![Lampiran F Rotary Dryer [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/lampiran-f-rotary-dryer.jpg)
19 0 884 KB
F-1
LAMPIRAN F PERANCANGAN ROTARY DRYER (RD – 01)
Nama alat
: Rotary dryer (RD – 01)
Fungsi
: Mengurangi kadar air pada raw meal (clay) sebelum masuk kedalam grinding mill (Tu-01)
Tipe
: Co-current rotary dryer
Dasar pemilihan alat: 1.
Dikarenakan solid yang akan dihilangkan airnya berupa kristal, sehingga dryer yang digunakan berupa rotary
2.
Efisiensi Panas tinggi
3.
Instalasi dan maintenence mudah dan proses pencampuran baik
4. Mampu menangani material slurry atau paste, kristal dan granular
F-2
Gambar F.1 Rotary Dryer F.1
Prinsip Kerja Rotary Dryer (RD-301)
Rotary dryer adalah alat pengering yang digunakan untuk mengeringkan raw material (clay). Rotary dryer merupakan selongsong silinder (shell) memanjang horizontal yang diletakkan dengan kemiringan tertentu dengan arah menurun (declinasi) dan digerakkan oleh drive motor, yang dihubungkan oleh gear di bagian luar shell, sehingga silinder berputar. Di bagian dalam silinder dilengkapi dengan flight yang berfungsi untuk mengangkat clay di dasar silinder, dan agar clay dapat berkontak dengan media pemanas (hot air). Clay basah masuk ke rotary dryer, kemudian berkontak dengan hot air, dan berpindah (bergerak maju) dengan bantuan flight, perputaran silinder, dan kemiringan silinder (Wilson, 2013).
F-3
F.2
Neraca Massa
Gambar F.2 Skema Neraca Massa di Rotary Dryer (RD-01)
Dimana : F1
: Aliran padatan bahan baku clay basah yang masih mengandung air.
F2
: Aliran udara panas.
F3
: Aliran padatan bahan baku clay yang masuk ke hopper melalui bucket elevator.
F4
: Aliran padatan bahan baku clay yang masuk ke EP-01 sebanyak 5% dari total massa clay yang masuk.
F5
: Aliran udara panas yang tersedot ke EP-01
F-4
Secara umum persamaan neraca massa adalah sebagai berikut : massa masuk – massa keluar + massa tergenerasi – massa terkonsumsi = akumulasi massa (Himmelblau, Ed 6th, 1996, Pers. 3.1, hal 144) Massa masuk
= F1 + F2
Massa keluar
= F3 + F4 + F5
Massa tergenerasi
=0
Massa terkonsumsi
=0
Massa terakumulasi
=0
Sehingga neraca massa total di rotary dryer (RD-01) adalah : Massa masuk
= Massa keluar
F1+ F2
= F3+ F4 + F5
LS . X1 + G . H2
= LS . X2 + G . H2
(Geankoplis, 1993, 3th. hal 563)
Neraca Massa Komponen Masuk Rotary Dryer (RD-01) Aliran F1: Massa Clay
= massa Clay masuk RD-01 = 3858,21 kg/jam
Massa H2O
= massa H2O di dalam produk = 818,408 kg/jam
F-5
Aliran F2 : Massa udara panas
= massa udara panas yang masuk rotary dryer = 25.620,98 kg/jam
Neraca Massa Komponen Keluar Rotary Dryer (RD-01) Aliran F3: Massa clay keluaran rotary dryer
= 3702,324 kg/jam
Dengan kandungan air 1% Aliran F4: Massa tersedot ke EP (5%)
= 194,85 kg/jam
Aliran F5 : Massa udara masuk rotary dryer
= 25.620,98 kg/jam
Massa air yang teruapkan
= 779,43 kg/jam
F-6
Tabel F.1 Neraca massa total rotary dryer (RD-01) Input (kg/jam)
Output (kg/jam)
Komponen F1
F2
F3
F4
F5
Clay
3858.21167
3665.301 192.9106
Air
818.4085352
37.02324 1.948592 779.4367
Udara Panas
25620.98
25620.98
4676.620201 25620.9806 3702.324 194.8592 26400.42 Total
30297.601
30297.6008
F.3
Neraca Panas
Gambar F.3 Aliran Panas Rotary dryer Fungsi
: Mengeringkan kandungan air pada produk dari 20%w menjadi 1%w.
Keterangan Gambar: Qair in
: Aliran panas dari udara masuk ke RD-01
Qclay in
: Aliran panas dari clay masuk ke RD-01
Qair out
: Aliran panas dari udara keluar dari RD-01
Qclay out
: Aliran panas dari clay keluar dari RD-01
Kondisi Operasi: Temperatur solid in
= 30oC
Temperatur solid out = 45,1oC
= 303,15 K = 318,25 K
F-8
Menghitung Suhu Keluar Udara Pengering Nt
=
(Pers 25-8, Mc.Cabe, 1985. 4th Ed, Hal 713)
Dimana: Nt
= Nomor transer unit, untuk rotary dryer nilai Nt adalah 1,5 -2,5 (Perrys, 1999, Ed. 7 Hal 12-54). Dambil nilai Nt = 1,5
TG2
= Suhu udara masuk RD-01 = 500oC (733,15 K)
TG1
= Suhu udara keluar RD-01
Tw
= Suhu Bola basah = 28oC (301,15 K)
Nt
=
exp 2
=
7,38
= 𝑇𝐺1−301,15
7,38 (TG1 -301,15)
= 472
TG1
= 365,028 K (91,878oC)
773,15−301,15 𝑇𝐺1−301,15
472
Menghitung Laju Pengeringan Fraksi inlet air, x1
= 0,21 / (1 – 0,21) = 0,265 kg air/kg padatan kering
F-9
Fraksi outlet air, x2
= 0,01 / (1 – 0,01) = 0,010101 kg air/kg padatan kering
Laju pengeringan
= Ls × (x1 – x2)
Dimana, Ls
= F Padatan (1 – x2) = 4676,62 (1 – 0,010101) = 4629,381461 kg/jam
Laju pengeringan
= 4629,381461 kg/jam × (0,265 kg – 0,010101) = 1178,4953 kg air yang teruapkan/jam
Entalpi udara masuk ke RD-01 (HG2) HG2
= Cs (TG2-T0) + H2 . λ0
Cs
= 1,005 + 1,88 . H1
H2
= Humidity udara masuk
(Pers. 9.10-24, Geankoplis, 1983, hal. 562) (Pers. 9.3-6, Geankoplis, 1983, hal. 527)
= 0,0272 kg air/kg udara λ0
= Panas laten air pada T0 (0oC atau 273,15 K) = 2501,4 kJ/jam
HG2
= (1,005 + 1,88 × 0,027) (TG2-T0) + H2 . λ0 = 596,0220 kJ/kg udara
F-10
Entalpi udara masuk dari RD-301 (HG2) HG1
= Cs (TG1-T0) + H1 . λ0
HG1
= (1,005 + 1,88 H1) (365,028– 273,15) + H1 . λ0
(Pers. 9.10-24, Geankoplis, 1983, hal. 562)
= 92,33739 + 172,73 H1 + 2501.4 H1 = (92,337 + 2673,88 H1) kJ/kg udara Entalpi padatan masuk ke RD-01 (Hs1) HS1
= CPS . (TS1–T0 ) + X1 .CPA . (TS1–T0)
(Pers. 9.10-24, Geankoplis, 1983)
Dimana: Cps
= kapasitas panas solid = 12,1502 kJ/kg.K
Cpa
= kapasitas panas moisture = 41,9145 kJ/kg.K
HS1
= 12,1502 (303,15 – 273,15) + 0,2 (41,9145) (308,15 – 273,15) = 657,90 kJ/kg
Entalpi padatan keluar dari RD-01 (Hs2) HS2
= CPS . (TS2 – T0 ) + X2 .CPA . (TS2 – T0)
HS2
= 12,1502 (318,75 – 273,15) + 0,010101 (41,9145) (318,75 – 273,15) = 573,355 kJ/kg
F-11
Heat balance : G . HG2 + LS . HS1 = G. HG1 + LS . HS2 + Q losses (Pers. 9.10-26, Geankoplis, 1983) G (596,0220) + (4676,62 × 657,90) = G (92,337 + 2673,88 H1) + (4676,62 × 573,355) G 596,0220 + 395384,83 = G 92,337 + 2673,88 G.H1
503,585 G + 395384,83
= 2673,88 G.H1
0,1883 G + 147,869
= GH1
...(1)
Moisture balance : G . H2 + LS . X1
= G . H1 + LS . X2
G 0,0272 + (4676,62 × 0,265 )= G H1 + (4676,62 × 0,010101) 0,0272 G + 1239,304
= G H1 + 47,23
0,0272 G + 1191,77
= GH1
Maka dieliminasi persamaan 1 dan 2 menjadi : 0,1883 G + 147,869
= GH1
0,0272 G + 1191,77
= GH1 -
0,1611 G + (-1043,901)
=0
...(2)
F-12
0,1611 G
= 1043,901
G
= 6479,8324 Kg Udara
Sehingga massa udara yang dibutuhkan yaitu 6479,8324 Kg Udara.
Mencari Humidity udara keluar RD-01 Subtitusikan nilai G ke persamaan (2) : 0,0272 G + 1191,77
= GH1
176,25144 + 1191,77
= 6479,8324 H1
H1
= 1368,02144 / 6479,8324
H1
= 0,2111198 kg air/kg udara
Mencari Panas Masuk RD-01 Panas Solid masuk pada Aliran (Qclay) Hs1
= Hs1 × Ls = 657,90 kJ/kg × 4676,62 Kg = 3.076.748,298 kJ/jam
F-13
Panas udara masuk pada Aliran (Qudara in) HG2
= HG2 × G = 596,0220 kJ/kg × 6479,8324 kg = 3.862.122,667 kJ/jam
Mencari Panas Keluar RD-01 Panas Solid keluar pada Aliran (Qclay out) Hs2
= Hs2 × Ls = 573,355 kJ/kg × 4676,62 Kg = 2.683.874,344 kJ/jam
Panas udara keluar pada Aliran (Qudara out) HG1
= HG1 × G = 656,84 kJ/kg × 6479,8324 kg = 4.256.252,063 kJ/jam
F-14
Tabel F.2 Neraca Panas Total Rotary dryer (RD-301) Aliran
Q input (kJ/jam)
Q output (kJ/jam)
H solid, HS1
3.076.748,298
-
H udara, HG2
3.862.122,667
-
H solid, HS2
-
2.683.874,344
H udara, HG1
Total
F.4
4.256.252,063
6.938.870,965
6.938.870,965
Spek Rotary Dryer (RD-01)
Kondisi Operasi: ms
= Laju alir massa solid
= 4676,62 kg/ jam = 10.310,07,708 lb/jam
Xa
= Moisture awal
= 21%
Xb
= Moisture akhir
= 1%
Tsa
= Temperatur solid inlet
= 30oC
= 86oF
Tsb
= Temperatur solid outlet
= 45,1oC
= 114,98oF
Tha
= Temperatur udara masuk
= 500 oC
= 932oF
Twa = Temperatur bola basah di dalam dryer
= 28oC
= 82,4oF
F-15
a.
Menentukan Luas Penampang dan Diameter
Nilai NTU untuk Rotary Dryer
= 1,5 – 2,5 (Perry’s, 7ed. 1999. Hal 12-54)
Ditentukan nilai NTU
= 1,5
Untuk sistem air dan Udara, Twa
= Twb
Nt
𝑇ℎ𝑎−𝑇𝑤𝑎
= In 𝑇ℎ𝑏−𝑇𝑤𝑎
(Mc.Cabe, 1985. 4th Ed, Hal 713. Pers 25-8)
Keterangan : Twa
= Temperatur Bola Basah
Tha
= Temperatur inlet
Thb
= Temperatur Outlet
Nt
= In
Thn
=(
Thb
= 207,95 oF
932−82,4 𝑇ℎ𝑏−82,4
932−82,4 exp 1,5
+ 82,4)
= 97,75 oC Kadar air pada umpan = 21 % wt 0,2
Fraksi inlet air terhadap padatan kering, x1 = 1−0,2= 0,25 kg air/kg padatan Kadar air pada produk akhir padatan = 1 % wt 0,01
Fraksi outlet air terhadap padatan kering, x2 = 1−0,01= 0,010101 kg air/kg padatan
F-16
Menghitung Laju Pengeringan Padatan (LS) : LS
= Fumpan in (1 – x2)
LS
=4676,62 kg kg/ jam (1 – 0,010101)
LS
= 4629,3814 kg padatan kering/jam
Velocity udara
V
𝑘
= 𝜌 √2. 𝑔. 𝑃𝑑. 𝑃𝑠 𝑠
0.8478
= 0.36359 √2𝑥9,8𝑥0.36353𝑥0.36359 = 2,159 𝑚⁄𝑠 Density udara statis 𝞺s
300
10336+ 𝑃𝑑
= 1,3 x (300+𝑇) 𝑥
= 0,36359
10336
𝑘𝑔⁄ 𝑚3
Density udara Pd 𝞺d
= 1,3
300
x (300+𝑇) 𝑥
= 0,36353
10336+𝑃𝑑
𝑘𝑔⁄ 𝑚3
10336
F-17
Velocity udara 𝑘
Velocity udara = 𝜌 √2𝑥𝑔𝑥𝜌𝑠 𝑥𝜌𝑑 𝑠
0,8478
= 0,36359 √2𝑥9,8𝑥0,36359𝑥0,36353 = 3,753 𝑚⁄𝑠 Debit udara Qn
300
= Q(300+𝑇) x (
10336+𝑃𝑠 10336
Q V A 60 60
)
Q
= 3,753 x 3,49 x 60 x 60 3
= 91604,384 𝑚 ⁄𝑠 Qn
3
300 10336+3,76 = 91604,384 𝑚 ⁄𝑠 x (300+𝑇) x ( 10336 )
3 = 25620,981 𝑚 ⁄𝑗𝑎𝑚
Laju Alir Udara Panas yang masuk : 25620,981 kg/jam
Kecepatan superficial udara (Gg)
Luas Penampang Dryer
(A)
=
𝑚𝑔 𝐺𝑔
=
56484,5921 𝑙𝑏/𝑗𝑎𝑚
= 37,65 ft2 = 3,49 m2
1500
= 1500 lb/jam.ft2
F-18
Rotary dryer ini berbentuk silinder horizontal, sehingga dapat diperoleh hubungan antara luas penampang rotary dryer (S) dengan diameter rotary dryer (D) yaitu sebagai berikut :
S
𝐺
= 𝐺′
=
67783,283039 lb 500
ft2 = 135,56 ft2
= 12,59 m2
Maka, dapat diperoleh nilai diameter dryer yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
D
4𝑥𝑆
=√
𝜋
= 4,004 ft
= 1,22 m
b. Menentukan Panjang Rotary dryer
Untuk menentukan panjang dari rotary dryer ini digunakan persamaan berikut :
L
= NTU x
𝐺; 𝑆 𝑈𝑎
(Mc. Cabe, 1985. 4th Ed, Hal 247)
Keterangan:
L
= Panjang rotary dryer, ft
s
= Kelembaban udara, 0,259 Btu/lboF
G’
= Kecepatan superficial udara panas, 𝑗𝑎𝑚.𝑓𝑡 2
D
= Diameter rotary dryer, ft
𝑙𝑏
F-19
Ua
= Koefficient heat transfer, Btu/ft3.oF.h = 0.5 x G'0.67 / D = 11,003 Btu/ft3.oF.h
∆TLMTD
= Log mean Temperature difference, oF
LMTD (ΔT)m =
= 192,75 oF
= 89,307
Dimana NTU = (TG2 – TG1)/(∆T)m = (773,15 – 365,028)/192,75
= 2,1173
Sehingga L
= 39,87 ft
= 12,15 m
Syarat L/D untuk rotary drier: 4 – 10 (Perry’s, 1999. 7ed, Hal 12-54) L/D
= 9,95
(memenuhi)
F-20
c.
Menentukan Putaran Rotary Dryer ( N )
Putaran rotary dryer, N berkisar antara 25/D – 35/D (Wallas, hal 247), dengan D adalah diameter rotary dryer. Maka, dipilih nilai putaran (N) sebesar 35/D.
N
25
= 4,004 = 6,24 rpm
d. Menentukan Waktu Tinggal ( θ ) Produk di dalam RD-01 θ
𝐿
= 0,23 (𝑆 𝑥 𝑁0,9 𝑥 𝐷) + 0,6 (
𝐵𝑥𝐿𝑥𝐺 𝐹
) (Perry’s 7ed, pers 12-55, hal 12-55)
Keterangan: θ
= Waktu tinggal, menit
L
= Panjang rotary dryer, ft
S
= Slope/kemiringan rotary dryer, ft/ft dipilih nilai = 0,06 (S = 0 – 0,08 cm/m, Perry’s 7ed, hal 12-56)
N
= Putaran rotary dryer, rpm
D
= Diameter rotary dryer, ft
B
= Konstanta = 5 × Dp-0.5
Dp
= Diameter rata-rata partikel, µm (mikronmeter) = 20.000 µm
G
𝑙𝑏
= Kecepatan superficial gas, 𝑗𝑎𝑚.𝑓𝑡 2
F-21
𝑙𝑏
M
= Massa umpan masuk rotary dryer, 𝑗𝑎𝑚
S
= Luas penampang rotary dryer
F
=
=
𝑀 𝑆
12.372,218 3,15𝑥1,12
= 3246,023,019 lb/jam ft2 Sehingga diperoleh nilai θ = 85,8 menit
e.
Menentukan Jumlah Flight dan Tinggi Flight
Jenis flight
= Angled flight
Jumlah flight
= 2,4 D – 3 D
Jumlah flight
= 2,4 × D
( Perry’s 7ed, hal 12-54 )
= 9,6096 10 flight (dalam 1 bagian keliling lingkaran) Berdasarkan Perry’s ed.7th, hal.12-56, tinggi flight berkisar antara (D/12) – (D/8), dengan D dalam satuan meter. Pada perhitungan ini diambil D/8. Sehingga, tinggi flight
=
1,22 8
= 0,1525 m = 0,50032 ft
F-22
Jarak antar flight
= 3,14.D / jumlah flight = 3,14 × 4,004 / 11 = 1,142 ft
f.
= 0,348 m
Menentukan Daya Motor
Berdasarkan Perry’s 7ed hal 12-56, jumlah total daya untuk fan, penggerak dryer dan conveyor umpan maupun produk berkisar antara 0,5 D2 – 1,0 D2 (kW). Pada perhitungan ini dipilih total daya sebesar 0,5 D2 Sehingga, = 0,5 × 4,0042
Power
= 8,016 kW g.
Menentukan Tebal Dinding
Tekanan operasi rotary dryer adalah 1 atm. Tekanan desain 5-10% di atas tekanan kerja normal/absolut. Diambil over design tekanan sebesar 20 %, sehingga : Pdesain = 1,2 x 1 atm = 1,2 atm
= 17,6 psi
Untuk menghitung tebal rotary dryer digunakan persamaan : 𝑃𝑥𝑟 𝑓 𝑥 𝐸−0,6𝑃
+𝐶
(Brownell & Young, 1959, pers. 13.1, hal. 254)
Keterangan: t
= Tebal rotary dryer, in
f
= Nilai tegangan material, psi
F-23
Stainless Steel Tipe-304 = 23.931 psi (tabel 13.2, coulson vol : 6 , hal : 812) E
= Welded Joint Efficiency Dipilih Double welded butt joint berdasarkan Table 13.2 Brownell and Young = 80 %
P
= Tekanan desain, psi
r
= Jari-jari rotary dryer = 86,6142 in
C
= Korosi yang dipakai adalah faktor korosi terhadap udara luar, = 0.125 inci/10 tahun (Peters dan Timmerhaus, hal 542).
ts
= 0,1238 in
= 0,00314452 m
maka digunakan tebal dinding standar yang digunakan adalah 0,125 in. berdasarkan tebal dinding tersebut dapat dihitung diameter luar rotary dryer, yaitu sebagai berkut : OD
= ID + 2.ts = 4,004 + 2 × 0,125 = 4,254 ft
= 1,296 m
F-24
h. Perancangan Perpipaan dan nozzle pada RD-301
Saluran dibuat dengan menggunakan bahan stainless steel. Diameter
optimum
tube untuk stainless steel dan alirannya turbulen (NRe > 2.100) dihitung dengan menggunakan persamaan : Dopt
= 226.G0,5.ρ-0,35
(Coulson, 1983)
Dimana : Dopt
: diameter optimum dalam tube (mm)
G
: kecepatan aliran massa fluida (kg/s)
ρ
: densitas fluida (kg/m3)
o Saluran masuk aliran Fclay in :
Data perhitungan :
Laju alir massa
= 4676,62 kg/jam
= 1,299 kg/s
= 5611,944 kg/jam
= 1,5588 kg/s
Densitas umpan
= 1500 kg/m3
= 93,64 lbm/ft3
Viskositas umpan
= 165,35 cp
= 0,1628 kg/m.s
Dari persamaan 5.15, hal. 161. Coulson, 1983, dianggap aliran turbulen. sehingga diperoleh :
F-25
Dopt
= 260.G0,52.ρ-0,37 = 260 x (1,5588 kg/s)0,52 x (1.500 kg/m3) -0,37
= 21,88 mm
= 0,8614 in
Dipilih spesifikasi pipa (Tabel 11 Kern, 1965) :
IPS
= 1 in
Sch
= 40
ID
= 1,049 in
= 0,0266 m
OD
= 1,32 in
= 0,0335 m
Di ambil standart 1,576 in
A
= 0,8640 in2
= 5,5728 x 10-4 m2
Laju alir volumetrik (Fv) :
Fv
𝐺
= 𝜌 𝑢𝑚𝑝𝑎𝑛
=
5611,944 kg/jam 1500 kg/m3
= 3,74 m3/jam = 1,0392 x 10-3 m3/s
F-26
Kecepatan aliran, v :
v
=
=
𝐹𝑣 𝐴
1,0392 x 10−3 5,5728 x 10−4 m2
= 1,864 m/s
Spesifikasi nozzle standar (Brownel and Young, 1959, App. F item 1, hal.349) :
Size of nozzle
= 1 in
OD of pipe
= 1,576 in
Flange nozzle thickness
= 0,2
Diameter of hole on in reinforcing plate (DR)
= 2 in
o Saluran masuk aliran Fair in :
Data perhitungan :
Laju alir massa (G)
= 30.745,18 kg/jam
= 8,54 kg/s
Densitas udara
= 995,1866 kg/m3
= 62,1262 lbm/ft3
F-27
Viskositas udara
= 0,3573 cp
= 0,0004 kg/m.s
Dari persamaan 5.15, hal. 161. Coulson, 1983, dianggap aliran turbulen. sehingga diperoleh :
Dopt
= 260.G0,52.ρ-0,37 = 260 x (8,54 kg/s)0,52 x (995,1866 kg/m3) -0,37
= 61,67 mm
= 2,427 in
Laju alir volumetrik (Fv) :
Fv
𝐺
= 𝜌 𝑢𝑚𝑝𝑎𝑛
=
30.745,18 kg/jam 995,1866kg/m3
= 30,894 m3/jam = 8,858 x 10-3 m3/s
Kecepatan aliran, v :
v
=
=
𝐹𝑣 𝐴
8,858 𝑥 10−3 5,5728 x 10−4 m2
= 15,89 m/s
F-28
Bilangan Reynold, NRe :
NRe
4𝐺
= 𝜋µ𝑑 4 𝑥 30.745,18
= 3,14 𝑥 𝑥 0,0004 𝑥 0,0525
= 1865039733
Spesifikasi nozzle standar (Brownel and Young, 1959, App. F item 1, hal.349) :
Size of nozzle
= 2 in
OD of pipe
= 2,375 in
Flange nozzle thickness
= 0,2180 in
Diameter of hole on in reinforcing plate (DR)
= 2,5 in
i. Perancangan riding ring/tyre dan roller Riding ring/tyre merupakan bagian dari rotary dryer yang berfungsi sebagai media penghubung antara shell dan roller, dimana roller berfungsi sebagai tempat dudukan shell yang digunakan untuk memutar dryer. o Disain riding ring/tyre Jumlah
= 2 buah
Diletakkan pada 25% dari panjang shell dan 75% dari panjang shell.
F-29
IDriding ring
= ODshell = 4,254 ft = 1,296 m
Expantion gap = 0,2% x ID shell = 0,008008 ft = 0,00244 m
j. Perhitungan berat Rotary Dryer o Berat shell Diketahui : ID shell
= 4,004 ft
OD shell
= 4,254 ft
L shell
= 39,87 ft
Ρ stainless steel = 498,7997 lb/ft3
Sehingga : Berat shell
= ¼ π (ODs2 – IDs2).Ls.ρstainless = 32.229,75 lb = 14.619,16 kg
F-30
o Berat umpan dan udara masuk Laju alir
= laju alir umpan masuk + laju alir udara masuk = (5.611,554 kg/jam + 30745,18 kg/jam)/ waktu tinggal =
36356,734 (
89,304 ) 60
= 24426,72266 kg/jam Waktu tinggal = 1,4884 jam Sehingga : Berat total umpan dan udara masuk = laju alir x waktu tinggal = 24426,72266 kg/jam x 1,4884 jam = 36356,73 kg = 80.152,8694 lb Sehingga, berat mati rotary dryer = berat shell + berat total umpan dan udara masuk = 14.619,16 kg + 36.356,73 kg = 50.975,89 kg
= 112.382,60026 lb
k. Perancangan Pondasi Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi beton. Direncanakan pondasi berbentuk balok dengan bagian atas agak miring karena rotary dryer didesain dengan kemiringan tertentu (3 o). Dianggap hanya gaya vertikal dari berat kolom yang bekerja pada pondasi. Berat total yang diterima oleh pondasi = 112.382,60026 lb = 50.975,8899 kg
F-31
c
b d a
f
g e
(a)
(b)
Gambar F.4 Desain (a) Pondasi 1 dan (b) Pondasi 2 Keterangan : a
= ID shell + 20% IDshell = 1,22 + 0,244 m = 1,464 m
= 4,803 ft
b
= 1,464 m
c
= 1,464 + 0,06 (slope) = 1,524 m
d
= 1,464 m
e
=2
f
= 1,524 m
g
= 1,464 m
m
Volume pondasi ke-1 = (a x b x d) + (½ (a x d x (c – b)) = 3,202 m3 = 113,07756 ft3 = 195.398,023 in3 Volume pondasi ke-2 = (e x g x d) + ½ (e x d x (f – g)) = 4,3744 m3 = 154,4804 ft3
d
F-32
= 266.942,1312 in3 Sehingga, = V pondasi x ρ pondasi
Berat pondasi
= (113,07756 ft3 + 154,4804 ft3) x 140 lb/ft3 = 37.458,1144 lb = 16.990,7148kg = 16,99 ton Jadi berat total yang diterima tanah adalah : Wtot
= berat total yang diterima pondasi + berat pondasi = 50.975,89 kg + 16.990,7148 kg = 67.966,60 kg = 67,9666 ton
Tegangan tanah karena beban (τ) = P/F < 10 ton/ft2.
Dimana : P
: beban yang diterima tanah (lb)
F
: luas alas (ft2)
Sehingga : τ
= Wtot / luas alas = 149.840,7039 lb / 14,409 ft2 = 10.399,105 lb/ft2 = 4,7169 ton/ft2
< 10 ton/ft2
F-33
Pondasi dapat dipasang pada tanah clay, sebab tegangan tanah karena beban (τ) kurang dari safe bearing maksimal pada tanah clay.
l. Perancangan flange (head dan bottom)
Data perancangan: Tekanan desain
= 17,6 psi
Material flange
= ASTM-201, GRADE B (Brownell and Young, 1959)
Tegangan material flange
= 15000 psi
Bolting steel
= ASTM-198, GRADE B7 (Brownell and Young, 1959)
Tegangan material bolt
= 20000 psi
Material gasket
= asbestos composition
Diameter luar shell
= 48,048 in
Diameter dalam shell
= 51,023 in
Ketebalan shell
= 0,125 in
F-34
a. Perhitungan lebar gasket
Dimana :
do
= diameter luar gasket, in
di
= diameter dalam gasket, in
y
= yield stress, lb/in2
m
= faktor gasket
Digunakan gasket dengan tebal 1/8 in, dari Fig. 12.11 (Brownell and Young, 1959), diperoleh: y = 1600 lb/in2
m=2
Sehingga diperoleh:
= 1,0057 in
asumsi bahwa diameter dalam gasket, di sama dengan diameter luar shell sehingga:
do =
𝑑𝑜 𝑑𝑖
× di = 48,3205 in
F-35
Lebar gasket minimum, n :
n
=
= 1,17 in (digunakan lebar gasket minimum 1,375 in)
Diameter rata-rata gasket, G
G = d0 + n = 48,3205 in
b. Pehitungan Beban Baut (Bolt) 1) Berat beban bolt maksimum, Wm2
Dari Fig 12.12, Brownell and Young,1959: kolom 1 , type 1.a
bo =
= 0,69 in
b = bo = 0,69 in 2) Berat beban Terhadap Seal Gasket
Wm2 = Hy =
× b × G × y = 166.899,0399 lb
(B & Y,1959, pers. 12.88)
Keterangan :
Hy = Berat beban bolt maksimum (lb)
b = Effective gasket (in)
G = Diameter gasket rata-rata (in)
F-36
3) Beban untuk menjaga joint tight saat operasi, Hp
Hp = 2 × b × π × G × m × p = 7.343,5578 lb
(B & Y,1959, pers. 12.90)
Keterangan :
Hp = Beban join tight (lb)
H = Total joint contact surface (lb)
m = Faktor gasket (fig.12.11)
b = Effective gasket (in)
G = Diameter gasket rata-rata (in)
P = Tekanan operasi (psi)
4) Beban dari tekanan internal, H
H=
= 32.258,5866 lb
(B & Y,1959, pers. 12.89)
5) Beban operasi total, Wm1
Wm1 = H + Hp = 39.602,1444 lb (B & Y,1959, pers. 12.91)
F-37
Karena Wm1 > Wm2, sehingga Wm1 sebagai beban pengontrol
Keterangan : Wm1
= Beban berat bolt (lb)
c. Perhitungan luas baut minimum (minimum bolting area) = 32,14 in2
Am1 =
(B & Y,1959, pers. 12.92)
Keterangan : Am1 = Total luas bolt pada kondisi operasi (in2) fb = bolt stress maksimum yang diijinkan (psi)
d. Perhitungan ukuran baut optimum
Berdasarkan Tabel 10.4 (Brownell and Young, 1959) :
Tabel F.3. perhitungan ukuran baut optimum Ukuran Root
Min. No Actual No of bolt
Bolt
Area
of Bolt
0.551
15.145
24.000
R
Bs
E
1.375 2.250 1.063
1.000
Digunakan baut berukuran 1 in sebanyak 16 baut dengan Bolt Circle Diameter yang digunkan C = 51,084 in
F-38
e. Perhitungan diameter flange luar Flange OD (A) = bolt cirlce diameter + 2 E = 53,20 in
f. Koreksi lebar gasket Ab actual = jumlah baut × root area = 8,816 in2 Lebar gasket minimun Nmin
=
= 0,3632 in
g. Perhitungan momen 1) Untuk kondisi tanpa tekanan dalam W = ½ (Ab + Am1) fa = 88.160 lb (B & Y,1959, pers. 12.94)
Keterangan :
W = Berat beban (lb) Am1= Luas baut minimum (in2) Ab = Luas aktual baut (in2)
fa = Allowable stress (psi)
Hubungan lever arm diberikan dengan pers. (12.101), B & Y, 1959: hG = ½ (BC – G) = 1,3819 in
F-39
Keterangan :
hG = Tahanan radial circle bolt (in)
BC = Bolt circle diameter (in)
G = Diameter gasket rata-rata (in)
Flange moment dihitung sebagai berikut (B & Y, 1959, Tabel 12.4) :
Ma = W × hG = 88.160 lb × 1.3819 in = 121.825,6798 lb.in
2) Untuk kondisi beroperasi
W = Wm1
(B & Y, 1959, pers. 12.95)
HD = 0,785 B2 P
(B & Y, 1959, pers. 12.96)
= 0,785 × (51,0236 in)2 × 17,6 psi = 35.968,6816 lb
Keterangan :
HD = Hydrostatic and force pada area dalam flange (lb)
B = Diameter dalam flange / OD shell (in)
F-40
p = Tekanan operasi (psi)
The lever arm dihitung dengan pers. 12.100 (B & Y, 1959) : hD = ½ (BC – B) = 0,0303 in
The moment, MD (dari pers. 12.96):
MD = HD × hD = 1.090,7503 lb.in
HG dari pers. 12.98 (B & Y, 1959) : HG = Wm1 – H = 7.343,5578 lb
Momen MG, pers. 12.98 (B & Y, 1959) :
MG = HG × hG = 2.222,6934 lb.in
HT dihitung dengan pers. 12.97 (B & Y, 1959) : HT = H – HD = -3710,0950 lb
Hubungan lever arm, hT pers. 12.102 (B & Y, 1959) :
hT = ½ (hD + hG) = 0,0303 in
F-41
Flange moments, MT diberikan oleh pers. 12.97 (B & Y, 1959):
MT = HT × hT = -112.5086 lb.in
Maka Jumlah moment untuk kondisi beropersi, Mo
Mo = MD + MG + MT = 1200.9350 lb-in
(B & Y, 1959, pers. 12.99)
Sehingga moment saat tanpa tekanan dalam yang berfungsi sebagai pengontrol adalah Mmax = 1200.9350 lb-in
h. Perhitungan tebal flange
K=
= 1,0428 in
Untuk K = 1,0428 maka diperoleh Y = 25 (Brownell and Young,1959, fig. 12.22, hal. 238).
t=
= 2,34 in
Ketebalan flange yang digunakan 3 in.
Keterangan :
F-42
t = Ketebalan flange (in)
A = Diameter luar flange (in)
B = Diameter dalam flange (in)
K = Rasio diameter luar terhadap diameter dalam flange
