2
1
Beda tekanan
0
atm
Kerja pompa (Wp)
38,6346
ft,lbf/lbm
Daya pompa, P
0,03211
Hp
1
Pemilihan Pompa
/8
Hp
LD.30. Pompa Kaporit (PU-15)
Fungsi
: Memompa larutan kaporit dari Tangki Pelarutan Kaporit (TP-05) ke Tangki Utilitas 3 (TU-03)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.13 Hasil Perhitungan Pompa Kaporit (PU-15) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit
30 1272 3,47E-09
0
C
kg/m3
lbm/ft
kg/jam
1
Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
79,4104
4,52E-07 5,4154E-10
m3/s
2,6773E-14
lbm/ft,s ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
5,00E-07
ft
6,00E-06
in
Schedule number
40
Ukuran nominal
1/8
in
0,0104
ft
Diameter dalam (Di)
0,269
in
0,0224
ft
Diameter luar (Do)
0,405
in
0,0337
ft
0,0004
2
Luas permukaan Kecepatan linear (v) Nre
6,69E-11
ft
ft/s
33,3255
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ) Relative roughness (ߝ/Di) Friction factor (f) Gravitasi (gc)
0,000046 0,0021 0,08 32,174
ft/s2
Perhitungan ekivalensi 1 check valve fully L/D
1,392E-22
2 elbow 90 L/D
5,222E-23
Sharp edge entrance
3,829E-23
ft lbf/lbm ft lbf/lbm ft,lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
sharp edge exit L/D
6,962E-23
pipa lurus 30 ft
2,982E-20
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
3,012E-20
ft lbf/lbm
ft lbf/lbm
delta Z
30
ft
Ws
30
ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp) Daya pompa, P
37,5 1,44961E-13 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.31. Pompa Tangki Utilitas III (PU-16)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas 3 (TU-03) ke Kebutuhan Domestik
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.14 Hasil Perhitungan Pompa Tangki Utilitas III (PU-16) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30 995,68 867,9372
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
0,00024
3
0,00855
m /s
lbm/ft,s ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
0,0729
ft
0,8744
in
Schedule number
40
Ukuran nominal
1
in
0,0833
Diameter dalam (Di)
1,049
in
0,0874
ft
Diameter luar (Do)
1,315
in
0,1096
ft
Luas permukaan
0,006
2
ft
Kecepatan linear (v)
1,426
ft/s
Nre
14392,442
Dari geankoplis
Universitas Sumatera Utara
Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0005
Friction factor (f)
0,008 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0632
ft lbf/lbm
0 elbow 90 L/D
0,0000
Sharp edge entrance
0,0316 0,0873
ft,lbf/lbm
pipa lurus 100 ft
11,5633
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
11,6754
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
sharp edge exit L/D
delta Z
30
Ws
41,6754
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
52,0943
Daya pompa, P
0,0503 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.32. Pompa Water Cooling Tower (PU-17)
Fungsi
: Memompa air dari Menara Air Pendingin (CT) ke unit proses
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.15 Hasil Perhitungan Pompa Water Cooling Tower (PU-17) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir massa(F) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30 995,68 51104,5824
0
C
kg/m3
62,1599
lbm/ft
kg/jam
1 0,8007
cP
0,0005
lbm/ft,s
0,0143
3
0,5037
ft3/s
m /s
Spesifikasi Pipa
Universitas Sumatera Utara
Do
0,4560
Schedule number
ft
5,4726
in
80
Ukuran nominal
6,0000
in
0,5000
ft
Diameter dalam (Di)
5,7610
in
0,4801
ft
0,5521
ft
Diameter luar (Do)
6,6250
in
Luas permukaan
0,1810
ft2
Kecepatan linear (v)
2,7827
ft/s
Nre
154276,9609
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ)
0,000046
Relative roughness (ߝ/Di)
0,0001
Friction factor (f)
0,08 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,1203
ft lbf/lbm
1 elbow 90 L/D
0,0903
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0662 0,1203
pipa lurus 30 ft
2,4064
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
2,8035
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
delta Z
30
Ws
32,8035
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
41,0044
Daya pompa, P Pemilihan Pompa
ft,lbf/lbm
2,3333
Hp
2 1/2
Hp
LD.33. Pompa Tangki Bahan Bakar I (PU-13)
Fungsi
: Memompa solar dari Tangki Bahan Bakar (TB) ke Ketel Uap (KU).
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Tabel LD.16 Hasil Perhitungan Pompa Tangki Bahan Bakar I (PU-13) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir Volume (Q)
30
Laju alir volume (Q)
C
890,0712
kg/m3
75,7880
L/jam
Jumlah unit Viskositas (ߤ)
0
79,4104
lbm/ft
2 1,1
Cp
7,392E-04
2,11E-05
3
7,43E-04
m /s
lbm/ft,s ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
0,0239
ft
0,28706
in
Schedule number
40
Ukuran nominal
0,5
in
0,0417
ft
Diameter dalam (Di)
0,6220
in
0,0518
ft
Diameter luar (Do)
0,8400
in
0,0700
ft
0,00211
2
Luas permukaan Kecepatan linear (v) Nre
0,3523
ft
ft/s
1372,9283
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ) Relative roughness (ߝ/Di) Friction factor (f)
0,000046 0,0009 0,08 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0019
ft lbf/lbm
2 elbow 90 L/D
0,0029
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0011 0,0019
pipa lurus 30 ft
0,2382
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
0,2460
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
delta Z Ws
20 30,2460
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp) Daya pompa, P Pemilihan Pompa
37,8075 0,0032 1
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
Universitas Sumatera Utara
LD.34. Pompa Tangki Bahan Bakar II (PU-14)
Fungsi
: Memompa solar dari Tangki Bahan Bakar (TB) ke Generator
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Dengan menggunakan perhitungan yang analog pada pompa screening (PU-01), maka dapat ditabulasikan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel LD.17 Hasil Perhitungan Pompa Tangki Bahan Bakar II (PU-14) Suhu (T) Densitas (ߩ) Laju alir Volume (Q) Jumlah unit Viskositas (ߤ) Laju alir volume (Q)
30
0
C
890,0712
kg/m3
27,1054
L/jam
79,4104
lbm/ft
2 1,1
Cp
7,392E-04
7,53E-06
3
2,66E-04
m /s
lbm/ft,s ft3/s
Spesifikasi Pipa Do
0,0151
ft
0,180732952
in
Schedule number
80,0000
Ukuran nominal
0,2500
in
0,0208
ft
Diameter dalam (Di)
0,3020
in
0,0252
ft
Diameter luar (Do)
0,5400
in
0,0450
ft
Luas permukaan
0,0005
2
ft
Kecepatan linear (v)
0,5318
ft/s
Nre
1006,0812
Dari geankoplis Pipa comercial steel (ߝ) Relative roughness (ߝ/Di) Friction factor (f)
0,000046 0,0018 0,08 32,174
ft/s2
1 check valve fully L/D
0,0044
ft lbf/lbm
1 elbow 90 L/D
0,0088
Sharp edge entrance
ft,lbf/lbm
sharp edge exit L/D
0,0024 0,0044
pipa lurus 30 ft
1,1176
ft lbf/lbm
Total ekivalensi pipa (∑ F)
1,1376
ft lbf/lbm
Gravitasi (gc) Perhitungan ekivalensi
delta Z Ws
20 21,1376
ft lbf/lbm ft lbf/lbm
ft ft lbf/lbm
Perhitungan daya pompa Efisiensi
0,8
Universitas Sumatera Utara
P1
1
atm
P2
1
atm
Beda tekanan
0
Kerja pompa (Wp)
26,4220
Daya pompa, P
0,0008 1
Pemilihan Pompa
/20
ft,lbf/lbm Hp Hp
LD.35. Tangki Bahan Bakar (TB)
Fungsi
: Tempat penyimpanan bahan bakar
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal.
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA – 283, Grade C.
Kondisi operasi: Temperatur
= 300C
Tekanan
= 1 atm
Laju Volume Solar
= 102,8934 L/jam
Densitas Solar
= 890,0712 kg/m3= 55,56 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 60 hari
Faktor keamanan
= 20 %
Jumlah
= 2 unit
(Perhitungan BAB VII) (Perry, 1997)
Perhitungan Desain Tangki a. Volume tangki
102,8934 L/jam ×7 hari × 24 jam/hari 3 Volume air, Va = 1000 L/m = 8,6430 m3 2 unit Volume tangki, Vt = 1,2 × 8,6430 m3 = 10,3717 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3 1 πD 2 H 4 1 ⎛3 ⎞ 10,3717 m3 = πD 2 ⎜ D ⎟ 4 ⎝2 ⎠ 3 10,3717 m3 = πD3 8 V=
Universitas Sumatera Utara
LD-56
Maka, D = 2,07 m H = 3,10 m c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 2,07 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1 Tinggi tutup
=
1 × 2,07 = 0,52 m 4
Tinggi tangki total = 3,10 + 2(0,52) = 4,13 m d. Tebal shell dan tutup tangki Tinggi cairan dalam tangki = Phidro
8,6430 m3 × 3,10 m = 2,5815 m 10,3717 m3
= ρ×g×h = 890,0712 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,5815 m = 22,5177 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 22,5177 kPa + 101,325 kPa = 123,8427 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesign
= (1,05) × (123,8427 kPa) = 130,0348 kPa
Joint efficiency (E)
= 0,8
(Peters, et.al., 2004)
Allowable stress (S)
= 13700 psia = 94458,21 kPa
(Peters, et.al., 2004)
Umur alat (n)
= 10 tahun
Faktor korosi (c)
= 1/8 in = 0,0032 m
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki: PD +nC 2SE − 1,2P (130,0348 kPa) × (2,07 m) = + (10 × 0, 0032) 2 × (94458,21 kPa) × (0,8) − 1,2 × (130,0348 kPa) = 0,04409 m = 1,7358 in t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 3/4 in
(Walas, 1988)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup
1 3/4 in.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik pembuatan asam benzoat ini digunakan asumsi sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 6.000 ton/tahun. 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Timmerhaus et al, 2004). 4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 8.523,-
(www.bi.go.id, 05 Mei 2011)
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 = 24.580 m2 Biaya tanah pada lokasi pabrik di Kabupaten Bangkalan, Jawa Timur berkisar Rp 1.100.000,- /m2.
(www.kompas.com, 2011)
Harga tanah seluruhnya= 24.580 m2 × Rp 1.100.000/m2 = Rp 27.038.000.000 ,Biaya perataan tanah diperkirakan 5% Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 27.038.000.000 = Rp 1.351.900.000,Maka modal untuk pembelian tanah (A) adalah Rp 28.389.900.000,Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya Harga No Nama Bangunan Luas (m2) (Rp/m2) 1 2 3 4 5 6 7 8
Pos keamanan Parkir Taman Areal bahan baku Ruang kontrol Areal proses Areal produk Perkantoran
50 350 400 500 150 6500 1000 500
1.000.000 750.000 250.000 1.250.000 1.250.000 1.750.000 1.250.000 1.250.000
Jumlah (Rp) 50.000.000 262.500.000 100.000.000 625.000.000 187.500.000 11.375.000.000 1.250.000.000 625.000.000
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ................. (lanjutan) Harga Jumlah No Nama Bangunan Luas (m2) 2 (Rp/m ) (Rp) 9 Laboratorium 800 1.250.000 1.000.000.000 10 Poliklinik 350 1.250.000 437.500.000 11 Kantin 200 500.000 100.000.000 12 Tempat ibadah 80 1.250.000 100.000.000 13 Gudang peralatan 500 1.250.000 625.000.000 14 Bengkel 700 1.250.000 875.000.000 15 Unit pemadam kebakaran 300 1.250.000 375.000.000 16 Unit pengolahan air 1500 1.250.000 1.875.000.000 17 Unit pembangkit listrik 500 1.250.000 625.000.000 18 Unit pengolahan limbah 900 1.250.000 1.125.000.000 *) 19 Areal perluasan 2000 200.000 400.000.000 *) 20 Jalan 1000 500.000 500.000.000 21 Perumahan Karyawan 4500 1.250.000 5.625.000.000 22 Perpustakaan 300 1.000.000 300.000.000 23 Area antara bangunan dan lainnya 1500 500.000 750.000.000 TOTAL 24580 29.187.500.000 Harga bangunan saja
= Rp 27.175.000.000,-
Harga sarana
= Rp 2.012.500.000,-
Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp 29.187.500.000,-
1.1.2 Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Timmerhaus et al, 2004) : ⎡X ⎤ Cx = Cy ⎢ 2 ⎥ ⎣ X1 ⎦
m
⎡Ix ⎤ ⎢ ⎥ ⎢⎣ I y ⎥⎦
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2011 Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = kapasitas alat yang tersedia X2 = kapasitas alat yang diinginkan Ix = indeks harga pada tahun 2011 Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2011 digunakan metode regresi koefisien korelasi: r=
[n ⋅ ΣX i ⋅ Yi − ΣX i ⋅ ΣYi ] (n ⋅ ΣX i 2 − (ΣX i )2 )× (n ⋅ ΣYi 2 − (ΣYi )2 )
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift Tahun Indeks No. Xi.Yi (Xi) (Yi) 1 1987 814 1617418 2 1988 852 1693776 3 1989 895 1780155 4 1990 915,1 1821049 5 1991 930,6 1852824,6 6 1992 943,1 1878655,2 7 1993 964,2 1921650,6 8 1994 993,4 1980839,6 9 1995 1027,5 2049862,5 10 1996 1039,1 2074043,6 11 1997 1056,8 2110429,6 12 1998 1061,9 2121676,2 13 1999 1068,3 2135531,7 14 2000 1089 2178000 15 2001 1093,9 2188893.9 16 2002 1102,5 2207205 Total 31912 15846,4 31612010,5 Sumber: Tabel 6-2, Timmerhaus et al, 2004 Data :
n = 16
∑Xi = 31912
∑XiYi = 31612010,5 ∑Xi² = 63648824
(Montgomery, 1992)
Xi²
Yi²
3948169 662596 3952144 725904 3956121 801025 3960100 837408,01 3964081 866016,36 3968064 889437,61 3972049 929681,64 3976036 986843,56 3980025 1055756,25 3984016 1079728,81 3988009 1116826,24 3992004 1127631,61 3996001 1141264,89 4000000 1185921 4004001 1196617,21 4008004 1215506,25 63648824 15818164,44
∑Yi = 15846,4 ∑Yi² = 15818164,44
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE.2, maka diperoleh harga koefisien korelasi: r =
(16) . (31612010,5) – (31912)(15846,4) [(16). (63648824) – (31912)²] x [(16)( 15818164,44) – (15846,4)² ]½
≈ 0,9808 = 1
Universitas Sumatera Utara
Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b ⋅ X dengan:
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2011)
X
= variabel tahun ke n – 1
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh :
b=
(n ⋅ ΣX i Yi ) − (ΣX i ⋅ ΣYi ) (n ⋅ ΣXi 2 ) − (ΣXi )2
a =
ΣYi. ΣXi 2 − ΣXi. ΣXi.Yi n.ΣXi 2 − (ΣXi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : b = 16 .( 31612010,5) – (31912)(15846,4) 16. (63648824) – (31912)² = 18,7226 a = (15846,4)( 63648824) – (31912)(31612010,5) 16. (63648824) – (31912)² = -36351,9196 Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+b⋅X Y = 18,7226X – 36351,9196 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2011 adalah: Y = 18,7226 (2011) – 36351,9196 Y = 1299,32 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Timmerhaus et al, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Timmerhaus et al, 2004).
Universitas Sumatera Utara
Contoh perhitungan harga peralatan: a. Tangki Penyimpanan Toluena (TK-102) Kapasitas tangki , X2 = 133,233 m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 6700. Dari tabel 6-4, Timmerhaus, 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103.
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan.(Peters et.al., 2004) Indeks harga tahun 2011 (Ix) adalah 1318,05. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 146,5563 m3 adalah :
133,2330 Cx = US$ 6700 × 1
0,49
Cx = US$
86.751,-
Cx = Rp
739.382.073,-/unit
×
1299,32 1103
Universitas Sumatera Utara
b. Kolom Distilasi I (T-201) Pada proses, kolom distilasi yang dipergunakan berukuran diameter 0,3197 m, dengan tinggi kolom 3,200 m dengan banyaknya tray dalam kolom sebanyak 8 buah. Dari Gambar LE.2, didapat bahwa untuk spesifikasi tersebut didapat harga peralatan pada tahun 2002 (Iy= 1103) adalah US$ 15.600,-. Maka harga pada tahun 2011 adalah :
Gambar LE.2 Harga Peralatan untuk Kolom Distilasi. Harga Tidak Termasuk Trays, Packing, atau Sambungan. (Peters et.al., 2004) Cx,kolom = US$ 15.600 × Cx
1299,32 1103
= US$ 18.377,-
Cx,kolom = Rp 156.624.221,-/unit Harga tiap sieve tray adalah US$ 500,- untuk kolom berdiameter 1 m. Maka untuk tray sebanyak 8 piring dengan diameter 0,3197 m diperoleh:
Universitas Sumatera Utara
Gambar LE.3 Harga Tiap Tray dalam Kolom Distilasi. Harga Termasuk Tanggul, Permukaan Saluran Limpah, Saluran Uap dan Bagian Struktur Lainnya. (Peters et.al., 2004) Cx,tray = 8 x US$ 500 x
0,3197 1
0,86
×
1299,32 × (Rp 8.523)/(US$ 1) 1103
Cx,tray = Rp 24.226.453,Jadi total harga keseluruhan unit distilasi (T-201) adalah = Rp 156.624.221,- + Rp 24.226.453,= Rp 180.850.675,52,Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel LE.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 = 5% - Biaya asuransi = 1% - Bea masuk = 15 % (Rusjdi, 2004) - PPn = 10 % (Rusjdi, 2004) - PPh = 10 % (Rusjdi, 2004) - Biaya gudang di pelabuhan = 0,5 % - Biaya administrasi pelabuhan = 0,5 %
Universitas Sumatera Utara
-
= 0,5 % = 0,5 % = 43 %
Transportasi lokal Biaya tak terduga Total
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - PPn = 10 % (Rusjdi, 2004) - PPh = 10 % (Rusjdi, 2004) - Transportasi lokal = 0,5 % - Biaya tak terduga = 0,5 % Total = 21 % Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses No. Kode Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
TK-101 TK-102 TK-202 TK-203 C-101 C-102 C-103 E-101 E-102 E-103 E-104 E-105 E-106 M-101 M-102 R-101 D-201 V-101 E-110 E-201 E-202 E-203 E-204 E-205 E-206
8 8 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
Harga Total (Rp)
2.006.181.977 774.731.710 190.936.214 271.685.435 432.922.038 26.156.397 1.042.169.782 18.222.660 13.737.907 17.135.117 32.312.727 20.366.897 19.839.900 320.967.168 358.856.557 652.952.350 2.792.190.870 196.508.131 356.935.351 54.260.422 34.040.929 47.291.382 37.239.319 15.218.922 16.243.503
13.430.451.930 5.915.056.583 381.872.428 543.370.870 432.922.038 26.156.397 1.042.169.782 18.222.660 13.737.907 17.135.117 32.312.727 20.366.897 19.839.900 320.967.168 358.856.557 652.952.350 2.792.190.870 196.508.131 356.935.351 54.260.422 34.040.929 47.291.382 37.239.319 15.218.922 16.243.503
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ..........................................(Lanjutan) No. Kode Ket*) Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) 26 1 E-207 I 36.992.791 36.992.791 27 1 E-208 I 58.677.774 58.677.774 28 1 T-201 I 128.928.434 128.928.434 29 8 Tray I 1.882.708 15.061.665 30 1 V-201 I 51.483.563 51.483.563 31 RB-201 1 I 37.457.171 37.457.171 32 1 T-202 I 205.923.984 205.923.984 33 17 Tray I 2.689.499 45.721.478 34 1 V-202 I 27.278.688 27.278.688 35 RB-202 1 I 30.239.736 30.239.736 36 CR-201 1 I 76.109.793 76.109.793 37 DE-201 1 I 30.445.817 30.445.817 38 1 J-101 NI 26.058.391 26.058.391 39 1 J-102 NI 26.090.961 26.090.961 40 1 J-103 NI 25.881.578 25.881.578 41 1 J-104 NI 12.108.103 12.108.103 42 1 J-105 NI 15.946.620 15.946.620 43 1 J-201 NI 25.799.927 25.799.927 44 1 J-202 NI 24.627.392 24.627.392 45 1 J-203 NI 11.670.052 11.670.052 46 1 J-204 NI 24.904.837 24.904.837 47 1 J-205 NI 16.801.770 16.801.770 48 1 J-206 NI 21.751.167 21.751.167 49 1 J-207 NI 22.987.166 22.987.166 50 1 J-208 NI 16.768.070 16.768.070 51 1 J-209 NI 14.836.619 14.836.619 52 1 J-210 NI 11.660.433 11.660.433 53 1 J-211 NI 14.717.580 14.717.580 54 1 C-201 I 216.434.321 216.434.321 55 1 C-202 I 216.250.791 216.250.791 Harga Total Rp 28.265.936.812,Import Rp 27.953.326.148,Non import Rp 312.610.664,-
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Kode No. Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) Alat 1 SC 1 NI 103.178.030 2 BS 1 NI 60.996.815 3 CL 1 I 204.649.354 4 SF 1 I 156.465.959 5 TU-01 1 I 130.958.139 6 TU-02 1 I 76.301.807 7 TU-03 1 I 107.161.682
Harga Total (Rp) 103.178.030 60.996.815 204.649.354 156.465.959 130.958.139 76.301.807 107.161.682
8
CT
1
I
157.929.417
157.929.417
9
DE
1
I
189.523.942
189.523.942
10
KU
3
I
2.051.582.100
6.154.746.300
11
CE
1
I
6.786.230
6.786.230
12
AE
1
I
6.786.230
6.786.230
13
TB
2
I
211.048.482
422.096.965
14
TP-01
1
I
50.289.220
50.289.220
15
TP-02
1
I
20.884.964
20.884.964
16
TP-03
1
I
11.376.303
11.376.303
17
TP-04
1
I
31.594.568
31.594.568
18
TP-05
1
I
9.056.079
9.056.079
19
PU-01
1
NI
5.817.606
5.817.606
20
PU-02
1
NI
5.820.238
5.820.238
21
PU-03
1
NI
2.683.655
2.683.655
22
PU-04
1
NI
2.209.275
2.209.275
23
PU-05
1
NI
5.872.384
5.872.384
24
PU-06
1
NI
5.872.384
5.872.384
25
PU-07
1
NI
2.402.726
2.402.726
26
PU-08
1
NI
1.496.683
1.496.683
27
PU-09
1
NI
1.742.061
1.742.061
28
PU-10
1
NI
2.402.726
2.402.726
29
PU-11
1
NI
2.402.726
2.402.726
30 31
PU-12
1
NI
3.020.259
3.020.259
PU-13
1
NI
1.437.863
1.437.863
32
PU-14
1
NI
1.023.403
1.023.403
33
PU-15
1
NI
1.180.707
1.180.707
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas ..........................................(Lanjutan) 34
PU-16
1
NI
3.207.554
3.207.554
35
PU-17
1
NI
12.358.485
12.358.485
36
GE
2
NI
125.000.000
250.000.000
Harga Total
Rp 8.211.732.741,-
Import
Rp 7.736.607.158,Rp 475.125.583,-
Non import
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor.
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x ( Rp. 27.953.326.148,- + Rp. 7.736.607.158,- ) + 1,21 x ( Rp. 312.610.664,- + Rp. 475.125.583,- ) =
Rp. 51.989.765.487,-
Biaya pemasangan diperkirakan 39 % dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004). Biaya pemasangan = 0,39 × Rp 51.989.765.487,1.1.3
= Rp. 20.276.008.540,Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp 51.989.765.487,- + Rp 20.276.008.540,= Rp 72.265.774.027,-
1.1.4
Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,26 × Rp. 51.989.765.487,= Rp. 13.517.339.027,-
1.1.5
Biaya Perpipaan Diperkirakan
biaya
perpipaan
60%
dari
total
harga
peralatan
(Timmerhaus et al, 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,6 × 51.989.765.487,= Rp. 31.193.859.292,-
Universitas Sumatera Utara
1.1.6
Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 × 51.989.765.487,=
1.1.7
Rp 10.397.953.097,-
Biaya Insulasi Diperkirakan
biaya
insulasi
20%
dari
total
harga
peralatan
(Timmerhaus et al, 2004). Biaya insulasi (G)
= 0,2 × 51.989.765.487,= Rp 10.397.953.097,-
1.1.8
Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 3% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,03 × 51.989.765.487,= Rp 1.559.692.965,-
1.1.9
Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 2% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,02 × 51.989.765.487,= Rp. 1.039.795.310,-
Universitas Sumatera Utara
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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Jenis Kendaraan Dewan Komisaris General Manager Manajer Kepala Seksi Bus karyawan Motor Karyawan Truk Bulldozer Mobil Patroli Mobil pemasaran Mobil pemadam kebakaran Excavator
Unit
Tipe
Harga/ Unit (Rp)
2 1 4 16 2 105 5 2 3 3
BMW X6 xDrive 50i
2.058.000.000
Toyota Alphard 3,5 V A/T
1.034.000.000
Toyota Fortuner 2.7 V A/T
479.300.000
Honda CR-V 2.0 i-VTEC
359.000.000
Bus Mercedes Benz
620.000.000
Honda Supra X125 R
13.600.000
FUSO 320 PD 6x4
618.000.000
Komatsu 705
445.000.000
Isuzu Panther Pick Up
136.000.000
Minibus L-300
191.500.000
4.116.000.000 1.034.000.000 1.917.200.000 5.744.000.000 1.240.000.000 1.428.000.000 3.090.000.000 890.000.000 408.000.000 574.500.000
2
Mercedes Benz
950.000.000
1.900.000.000
2
Komatsu 605
615.000.000
1.230.000.000 Rp 23.571.700.000
Total
Harga Total (Rp)
(sumber: www.oto.co.id, 2011) Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 221.521.466.816,1.2
Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL)
1.2.1
Biaya Pra Investasi Diperkirakan 7% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Pra Investasi (K)
= 0,07 × Rp 51.989.765.487,= Rp. 3.639.283.584,-
1.2.2
Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 30% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,30 × Rp 51.989.765.487,= Rp. 15.596.929.646,-
Universitas Sumatera Utara
1.2.3
Biaya Legalitas Diperkirakan 4% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,04 × Rp 51.989.765.487,=
1.2.4
Rp. 2.079.590.619,-
Biaya Kontraktor Diperkirakan 19% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,19 × Rp 51.989.765.487,=
1.2.5
Rp. 9.878.055.443,-
Biaya Tak Terduga Diperkirakan 37% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,37 × Rp 51.989.765.487,=
Rp. 19.236.213.230,-
Total MITTL = K + L + M + N+O = Rp. 50.430.072.523,Total MIT
2
= MITL + MITTL =
Rp. 221.521.466.816,- + 50.430.072.523,-
=
Rp. 271.951.539.339,-
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. Toluena (C7H8) Kebutuhan
= 1.069,565 kg/jam = 1.246,58 L/jam
Harga C7H8
= Rp 210.052/ L
Harga total
= 330 hari × 24 jam/hr × 1.246,58 L/jam × Rp 210.052,- / L
(www.merck-chemical.com, 2011)
= Rp 2.073.830.242.105,2. Oksigen (O2) Kebutuhan
= 516,4640 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Harga
= Rp. 34.759,-/ kg
(www.lookchem.com, 2011)
Harga total
= 330 hari × 24 jam/hari × 742,9120 kg/jam x Rp. 34.759,-/ kg = Rp 142.178.035.634,-
3. Katalis (Mangan Asetat) Kebutuhan
= 24,600 kg/ jam
Harga
= US$ 70 /kg = Rp. 600.296,-/kg
Harga total
= 330 hari × 24 jam/hari x 24,600 kg/ jam x Rp 154.880,-/kg
(ICIS Pricing, 2011)
= Rp 4.873.202.928,-
2.1.2
Persediaan bahan baku utilitas
1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 0,2614 kg/jam
Harga
= Rp 1.000 ,-/kg
Harga total
= 330 hari × 24 jam/hari × 0,2614 kg/jam × Rp 1.000,- /kg
(www.indonetwork.co.id,2011)
= Rp 2.070.062,2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 0,1411 kg/jam Harga
= Rp 6.000,-/kg
(P.T Noah Funtastic Pools, 2009)
Harga total = 330 hari × 24 jam/hari × 0,1411 kg/jam × Rp 6.000,-/kg = Rp 6.707.001,3. Kaporit Kebutuhan = 0,0025 kg/jam Harga
= Rp 17.000,-/kg
(P.T Noah Funtastic Pools, 2009)
Harga total = 330 hari × 24 jam/hari × 0,0025 kg/jam × Rp 17.000,-/kg = Rp 333.883,4. H2SO4 Kebutuhan
= 0,0042 kg/jam = 0,0105 L/jam
Harga
= Rp 35.500-/L
Harga total
= 330 hari × 24 jam x 0,0042 L/jam × Rp 35.500-/L
(PT. Bratachem, 2009)
= Rp 648.724,-
Universitas Sumatera Utara
5. NaOH Kebutuhan
= 0,0096 kg/jam
Harga
= Rp 3250,-/kg
Harga total
= 330 hari × 24 jam × 0,0096 kg/jam × Rp 3250,-/kg
(PT. Bratachem 2009)
= Rp 246.918,6. Solar Kebutuhan = 102,8934 L/jam Harga solar untuk industri = Rp.6.860,-/liter
(PT.Pertamina, 2011)
Harga total = 330 hari × 24 jam/hari × 102,8934 L/jam × Rp. 6.860,-/liter = Rp 5.590.321.793,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun (330 hari) adalah =
Rp 2.226.481.809.048,-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 bulan (30 hari) adalah = Rp 2.226.481.809.048,-/12 = Rp. 185.540.150.754,-
2.2
Kas
2.2.1 Gaji Pegawai Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai No
Jabatan
Jumlah
Gaji/orang (Rp)
Total Gaji (Rp)
1 Dewan Komisaris
2
15.000.000
30.000.000
2 General Manager
1
25.000.000
25.000.000
3 Staf Ahli
2
12.000.000
24.000.000
4 Sekretaris
2 1 1 1 1 1 1 1
4.500.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000
9.000.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 12.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000
13 Kepala Seksi Utilitas
1 1
8.000.000 8.000.000
8.000.000 8.000.000
14 Kepala Seksi Mesin
1
8.000.000
8.000.000
5 Manajer Produksi 6 Manajer Teknik 7 Manajer Umum dan Keuangan 8 Manajer Pembelian dan Pemasaran 9 Kepala Seksi Proses 10 Kepala Seksi Laboratorium QC 11 Kepala Seksi Laboratorium QA 12 Kepala Seksi R&D
Universitas Sumatera Utara
15 Kepala Seksi Listrik 16 Kepala Seksi Instrumentasi
1 1
8.000.000 8.000.000
8.000.000 8.000.000
17 Kepala Seksi Pemeliharaan Pabrik
1
8.000.000
8.000.000
18 Kepala Seksi Keuangan
1 1 1 1 1 1 1 50 20 20
8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000
8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 8.000.000 125.000.000 50.000.000 50.000.000
15
2.500.000
37.500.000
1 2 8 5 2 150
2.500.000 2.500.000
2.500.000 5.000.000
1.700.000 1.300.000 1.300.000
13.600.000 6.500.000 2.600.000 556.700.000
19 Kepala Seksi Administrasi 20 Kepala Seksi Personalia 21 Kepala Seksi Humas 22 Kepala Seksi Keamanan 23 Kepala Seksi Pembelian 24 Kepala Seksi Penjualan 25 Karyawan Produksi 26 Karyawan Teknik 25 Karyawan Umum dan Keuangan 26 27 28 29 30 31
Karyawan Pembelian dan Pemasaran Dokter Perawat Petugas Keamanan Petugas Kebersihan Supir Total
Diperkirakan seluruh karyawan 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. (Kepmen, 2003) Diperkirakan dalam 1 tahun 12 hari libur dengan 8 jam kerja untuk tiap harinya, artinya dalam satu bulan memiliki 1 hari libur yang dimanfaatkan sebagai lembur, maka: Gaji lembur untuk 8 jam kerja yaitu: 1 jam pertama
= 1,5 x 1 x 1/173 x Rp. 556.700.000 = Rp. 4.826.879,-
7 jam berikutnya
= 2 x 7 x 1/173 x Rp. 556.700.000
Total gaji lembur dalam 1 bulan
= Rp. 45.050.867,-
= Rp 49.877.746,-
Jadi, gaji pegawai selama 1 bulan beserta lembur = Rp 49.877.746,- + Rp 571.500.000 = Rp 606.577.746,Total gaji pegawai selama 1 tahun beserta lembur = Rp 7.278.932.948,-
Universitas Sumatera Utara
2.2.2
Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 7.278.932.948,= Rp 1.455.786.590,-
2.2.3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 7.278.932.948,= Rp 1.455.786.590,Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. Jenis Biaya 1. Gaji Pegawai 2. Administrasi Umum 3. Pemasaran
Jumlah (Rp) Rp 7.278.932.948,Rp 1.455.786.590,Rp 1.455.786.590,Rp 10.190.506.127,Total Biaya kas untuk 1 bulan = Rp 10.190.506.127,-/12 = Rp 849.208.844,-
2.3
Biaya Start – Up Diperkirakan 8 % dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus et al, 2004). = 0,08 × Rp 271.951.539.339,= Rp 21.756.123.147,-
2.4
Piutang Dagang PD =
IP × HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : 1. Asam Benzoat Harga jual Asam Benzoat
= US$ 43,02/ kg (www.ICISpricing.com,2011)
Maka Harga Asam Benzoat
= Rp 366.489,- /kg
Produksi Asam Benzoat
= 757,5760 kg/jam
Hasil penjualan Asam Benzoat tahunan = 757,5760 kg/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun × Rp 366.489,- /kg = Rp 2.199.747.798.119,-
Universitas Sumatera Utara
2. Benzaldehide Harga jual Benzaldehide
= US$ 32,29/ kg (www.ICISpricing.com,2011)
Maka Harga Benzaldehide
= Rp 263.357,- /kg
Produksi Benzaldehide
= 125,2300 kg/jam
Hasil penjualan Benzaldehide tahunan = 125,2300 kg/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun × Rp 263.357,- /kg = Rp 261.202.786.212,3. Benzil Alkohol Harga jual Benzil Alkohol
= US$ 38,90 / kg (www.merck-chemical.com, 2011)
Maka Harga Benzil Alkohol = Rp 331.545,- /kg Produksi Benzil Alkohol
= 251,2900 kg/jam
Hasil penjualan Benzil Alkohol tahunan = 251,2900 kg/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun × Rp 331.545,- /kg = Rp 659.845.831.891,Piutang Dagang =
1 × Rp 3.120.796.416.222,12
= Rp 260.066.368.019,Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No.
Jenis Biaya
1. 2. 3. 4.
Bahan Baku Proses dan Utilitas Kas Start Up Piutang Dagang Total
Jumlah Rp 2.226.481.809.048,Rp 10.190.506.127,Rp 21.756.123.147,Rp 260.066.368.019,Rp 2.518.494.806.340,-
Total Modal Kerja 1 bulan = Rp. 2.518.494.806.340,-/12 = Rp. 468.211.850.763,Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 271.951.539.339,- + Rp. 468.211.850.763,= Rp 740.163.390.102,-
Universitas Sumatera Utara
Modal ini berasal dari: - Modal sendiri
= 60 % dari total modal investasi = 0,6 × Rp 740.163.390.102,= Rp 444.098.034.061,-
- Pinjaman dari Bank
= 40 % dari total modal investasi = 0,4 × Rp 740.163.390.102,=
3.
Rp 296.065.356.041,-
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 606.577.746,= Rp 8.492.088.439,-
3.1.2
Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 13,5 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2011). Bunga bank (Q)
= 0,135 × Rp 296.065.356.041,= Rp 39.968.823.066,-
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.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta
Masa
Tarif
Berwujud
(tahun)
(%)
4
25
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri.
2. Kelompok 2
8
12,5
Mobil, truk kerja
3. Kelompok 3
16
6,25
Mesin industri kimia, mesin industri mesin
20
5
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
Sumber : Waluyo, 2000 dan Rusdji,2004 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 Komponen
Biaya (Rp)
Bangunan Peralatan proses dan utilitas Instrumentrasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi TOTAL
29.187.500.000 72.265.774.027 13.517.339.027 31.193.859.292 10.397.953.097 10.397.953.097 1.559.692.965 1.039.795.310 23.571.700.000
Umur (tahun) 20 17 5 5 5 5 4 5 10
Depresiasi (Rp) 1.459.375.000 4.516.610.877 1.689.667.378 3.899.232.412 1.299.744.137 1.299.744.137 389.923.241 129.974.414 2.946.462.500 17.630.734.096
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.
Universitas Sumatera Utara
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 50.430.072.523,= Rp 12.607.518.131,-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 17.630.734.096 + Rp 12.607.518.131,= Rp 30.238.252.227,-
3.1.4
Biaya Tetap Perawatan
1. Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%, diambil 10% dari harga peralatan terpasang di pabrik (Timmerhaus et al,2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 × Rp 72.265.774.027,=
Rp 7.226.577.403,-
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 % dari harga bangunan (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan bangunan
= 0,1 × Rp 29.187.500.000,= Rp 2.918.750.000,-
3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 % dari harga kendaraan (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan kendaraan
= 0,1 × Rp 23.571.700.000,= Rp 2.357.170.000,-
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 % dari harga instrumentasi dan alat control. (Timmerhaus et al, 2004).
Universitas Sumatera Utara
= 0,1 × Rp. 13.517.339.027,-
Perawatan instrumen
=
Rp
1.351.733.903,-
5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 % dari harga perpipaan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 × Rp. 31.193.859.292,-
Perawatan perpipaan
= Rp 3.119.385.929,6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 % dari harga instalasi listrik (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan listrik
= 0.1 × Rp 10.397.953.097,=
Rp 1.039.795.310,-
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 % dari harga insulasi (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan insulasi
= 0.1 × Rp 10.397.953.097,=
Rp 1.039.795.310,-
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 % dari harga inventaris kantor (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 × Rp 1.559.692.965,=
Rp 155.969.296,-
9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 % dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 × Rp 1.039.795.310,= Total biaya perawatan (S)
3.1.5
Rp
103.979.531,-
= Rp 19.313.156.682,-
Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 % dari modal investasi tetap. Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 x Rp 271.951.539.339,= Rp 54.390.307.868,-
3.1.6
Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = Rp. 1.455.786.590,-
Universitas Sumatera Utara
3.1.7
Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 1 tahun
= Rp 1.455.786.590,-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi = 0,5 x Rp 1.455.786.590 = Rp 727.893.295,Biaya pemasaran dan distribusi (V)
3.1.8
= Rp 2.183.679.884,-
Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5 % dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al, 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,05 x Rp 54.390.307.868,= Rp 2.719.515.393,-
3.1.9
Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 271.951.539.339,= Rp 2.719.515.393,-
3.1.10 Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung. (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2009). = 0,0031 × Rp 271.951.539.339,= Rp 686.716.547,2. Biaya asuransi karyawan. Biaya asuransi karyawan adalah 4,24% dari gaji (PT. Jamsostek, 2007). Maka biaya asuransi karyawan = 0,0424 x Rp 7.278.932.948,= Rp 308.626.757,Total biaya asuransi (Y)
= Rp 995.343.304,-
Universitas Sumatera Utara
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).
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).
Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).
Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut :
Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Asam Benzoat Nilai Perolehan Objek Pajak •
Tanah
Rp 27.038.000.000,-
•
Bangunan
Rp 27.175.000.000,-
Total NJOP
Rp 54.213.000.000,-
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
(Rp.
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp 54.243.000.000,-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) (Z)
Rp 2.712.150.000,-
30.000.000,- )
Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y +Z = Rp 165.188.618.845,-
Universitas Sumatera Utara
3.2 Biaya Variabel 3.2.1
Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 330 hari adalah Rp 2.226.481.809.048,-
3.2.2
Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku Biaya variabel Perawatan dan Penanganan Lingkungan: = 0,01 × Rp 2.226.481.809.048,= Rp 22.264.818.090,2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10 % dari biaya variabel bahan baku Biaya Pemasaran dan Distribusi = 0,1 × Rp 2.226.481.809.048,= Rp 222.648.180.905,Total biaya variabel tambahan
3.2.3
= Rp 244.912.998.995,-
Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 % dari biaya variabel tambahan = 0,05 × Rp 244.912.998.995,= Rp 12.245.649.950,-
Total biaya variabel = Rp 2.483.640.457.993,Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 165.188.618.845,- + Rp 2.483.640.457.993,= Rp 2.648.829.076.838,-
4.
Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1
Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi = Rp 3.120.796.416.222,- − Rp 2.648.829.076.838,= Rp 471.967.339.384,-
Universitas Sumatera Utara
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 471.967.339.384,= Rp 2.359.836.697,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 471.967.339.384,- − Rp 2.359.836.697,= Rp 469.607.502.687,-
4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (Rusjdi, 2004): Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10%. Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 15 %. Penghasilan di atas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 %. Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: - 10 % × Rp 50.000.000
= Rp
5.000.000,-
- 15 % × (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000)
= Rp
7.500.000,-
- 30% × (Rp 196.589.854.331,- – Rp 100.000.000) = Rp 140.852.250.806,Total PPh
= Rp 140.864.750.806,-
Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp 469.607.502.687,- – Rp 140.864.750.806,= Rp 328.742.751.881,-
5 Analisa Aspek Ekonomi 5.1 Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak × 100 % total penjualan
Universitas Sumatera Utara
Rp 469.607.502.687,x 100% Rp 3.120.796.416.222,-
PM =
= 15,05 %
5.2 Break Even Point (BEP) BEP =
Biaya Tetap × 100 % Total Penjualan − Biaya Variabel
Rp 165.188.618.845,x 100% Rp 3.120.796.416.222,- - Rp 2.483.640.457.993,-
BEP =
= 40,29 % Kapasitas produksi pada titik BEP
= 40,29 % × 6.000 ton/tahun = 2.417,40 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 40,29 % x Rp 3.120.796.416.222,= Rp 1.257.368.876.096,-
5.3 Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak × 100 % Total modal investasi
ROI
=
Rp 328.742.751.881,x 100% Rp 740.163.390.102,-
= 44,41 %
5.4
Pay Out Time (POT) 1 x 1 tahun 0,4441
POT
=
POT
= 2,25 tahun
5.5 Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak × 100 % Modal sendiri
RON =
Rp 132.742.751.881,x 100% Rp 469.512.925.569,-
RON = 29,31%
Universitas Sumatera Utara
LE-29
5.6 Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 56,43%
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) Thn
Laba Sebelum
Pajak (Rp)
Pajak (Rp)
-
Laba Sesudah
Penyusutan
Net Cash Flow
Pajak (Rp)
(Rp)
(Rp)
-
-
0
-
1
469.607.502.687
140.864.750.806 328.742.751.881 30.238.252.227
358.981.004.108
2
516.568.252.956
154.952.975.887 361.615.277.069 30.238.252.227
3
568.225.078.252
4
P/F pada i
P/F PV pada i = 56%
=56%
-740.163.390.102) 1,0000
pada i
PV pada i = 57%
=57% -740.163.390.102
1,000
-740.163.390.102
0,6410
230.116.028.274
0,637
228.650.321.088
391.853.529.296
0,4109
161.018.051.157
0,406
158.973.398.229
170.450.023.475 397.775.054.776 30.238.252.227
428.013.307.003
0,2634
112.741.413.745
0,258
110.600.811.703
625.047.586.077
187.496.775.823 437.550.810.254 30.238.252.227
467.789.062.480
0,1689
78.986.281.704
0,165
76.993.037.499
5
687.552.344.684
206.248.203.405 481.304.141.279 30.238.252.227
511.542.393.506
0,1082
55.367.974.911
0,105
53.626.983.554
6
756.307.579.153
226.874.773.746 529.432.805.407 30.238.252.227
559.671.057.633
0,0694
38.831.597.606
0,067
37.371.018.511
7
831.938.337.068
249.564.001.120 582.374.335.948 30.238.252.227
612.612.588.174
0,0445
27.246.688.591
0,043
26.054.836.351
8
915.132.170.775
274.522.151.232 640.610.019.542 30.238.252.227
670.848.271.769
0,0285
19.126.148.281
0,027
18.173.019.225
9
1.006.645.387.852 301.976.116.356 704.669.271.497 30.238.252.227
734.907.523.723
0,0183
13.431.091.519
0,017
12.680.483.751
10
1.107.309.926.638 332.175.477.991 775.134.448.646 30.238.252.227
805.372.700.873
0,0117
9.435.195.885
0,011
8.851.163.852
6.137.081.570
IRR = 56% +
-8.188.316.340
Rp 6.137.081.570,× (57% - 56%) Rp 6.137.081.570,- − (-Rp 8.188.316.340,-)
= 56,43%
Universitas Sumatera Utara
LE-31
Gambar LE.4 Kurva Break Even Point Pabrik Pembuatan Asam Benzoat
Universitas Sumatera Utara
