05 - Desain Bejana Proses [PDF]

Citation preview

BEJANA PROSES Kuliah ke-5 PERALATAN INDUSTRI KIMIA Oleh



Heriyanto



TEKANAN DESAIN  Bejana dengan tekanan internal



Tekanan rancangan (Pd) sebesar 110 % dari tekanan kerja maksimum gauge (Pw). Pd = 1,1 Pw  Bejana berisi cairan. Tekanan rancangan bagian bawah bejana sebesar tekanan kerja maksimum ditambah tekanan hidrostatik. Pd = P w + Ph



TEKANAN DESAIN  Bejana vakum, tekanan luar, atau keduanya.



Tekanan rancangan dapat diputuskan sebagai berikut. Kasus-1: Di dalam bejana bertekanan vakum dan di luarnya atmosferik. Pd = 1 – Pi Dengan Pi = tekanan absolut dalam bejana.



TEKANAN DESAIN Kasus-2: Di dalam bejana bertekanan atmosferik dan di luarnya di atas atmosferik Pd = 1,1 Pw Kasus-3: Di dalam bejana bertekanan vakum dan di luarnya di atas atmosferik Pd = 1,1 Po + (1 – Pi) Tekanan rancangan jangan melebihi 200 bar.



SUHU DESAIN  Bejana tanpa pemanasan.



Suhu rancangan (Td) sebesar suhu maksimum material yang disimpan (Tm) ditambah 25 oC. Td = Tm + 25 Bejana dengan pemanasan tak langsung melalui sebagian badannya seperti dengan steam, air panas, atau sejenisnya. Suhu rancangan sebesar suhu maksimum media pemanas (Th) ditambah 25 oC.



Td = Th + 25



SUHU DESAIN  Bejana dengan pemanasan langsung dengan api,



flue-gas, listrik, atau reaksi eksotermik. 1) Jika bejana dilapisi bahan insulasi, suhu rancangan sebesar suhu maksimum material dalam bejana ditambah 25o C.



Td = Tm + 25 2)



Jika bejana tanpa dilapisi insulasi, suhu rancangan sebesar suhu material bagian dalam ditambah paling sedikit 50 oC. Dalam kebanyakan kasus, suhu rancangan minimum tidak kurang dari 250o C



3)



Suhu maksimum fluida dalam bejana dibatasi oleh material bejana.



TEBAL DINDING BEJANA  Perbandingan antara tebal dinding (t) dan



diameter dalam (D t i), Di



 0,25



 Bejana dengan dinding tipis, jika t  0,1 Di



 Bejana tanpa lapisan atau dengan las-lasan,



tebal dinding tidak kurang dari 2 mm.  Bejana dengan material aluminium atau paduan aluminium, tebal minimum 3 mm.



TAMBAHAN KOROSI  Bejana dengan material baja karbon dan besi cor,



tambahan korosi 1,5 mm kecuali tube, dan 3 mm untuk industri minyak atau industri kimia dalam beberapoa kondisi tertentu.  Bejana dengan material baja tahan karat



(stainless steel) dan non-feros, biasanya tanpa tambahan korosi.  Jika tebal dinding lebih dari 30 mm, tambahan



korosi dapat ditiadakan.



EFISIENSI SAMBUNGAN Klas I :  Bejana yang berisi bahan mematikan atau beracun yang dioperasikan pada berbagai kondisi.  Efisiensi sambungan 1,00 dengan double-welded butt-joints fully penetrated atau 0,9 jika singlewelded but-joints dengan backing strip.  Keduanya erlu uji radiograf penuh



EFISIENSI SAMBUNGAN Klas II :  Bejana untuk beban medium. Kebanyakan peralatan proses kimia termasuk kategori ini.  Efisiensi sambungan biasa diambil 0,85 untuk double-welded butt-joints fully penetrated atau 0,8 untuk single-welded but-joints dengan backing strip.  Tebal dinding bejana ditambah tambahan korosi jangan melebihi 38 mm.



EFISIENSI SAMBUNGAN Klas III :  Bejana untuk beban ringan yang mempunyai tebal dinding tidak lebih 16 mm tidak termasuk tambahan korosi tekanan kerja maksimum 3,5 bar uap atau 17,5 bar tekanan rancangan hidrostatik dan suhu tidak lebih 250o C tanpa api. Tidak perlu uji radiograf. Semua material dapat dipakai. Efisiensi sambungan antara 0,5 dan 0,7



TEBAL DINDING BEJANA  Tebal dinding menurut ASME



p Ri ts  SE  0,6 p  Jika



,



p  0,385 S E maka,



 (SE  p)  t s  R i  1 (SE  p)  



TEBAL DINDING BEJANA dengan:  ts = tebal dinding (sheel) tanpa tambahan korosi  p = tekanan rancangan  Ri = jari-jari dalam bejana  Di = diameter dalam bejana  S = tegangan bahan yang diizinkan (allowable stress)  E = efisiensi sambungan



TEBAL DINDING BEJANA Persamaan BS-5500 dan Standar India, ts 



p Di 2 SE  p



dengan:  ts = tebal dinding (sheel) tanpa tambahan korosi  p = tekanan rancangan  Ri = jari-jari dalam bejana  Di = diameter dalam bejana  S = tegangan bahan yang diizinkan (allowable stress)  E = efisiensi sambungan



TEBAL DINDING BEJANA BEJANA BOLA Tebal dinding,



ts 



pD i 4SE  p



HEAD Flat Head  Biasa dipakai untuk manhole dalam bejana proses tekanan rendah atau untuk bukaan bejana.  Hanya dapat dipakai untuk diameter bejana yang kecil.  Pada diameter besar atau tekanan tinggi head dapat melengkung.



HEAD Flanged-only Head.  Termasuk flat head tetapi dengan perubahan gradual pada bentuk sudutnya untuk mengurangi tegangan.  Tekanan atmosferik untuk cairan bertekanan uap rendah seperti minyak bakar, kerosen, dll.  Jenis ini juga dipakai untuk bejana silinder vertikal yang diletakkan di atas beton



HEAD Flanged Standard Dished Head dan



Flanged Shallow Dished



 Kedua jensi head ini memiliki dua radius, yaitu crown



radius dan knuckle radius. Jika crown radius lebih besar dibanding diameter luar bejana disebut flanged and shallow dished head. Jika sama atau lebih kecil, disebut dan flanged and standard dished head.



HEAD Penerapan head jenis ini pada  bejana proses vertikal untuk tekanan rendah;



 tangki penyimpan horisontal untuk cairan mudha



menguap, seperti nafta, gasolin, dan kerosen;  tangki penyimpan berdiameter besar, bilamana



tekanan uap dan tekanan hidrostatik terlalu besar jika dipakai flanged-only head.



HEAD  Agar mampu menahan tekanan lebih besar,



knuckle radius tidak lebih kecil dari tiga kali tebal bahan dan tidak lebih kecil dari 6% diameter dalam.  Beberapa standar memakai kriteria:  knuckle radius (atau corner radius) tidak lebih kecil



dari diameter dalam, dan  inside crown radius tidak lebih besar dari diameter luar (Do).  Head tipe ini dipakai untuk bejana proses dalam pemakaian umum untuk tekanan antara 1 dan 15 atm (0,1 - 1,5 MPa).



HEAD Elliptical Dished Head atau Ellisoidal Dished Head  Head jenis ini dianjurkan untuk tekanan antara 15



dan 25 atm. Kebanyakan standar elliptical dished dibuat dengan rasio 2 : 1 antara sumbu mayor dan minor.



HEAD Hemispherical Head  Head jenis ini paling kuat, dengan kekuatan dua



kali lebih besar dibanding ellipsoidal dished, tetapi paling mahal. Dipakai untuk beban berat pada tekanan tinggi, di atas 25 atm.



HEAD Conical Head  Jenis ini dipakai secara luas untuk peralatan proses seperti evaporator, spray dryer, pengkristal, tangki pengendap, silo, dll. Keunggulannya terutama pada kemudahan mengeluarkan bahan dari dalam tangki.



TEBAL HEAD Flat Head  Karena head jenis ini hanya untuk diameter kecil (hingga 60 cm) dengan ketebalan 6 mm, maka tebal head sama dengan tebal dinding bejana (6 mm).



TEBAL HEAD Flanged Shallow Dished dan Flanged Standard Dished Head (ASME F&D) Tebal head (t) secara sederhana dapat memakai persamaan (BS-5500), pR c C s t 2SE  p(C s  0,2)



TEBAL HEAD



TEBAL HEAD Elliptical Dished Head atau Ellisoidal Dished Head p Di t 2 S E  0,1 p



Hemispherical Head p Ri t 2 S E  0,1 p



JENIS MATERIAL  Baja (steeal) : karbon, paduan rendah (low alloy),



paduan tinggi (high alloy) dengan baja tahan karat (stainless steel) atau lainnya.  Non-feros: aluminium, tembaga, nikel, timbal dan



paduannya.  Logam khusus: titanium, zirkonium, dll.  Non-logam: plastik, beton.



JENIS MATERIAL Baja Karbon  Murah dan paling banyak dipakai untuk bejana proses dan perpipaan. Sesuai untuk bahan tak korosif pada suhu hingga sekitar 450 oC.



Paduan Rendah  Kelompok ini berisi baja dengan campuran unsur Cr, Mo, dan Ni, kurangd ari 10%. Penambahan Cr dan Mo memperbaiki sifat-sifat mekenaik khususnya pada suhu tinggi. Nikel menaikkan ketahanan pada suhu rendah hingga -80 oC. Paduan rendah baja-Ni yang berisi 2-3,5% Ni sesuai untuk suhu rendah.



JENIS MATERIAL Paduan Tinggi  Paduan tinggi banyak dipakai dalam industri daya,



nuklir, dan kimia jika memerlukan ketahanan korosi. Ada dua jenis paduan tinggi.  Baja tahan karat feritik (ferritic stainless steelsi). Jenis ini mengandung 11 hingga 25 % Cr. Ketahana suhu tinggi dan korosi sangat bagus.  Baja tahan karat austenitik (austenitic stainless steelsi). Jenis ini tahan korosi dan banyak dipakai dalam industri kimia. Kandungan Cr bervariasi antara 18 dan 25% sedangkan Ni antara 8 dan 20%. Kandungan C berkisar 0,04 hingga 0,25%. Memiliki kekuatan yang bagus dan tahan suhu tinggi.



JENIS MATERIAL Non-feros  Non-feros penting adalah paduan nikel.  Monel. Mengandung 67% Ni dan 30% Cu, kuat



dan sangat tahan korosi. Dipakai secara luas dalam penanganan air laut dan industri kimia organik.  Inkonel. Mengandung 16% Cr, 8% Fe, 1% Mn dan Ni (penyeimbang). Memiliki ketahanan suhu rendah dan sangat tahan korosi. Dipakai secara luas untuk peralatan proses makanan, larutan alkali, asam organik khususnya suhu tinggi.



LATIHAN Bejana Proses. Diketahui bejana proses yang berisi gas tidak korosif pada tekanan operasi 3 bar suhu operasi 200 0C dengan diameter 1550 mm dan tinggi 3000 meter. Tentukan: a) material bejana proses; b) jenis head; c) tebal dinding; dan d) tebal head.