Hitungan Tangki [PDF]

Citation preview

1



TANGKI PENYIMPANAN PROPILEN kode : T-01 fungsi : menyimpan bahan baku propilen untuk produksi selama 1 bulan kondisi operasi : T= 30 °C 303.15 K P= 15 atm 220.5 psia tujuan : 1. menentukan tipe tangki 2. menentukan bahan konstruksi 3. menentukan kondisi operasi penyimpanan 4. menentukan kapasitas propilen yang disimpan 5. menentukan dimensi tangki (1) menentukan tipe tangki dalam perancangan ini dipilih tipe tangki bola (spherical vessel) dengan alasan : * storage vessel berbentuk bola mampu untuk menyimpan dengan tekanan 10 - 200 psig * tangki diletakkan di luar (outdoor) (2) menentukan bahan konstruksi dalam perancangan dipilih bahan konstruksi Carbon Steel jenis SA 285 grade C, karena : * cocok untuk vessel dengan tekanan moderat * suhu > 1000 °F (3) menentukan kondisi operasi penyimpanan diinginkan propilen disimpan dalam fase cair jenuh pada suhu lingkungan dengan tekanan tinggi tekanan operasi diprediksi dengan persamaan Antoinne pada suhu lingkungan : data tekanan uap Antoinne (Coulson, vol. 6) :



T=



30 °C



303.15 K



30 °C 15 atm



303.15 K



ln Po = A - [B/(T+C)] komponen propilen propana komponen



A 15.7027 15.7260 kg/jam



B 1807.5300 1872.4600 kgmol/jam



C -26.1500 -25.1600 yi



Po (atm) 12.7305 10.5589



propilen 4276.6888 101.8259 0.9500 propana 235.8074 5.3593 0.0500 4512.4962 107.1852 1.0000 total maka, propilen disimpan pada fase cair (Tsimpan > Tdidih) dengan kondisi operasi :



P = Po * yi 12.0940 0.5279 12.6219 atm T= P=



2 (4) kapasitas propilen yang akan disimpan propilen + propana yang dibutuhkan = 4512.4962 kg/jam menghitung densitas campuran (Yaws, Chemical Properties Handbook, pg. 185, 1999) : ρ = A B – (1 – T/Tc )n ρ = gr/ml komponen xi propilen 0.9500 propana 0.0500



T, Tc = K A 0.23314 0.22151



B 0.27517 0.27744



n 0.30246 0.28700



Tc 364.7600 369.8200



ρi 0.4953 0.4852



ρc 0.4705 0.0243 0.4948



494.8033 kg/m3



densitas campuran =



9.1198 m3/jam volume campuran untuk kebutuhan produksi selama 1 bulan = volume campuran cair =



over design =



6566.2399 m3 20%



volume perancangan =



7879.4878 m3



volume campuran =



30 hari



720 jam (asumsi 1 minggu = 7 hari produksi)



49560.4858 bbl



3



278261.4864 ft 2081537.8315 gal spherical vessel dapat untuk menyimpan dalam rentang kapasitas 1000 - 25000 bbl dengan rentang tekanan 10 psig untuk kapasitas besar sampai 200 psig untuk kapasitas kecil (Lloyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, pg. 4) jika digunakan 6 tangki, maka kapasitas tiap tangki =



1313.2480 m3 46376.9144 ft3



8260.0810 bbl 346922.9719 gal



(5) menentukan dimensi tangki (a) menentukan diameter tangki volume bola = 4/3 * π * R3 R = (V / ( 4/3* π))^(1/3) = 6.7945 m sehingga D = 13.5891 m



44.5830 ft



(b) menentukan tebal dinding shell (Lloyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 4.28, pg. 68) dengan : ts = d= P= f= C=



tebal shell, in inside diameter, in internal pressure, psi allowable working stress, psi corrosion allowance, in



3 bahan yang dipilih adalah carbon steel SA 285 grade C 13750 lb/in2 (Lloyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, tab. 13.1, pg. 251) corrossion allowance (c) = 0.125 in tekanan tangki dengan over design = 20% P= 18 atm 264.6 psi diameter (d) = 13.5891 m 485.3236 in jadi, ts = 2.4598 in digunakan tebal shell standar = 2 1/2 in 0.0635 m 0.2083 ft allowable stress (f) =



(c) menentukan tinggi support (tS) dalam perancangan tangki spherical ini tinggi support dirancang setinggi =



25 ft 7.6201 m



(d) menentukan tinggi tangki tinggi tangki = D + 2*ts = 44.9997 ft = 13.7161 m Resume Tangki Penyimpanan Propilen kode : T-01 fungsi : menyimpan bahan baku propilen untuk produksi selama 1 bulan waktu penyimpanan : 30 hari tipe : spherical vessel (tangki berbentuk bola) jumlah tangki : 6 buah kondisi operasi : T= 30 °C P= 15 atm bahan konstruksi : Carbon Steel SA 285 grade C dimensi tangki : diameter tangki = 44.5830 ft tebal shell = 2 1/2 in tinggi tangki = 44.9997 ft tinggi support = 25 ft kapasitas =



8260.0810 bbl



diameter : 44.9996528 ft 13.71606096 m 13.5891 0.0635 13.7161 7.6201



m m m m



1313.2480 m3



support : 2.500173602 ft 0.762052914 m



4



TANGKI PENYIMPANAN DIISOPROPIL ETER kode : T-02 fungsi : menyimpan produk diisopropil eter selama 1 bulan kondisi operasi : T= 30 °C P= 1 atm tujuan : 1. menentukan tipe tangki 2. menentukan bahan konstruksi 3. menentukan kondisi operasi penyimpanan 4. menentukan kapasitas diisopropil eter yang disimpan 5. menentukan dimensi tangki



303.15 K 14.7 psia



(1) menentukan tipe tangki dalam perancangan ini dipilih tipe tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical), dengan alasan : * tangki mampu menampung dalam kapsitas yang besar dengan konstruksi yang mudah, sehingga lebih ekonomis * kondisi operasi pada tekanan 1 atm, sehingga bisa digunakan conical roof (2) menentukan bahan konstruksi dalam perancangan dipilih bahan konstruksi Carbon Steel SA 283 grade C, karena : * cocok untuk vessel yang tidak mengandung lethal fluid * suhu operasi -20 sampai 650 °F * harga murah dan mudah difabrikasi



5



(3) menentukan kondisi operasi penyimpanan diinginkan produk disimpan pada kondisi dibawah bubble point (pada suhu lingkungan 30 °C) dengan tekanan 1 atm cek bubble point dengan data tekanan uap Yaws (Chemical Properties Handbook, pg. 109, 1999) : log Po = A + B/T + C log T + DT + ET2 P= komponen diisopropil eter isopropil alkohol



komponen



1 atm A 15.9552 38.2363 kg/jam



T=



B -2.0276E+03 -3.5513E+03



C -2.8551E+00 -1.0031E+01



kgmol/jam



xi



diisopropil eter



68.8032 °C 341.9532 K D E 2.7662E-04 -9.9111E-14 -3.4740E-11 1.7367E-06 Po (atm) 1.0111 0.5689



Ki



yi = Ki * xi



581.8026 5.7039 0.9750 1.0111 0.9858 isopropil alkohol 8.7778 0.1463 0.0250 0.5689 0.0142 590.5804 5.8502 1.0000 1.0000 total suhu penyimpanan di bawah bubble point, maka campuran dapat disimpan pada fase cair dengan kondisi operasi : T= 30 °C 303.15 K P= 1 atm (4) kapasitas diisopropil eter yang akan disimpan penyimpanan selama = 30 hari 720 jam (asumsi 1 minggu = 7 hari produksi) kapasitas diisopropil eter dan impuritas yang akan disimpan selama 30 hari = 425217.9133 kg 937443.9160 lb menghitung densitas campuran (Yaws, Chemical Properties Handbook, pg. 185, 1999) : ρ = A B – (1 – T/Tc )n ρ = gr/ml T, Tc = K komponen %wi diisopropil eter 0.9851 isopropil alkohol 0.0149 densitas campuran =



A 0.26218 0.26475 717.9146 kg/m3



B 0.26974 0.22475



n 0.28571 0.24300 44.8178 lb/ft3



volume campuran =



20916.7568 ft3



3725.672792 bbl 156468.0081 gal



over design =



592.2966 m3 20%



volume perancangan =



25100.1081 ft3



4470.80735 bbl



710.7559 m3



187761.6097 gal



Tc 500.0500 508.3100



ρi 0.7155 0.8767



ρc 0.7049 0.0130 0.7179 gr/ml



6



(5) menentukan dimensi tangki (a) menentukan diameter dan tinggi tangki menentukan perbandingan D dan H, pendekatan yang dipakai : untuk large clossed tank → harga atap dan dinding = 2 kali harga bagian dasar per unit biaya pondasi dan harga tanah diabaikan (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, pg. 43) persamaan umum yang dipakai : D = 4H (c1/(c2 + c3 + c4 + c5)) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 3.9, pg. 42) c1 = 2.c2 c1 = harga dinding ( shell ) c3 = 2.c2 c2 = harga bagian dasar ( bottom ) c4 = 0 c3 = harga atap ( roof ) c5 = 0 c4 = biaya pondasi c5 = harga tanah dengan pendekatan tersebut, persamaan di atas menjadi : D = 4H (2.c2/(c2 + 2.c2 + 0 + 0)) D = 8H/3 H = 3D/8 volume tangki = π/4 * D^2 * H 25100.1081 = π/4 * D^2 * 3D/8 25100.1081 = 3π/32 * D^3 25100.1081 = 0.2944 * D^3 D^3 = 85265.76001 D= 44.0141 ft 13.4157 m H= 16.5053 ft 5.0309 m berdasarkan (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, app. E, item 1, pg. 346) , ukuran tangki standar yang mendekati hasil perhitungan : D= 45 ft 13.7162 m 540 in H= 18 ft 5.4865 m V= 5100 bbl 28768.88117 ft3 814.6440 m3 215205.9032 gal jumlah course = 3 jumlah tangki yang dibutuhkan = 0.8766 tangki ≈ 1 tangki standar V campuran / jumlah tangki ketinggian cairan tiap tangki = A = 13.1583 ft 4.011 m



7



(b) menentukan tebal dinding shell digunakan 3 buah course bahan konstruksi yang dipilih : Carbon Steel SA 283 grade C allowable stress (f) = 12650 lb/in2 (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, tab. 13.1, pg. 251) corrossion allowance (c) = 0.125 in effisiensi pengelasan = 80% (double welded butt joint) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, tab. 13.2, pg. 254) tebal plate dirumuskan sebagai berikut : (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 3.16, pg. 45) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 3.17, pg. 46) sehingga : dengan : ts = tebal shell minimum, in Pin = tekanan dalam tangki, psi Pin untuk perancangan dengan over design = Pin = 17.64 psi D = diameter tangki, in f = allowable stress, psi E = efisiensi pengelasan C = faktor korosi, in H = tinggi tangki, ft ρ = densitas campuran, lb/ft3 ts =



0.4706



+



0.0083 (H - 1)



menghitung tebal shell silinder tiap course



6 ft



course 3



6 ft



course 2



6 ft



course 1



H3 H2 H1



20%



+



0.125



6 ft



course 2



6 ft



course 1



H3 8



H2 H1



# course ke-1 H1 = 18 ts = 0.7368 digunakan tebal shell standard = # course ke-2 H2 = 12 ts = 0.6870 digunakan tebal shell standard = # course ke-3 H3 = 6 ts = 0.6372 digunakan tebal shell standard =



ft in



0.7500 3/4



0.7500 in



3/4



0.7500 in



3/4



0.7500 in



ft in



ft in



(c) menentukan sudut θ pada atap direncanakan head berbentuk conical roof dan menggunakan bahan yang sama (Carbon Steel SA 283 grade C) sin θ = D/(430.ts) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 4.6, pg. 64) α



dengan :



θ



D/2



sin θ = θ= α = 90 - θ = cos α =



θ = sudut cone roof terhadap horisontal D = diameter tangki, ft ts = tebal shell roof support, in 0.7500 in 0.1395 8.0250 ° 81.9750 ° 0.1403



(d) menentukan tebal head tangki persamaan yang digunakan : (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 6.154, pg. 118) th =



0.4048 in



9 dipakai tebal head standard =



7/16



(e) menentukan tinggi head tangki H = (D/2).tg θ H= 3.171 ft (f) menentukan tinggi total tangki tinggi total = Ttangki = 18 ft = 21.2070 ft



0.4375 in



0.966 m



+ +



Thead 3.171 ft 6.4640 m



+ +



t head 0.0365



Resume Tangki Penyimpanan Diisopropil Eter kode : T-02 fungsi : menyimpan produk isopropil alkohol selama 1 bulan waktu penyimpanan : 30 hari tipe : silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dengan bagian atas kerucut (conical roof) jumlah tangki : 1 buah kondisi operasi : T= 30 °C 303.15 K P= 1 atm 14.7 psia bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C dimensi tangki : diameter = 45.0000 ft 13.7160 m tinggi = 18.0000 ft 5.4864 m tebal shell : course 1 = 0.7500 in 0.0190 m course 2 = 0.7500 in 0.0190 m course 3 = 0.7500 in 0.0190 m tebal head = 0.4375 in 0.0111 m tinggi head = 3.1706 ft 0.9664 m sudut θ = 8.025 o tinggi total = 21.2070 ft 6.4639 m



10



TANGKI PENYIMPANAN ISOPROPIL ALKOHOL kode : T-03 fungsi : menyimpan produk isopropil alkohol selama 1 bulan kondisi operasi : T= 30 °C P= 1 atm tujuan : 1. menentukan tipe tangki 2. menentukan bahan konstruksi 3. menentukan kondisi operasi penyimpanan 4. menentukan kapasitas isopropil alkohol yang disimpan 5. menentukan dimensi tangki



303.15 K 14.7 psia



(1) menentukan tipe tangki dalam perancangan ini dipilih tipe tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical), dengan alasan : * tangki mampu menampung dalam kapsitas yang besar dengan konstruksi yang mudah, sehingga lebih ekonomis * kondisi operasi pada tekanan 1 atm, sehingga bisa digunakan conical roof (2) menentukan bahan konstruksi dalam perancangan dipilih bahan konstruksi Carbon Steel SA 283 grade C, karena : * cocok untuk vessel yang tidak mengandung lethal fluid * suhu operasi -20 sampai 650 °F * harga murah dan mudah difabrikasi



11



(3) menentukan kondisi operasi penyimpanan diinginkan produk disimpan pada kondisi dibawah bubble point (pada suhu lingkungan 30 °C) dengan tekanan 1 atm cek bubble point dengan data tekanan uap Yaws (Chemical Properties Handbook, pg. 109, 1999) : log Po = A + B/T + C log T + DT + ET2 P= komponen diisopropil eter isopropil alkohol



air komponen



1 atm A 15.9552 38.2363 29.8605 kg/jam



T=



B -2.0276E+03 -3.5513E+03 -3.1522E+03 kgmol/jam



C -2.8551E+00 -1.0031E+01 -7.3037E+00 xi



diisopropil eter



82.4453 °C 355.5953 K D E 2.7662E-04 -9.9111E-14 -3.4740E-11 1.7367E-06 2.4247E-09 1.8090E-06 Po (atm) 1.5400 0.9989 0.5158



Ki



yi = Ki * xi



49.9049 0.4893 0.0058 1.5400 0.0090 5000.0038 83.3334 0.9900 0.9989 0.9889 air 6.4081 0.3560 0.0042 0.5158 0.0022 5056.3168 84.1787 1.0000 1.0000 total suhu penyimpanan di bawah bubble point, maka campuran dapat disimpan pada fase cair dengan kondisi operasi : T= 30 °C 303.15 K P= 1 atm



isopropil alkohol



(4) kapasitas isopropil alkohol yang akan disimpan penyimpanan selama = 30 hari 720 jam (asumsi 1 minggu = 7 hari produksi) kapasitas isopropil alkohol dan impuritas yang akan disimpan selama 30 hari = 3640548.0880 kg 8026025.1258 lb menghitung densitas campuran (Yaws, Chemical Properties Handbook, pg. 185, 1999) : ρ = A B – (1 – T/Tc )n ρ = gr/ml T, Tc = K komponen %wi diisopropil eter 0.0099 isopropil alkohol 0.9889 air 0.0013



A 0.26218 0.27999 0.34710



B 0.26974 0.22475 0.27400



n 0.28571 0.24300 0.28571



Tc 500.0500 508.3100 674.1300



ρi 0.7155 0.9272 1.0339



ρc 0.0071 0.9169 0.0013 0.9252 gr/ml



12



densitas campuran =



925.2368 kg/m3



57.7605 lb/ft3



138953.4980 ft3



24750.26472 bbl



3



1039443.031 gal



over design =



3934.7249 m 20%



volume perancangan =



166744.1976 ft3



29700.31767 bbl



3



1247331.637 gal



volume campuran =



4721.6699 m direncanakan memakai tangki penyimpanan sebanyak = jika digunakan 3 tangki, maka kapasitas tiap tangki =



3 tangki 55581.3992 ft3



9900.105889 bbl



3



415777.2125 gal



1573.8900 m



(5) menentukan dimensi tangki (a) menentukan diameter dan tinggi tangki menentukan perbandingan D dan H, pendekatan yang dipakai : untuk large clossed tank → harga atap dan dinding = 2 kali harga bagian dasar per unit biaya pondasi dan harga tanah diabaikan (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, pg. 43) persamaan umum yang dipakai : D = 4H (c1/(c2 + c3 + c4 + c5)) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 3.9, pg. 42) c1 = 2.c2 c1 = harga dinding ( shell ) c3 = 2.c2 c2 = harga bagian dasar ( bottom ) c4 = 0 c3 = harga atap ( roof ) c5 = 0 c4 = biaya pondasi c5 = harga tanah dengan pendekatan tersebut, persamaan di atas menjadi : D = 4H (2.c2/(c2 + 2.c2 + 0 + 0)) D = 8H/3 H = 3D/8 volume tangki = π/4 * D^2 * H 55581.3992 = π/4 * D^2 * 3D/8 55581.3992 = 3π/32 * D^3 55581.3992 = 0.2944 * D^3 D^3 = 188811.5471 D= 57.3689 ft 17.4862 m H= 21.5133 ft 6.5573 m



13



berdasarkan (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, app. E, item 1, pg. 346) , ukuran tangki standar yang mendekati hasil perhitungan : D= 60 ft 18.2882 m 720 in H= 24 ft 7.3153 m 12909 bbl



72819.11509 ft3



2062.0077 m3 jumlah course = 4 jumlah tangki yang dibutuhkan =



544724.1186 gal



V=



ketinggian cairan tiap tangki = =



2.3007 tangki ≈ V campuran / jumlah tangki A 16.3899 ft



3 tangki standar



4.996 m



(b) menentukan tebal dinding shell digunakan 4 buah course bahan konstruksi yang dipilih : Carbon Steel SA 283 grade C 12650 lb/in2 (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, tab. 13.1, pg. 251) 0.125 in 80% (double welded butt joint) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, tab. 13.2, pg. 254)



allowable stress (f) = corrossion allowance (c) = effisiensi pengelasan = tebal plate dirumuskan sebagai berikut :



(Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 3.16, pg. 45) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 3.17, pg. 46) sehingga : dengan : ts = tebal shell minimum, in Pin = tekanan dalam tangki, psi Pin untuk perancangan dengan over design = Pin = 17.64 psi D = diameter tangki, in f = allowable stress, psi E = efisiensi pengelasan C = faktor korosi, in H = tinggi tangki, ft ρ = densitas campuran, lb/ft3



20%



14



ts = 0.6275 + menghitung tebal shell silinder tiap course



6 ft



course 4



6 ft



course 3



6 ft



course 2



6 ft



course 1



0.0143 (H - 1)



H4 H3 H2 H1



# course ke-1 H1 = 24 ts = 1.0807 digunakan tebal shell standard = # course ke-2 H2 = 18 ts = 0.9951 digunakan tebal shell standard = # course ke-3 H3 = 12 ts = 0.9095 digunakan tebal shell standard = # course ke-4 H4 = 6 ts = 0.8239 digunakan tebal shell standard =



ft in 1 1/8



1.1250 in



1



1.0000 in



1



0.9375 in



ft in



ft in



ft in 7/8



0.8750 in



+



0.125



15



(c) menentukan sudut θ pada atap direncanakan head berbentuk conical roof dan menggunakan bahan yang sama (Carbon Steel SA 283 grade C) sin θ = D/(430.ts) (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 4.6, pg. 64) α



θ = sudut cone roof terhadap horisontal D = diameter tangki, ft ts = tebal shell roof support, in 1.1250 in



dengan :



θ



D/2



sin θ = θ= α = 90 - θ = cos α =



0.1240 7.1284 ° 82.8716 ° 0.1248



(d) menentukan tebal head tangki persamaan yang digunakan : (Lioyd E. Brownell, Process Equipment Vessel Design, 1959, eq. 6.154, pg. 118) th = 0.5444 in dipakai tebal head standard =



5/8



(e) menentukan tinggi head tangki H = (D/2).tg θ H= 3.750 ft (f) menentukan tinggi total tangki tinggi total = Ttangki = 24 ft = 27.8020 ft



0.6250 in



1.143 m



+ +



Thead 3.750 ft 8.4741 m



+ +



t head 0.0521



16



Resume Tangki Penyimpanan Isopropil Alkohol kode : T-03 fungsi : menyimpan produk isopropil alkohol selama 1 bulan waktu penyimpanan : 30 hari tipe : silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dengan bagian atas kerucut (conical roof) jumlah tangki : 3 buah kondisi operasi : T= 30 °C 303.15 K P= 1 atm 14.7 psia bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 grade C dimensi tangki : diameter = 60.0000 ft 18.2880 m tinggi = 24.0000 ft 7.3152 m tebal shell : course 1 = 1.1250 in 0.0286 m course 2 = 1.0000 in 0.0254 m course 3 = 0.9375 in 0.0238 m course 4 = 0.8750 in 0.0222 m tebal head = 0.6250 in 0.0159 m tinggi head = 3.7499 ft 1.1430 m o sudut θ = 7.128 tinggi total = 27.8020 ft 8.4740 m