![Perhitungan Neraca Massa [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/perhitungan-neraca-massa-m64e0978003ce6.jpg)
6 0 1 MB
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Compressed Natural Gas (CNG) dari Biogas Hasil Fermentasi Thermofilik Limbah Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 60 ton TBS/jam untuk neraca digunakan alur maju. Basis perhitungan
: 1 hari operasi
Kapasitas TBS
: 60 ton/jam
Konversi TBS ke POME
: 60 % (Novaviro Technology, 2010)
Operasi per Tahun
: 365 hari
Maka, jumlah POME
= 60 % x 60 ton/jam = 36 ton/jam = 36 m3/jam
Kapasitas POME
=
36 m 3 20 jam 300 hari × × jam 1 hari 1 tahun
= 216.000 m3/tahun
Produksi POME
=
216.000 m 3 /tahun 365 hari/ tahun
= 591,78 m3/hari = 591.780,82 L/hari = 591.780,82 kg/hari
Karakteristik POME : COD input
: 53.000 mg/L...............(Senafati&Yolanda, 2010). 53 x 10-3 kg/L
% Dekomposisi COD
: 85%..............................(Senafati&Yolanda, 2010).
COD input
=
53.000 mg/L x 591.780,82 L/hari 1.000.000 kg/mg
Universitas Sumatera Utara
= 31.364,38 kg/hari
COD output
= COD input – (0,85 x COD input) = 31.364,38 kg/hari – (0,85 x 31.364,38 kg/hari) = 4.704,65 kg/hari
COD terkonversi
= 31.364,38 kg/hari – 4.704,65 kg/hari = 26.659,73 kg/hari
CH 4 yang diproduksi kgCH 4 ........( Novaviro Technology, 2010) = 0,25 COD yang terkonversi kgCOD Maka, CH4 yang diproduksi = 0,25 x 26.659,73 kg/hari = 6.664,93 kg/hari ρCH4 (30 oC)
= 0,6 kg/m3
VCH4
=
=
m CH4
ρ CH4 6.664,93 kg/hari 0,6 kg/m 3
= 11.108,22 m3/hari
Komposisi Biogas, % Volume ( Novaviro Technology, 2010) 62,5 % CH4 37 % CO2 0,49 % H2O 0,01 % H2S
Maka jumlah biogas
=
Jumlah CH 4 yang diproduksi % CH 4 dalam biogas
=
11.108,22 m 3 / hari 0,625
= 17.773,15 m3/hari
Universitas Sumatera Utara
Dimana, jumlah keseluruhan biogas : = {( ρ CH4 x XCH4) + ( ρ CO2 x XCO2) + ( ρ H2S x XH2S) + ( ρ H2O x XH2O)} x jumlah biogas (m3/hari) ={(0,6 kg/m3 x 0,625) + (2,814 kg/m3 x 0,37) + (1,393.10-6 kg/m3 x 0,0001) + (0,723 kg/m3 x 0,0049)} x 17.773,15 m3/hari = 25.232,99 kg biogas/hari
A.1
Penentuan Komposisi Bahan Baku
A.1.1 Komposisi Senyawa Tambahan Massa NaHCO 3 =
2,5 gr kg kg × 591.780,82 :1 1 L POME hari L
= 1.479.452,05 gr/hari = 1.479,45 kg
Massa FeCl 2 =
300 × 10 −6 L 29,9 gr kg kg × × 591.780,82 :1 1 L POME 0,1 L hari L
= 53.082,74 gr/hari = 53,08 kg
A.2
Perhitungan Neraca Massa
A.2.1 Bak Neutralizer (T-101) Fungsi: sebagai tempat penampung POME dengan padatan NaHCO3.
1
2
3
T-101
Neraca massa komponen: POME
: F1POME = 591.780,82 kg F3POME = F1POME = 591.780,82 kg
Universitas Sumatera Utara
NaHCO3
: F2NaHCO3 = 1.479,45 kg F3NaHCO3 = F2NaHCO3 = 1.479,45 kg
Neraca massa total: F3= F3POME + F3NaHCO3 = (591.780,82 + 1.479,45) kg = 593.260,27 kg
A.2.2 Bak Pencampur Nurtisi (M-106) Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle.
4
3
M-106
6
6
5
Neraca massa komponen: F3 = 593.260,27 kg, dimana POME
: F3POME
NaHCO3
: F3NaHCO3 = 1.479,45 kg
FeCl2
: F4FeCl2
= 593.260,27 kg
= 53,08 kg
Neraca Massa total : F6
= F3 + F4 + F5
F6
= 593.260,27 kg + 53,08 kg + F5
F6
= 593.313,35 kg + F5 ……………………(a)
Universitas Sumatera Utara
A.2.3 Reaktor Tangki Berpengaduk (R-201) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri thermofilik.
11
Reaktor Fermentasi
6
7
Waktu tinggal dalam reaktor adalah 6 hari. Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi : C6H12O6 + Katalis
2CH4 + 4CO2 + H2S + 2H2O
Komposisi biogas yang dihasilkan dengan proses anaerobik yaitu CH4 62,5%; CO2 37 %; H2S 0, 01 %; H2O 0,49 %; O2 0%; dan H2 0%. Neraca Massa Total : F6 = F7+ F11 Dari Persamaan (a), maka 593.313,35 kg + F5 = F7+ F11 ……………………(b) Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 25%, maka F5
= 0,25 F7 ……………………(c)
Substitusi persamaan (c) ke (b) : 593.313,35 kg + 0,25 F7 = F7+ F11 Dimana, F11 = 112.258,43 kg 593.313,35 kg + 0,25 F7
= F7+ 25.232,99 kg
593.313,35 kg – 25.232,99 kg = F7 - 0,25 F7 568.080,36 kg
= 0,75 F7
F7
= 757.440.48 kg
Dari persamaan (c), maka diperoleh : F5
= 0,25 x 757.440.48 kg = 189.360,12 kg
Universitas Sumatera Utara
Dari persamaan (a). Maka diperoleh : F6
= F7 + F11 = (757.440.48 + 25.232,99) kg = 782.673,47 kg
A.2.4 Tangki Sedimentasi (F-202) Fungsi: sebagai tempat pengendapan POME yang akan direcycle 7
8
F-202
5
Neraca Massa Total : F7
= F5+ F8
757.440.48 kg
= 189.360,12 kg + F8
F8
= 757.440.48 kg - 189.360,12 kg = 568.080,36 kg
Karakteristik keluaran POME: Digester,
VS
: 0,0325 kg/L
Discharge,
VS
: 0,0125 kg/L
VS Pome
: 0,0426 kg/L
(Senafati&Yolanda, 2010)
QPOME
=
=
F1 POME
ρ
POME
591.780,82 kg / hari 1 kg / L
= 591.780,82 L/hari
Universitas Sumatera Utara
QNaHCO3
=
=
QFeCl2
=
= QVS
F 2 NaHCO 3
ρ
NaHCO3
1.479,45 kg / hari = 672,47 L/hari 2,200 kg / L F 4 FeCl 2
ρ
FeCl 2
53,08 kg / hari 3,160 kg / L
= 16,79 L/hari
= QPOME + QNaHCO3 + QFeCl2 = (591.780,82 + 672,47 + 16,79) L/hari = 592.470,09 L/hari
Neraca massa komponen: Alur 8 F8
= 568.080,36 kg
VS (pada Discharge) = 0,0125 kg/L F8VS
= 592.470,09 L/hari x 0,0125 kg/L = 7.405,87 kg
F8 NaHCO3
= F2NaHCO3
= 1.479,45 kg
F8 FeCl2
= F4FeCl2
= 53,08 kg
F8 Air
= F8 – (F8TS + F8 NaHCO3+ F8 FeCl2) = 568.080,36 kg – (7.405,87 + 1.479,45 + 53,08) kg = 559.141,94 kg
Alur 7 F7
= 757.440,47 kg
VS (pada Digester)
= 0,0325 kg/L
Q7VS
=
592.470,09 L / hari 0,75
= 789.960,13 L/hari 7
F
VS
= 789.960,13 L/hari x 0,0325 kg/L = 25.673,70 kg
Universitas Sumatera Utara
F7NaHCO3
=
=
F7FeCl2
=
= F7 Air
F 8 NaHCO 3 0,75 1.479.45 kg / hari 0,75
= 1.972,60 kg
F 8 FeCl 2 0,75 53,08 kg / hari 0,75
= 70,77 kg
= F7 – (F7VS + F7 NaHCO3+ F7 FeCl2) = 757.440,47 kg – (25.673,70 + 1.972,60 + 70,77) kg = 729.723,39 kg
Alur 5 F5
= 189.360,11 kg
F5VS
= F7VS – F8VS = 25.673,70 kg – 7.405,87 kg = 18.267,82 kg
F5NaHCO3
= 0,25 x F7NaHCO3 = 0,25 x 1.972,60 kg = 493,15 kg
F5FeCl2
= 0,25 x F7FeCl2 = 0,25 x 70,77 kg = 17,69 kg
F5Air
= F5 – (F5VS + F5 NaHCO3+ F5FeCl2) = 189.360,11 kg – (18.267,82 + 493,15 + 17,69) kg = 170.581,44 kg
Alur 6 F6
= 782.673,48 kg
VS POME dlm kg/hari
= Produksi POME x VS POME = 591.780,82 L/hari x 0,0426 kg/L = 25.209,86 kg
Universitas Sumatera Utara
F6VS
= VS POME dlm kg/hari + F5VS = 25.209,86 kg + 18.267,82 kg = 43.477,69 kg
F6NaHCO3
= F3NaHCO3 + F5NaHCO3 = 1.479,45 kg + 493,1 k5g = 1.972,60 kg
F6FeCl2
= F4FeCl2 + F5FeCl2 = 53,08 kg + 17,69 kg = 70,77 kg
F6Air
= F6 – (F6TS + F6NaHCO3+ F6FeCl2) = 782.673,48 kg – (43.477,69 +1.972,60 + 70,77) kg = 737.152,40 kg
Alur 11 VBiogas
= 17.773,15 m3/hari
VCH4
= 17.773,15 m3/hari x 0.625 = 11.108,22 m3/hari
VCO2
= 17.773,15 m3/hari x 0,37 = 6.576,06 m3/hari
VH2S
= 17.773,15 m3/hari x 0,0001 = 1,77 m3/hari
VH2O
= 17.773,15 m3/hari x 0,0049 = 87,08 m3/hari
F11
= 25.232,99 kg
F11CH4
= VCH4 x ρ CH4 = 11.108,22 m3/hari x 0,6 kg/m3 = 6.664,93 kg
F11CO2
= VCO2 x ρ CO2 = 6.576,06 m3/hari x 2,814 kg/m3 = 18.505,05 kg
11
F
H2S
= VH2S x ρ H2S = 1,77 m3/hari x 1,39 x 10-6 kg/m3
Universitas Sumatera Utara
= 2,48 x 10-6 kg F11H2O
= VH2O x ρ H2O = 87,08 m3/hari x 0,723 kg/m3 = 63,02 kg
A.2.5
Filter Press (H-204) Fungsi: memisahkan ampas cair dan padat untuk dijadikan pupuk. 8
9
10
Neraca massa komponen: •
Ampas cair
: F9Ampas cair
= 0,94 x F8Ampas = 0,94 x 568.080,36 kg = 533.995,54 kg
•
Ampas padat
: F10Ampas padat = F8Ampas – F9Ampas cair = (568.080,36 - 533.995,54) kg = 34.084,82 kg
Universitas Sumatera Utara
A.2.6 Water Trap (F-301) Fungsi : Memisahkan air yang terkandung didalam biogas, dimana air terpisahkan 100 %.
13
11
F-301
12
Neraca Total : F11 = F12 + F13 Alur 11 F11
= 25.233 kg
F11CH4
= 6.664,93 kg
11
F
CO2
= 18.505,05 kg
F11H2S
= 2,48 x 10-6 kg
F11H2O
= 63,02 kg
Alur 13 F13
= 25.169,98 kg
F13CH4
= 6.664,93 kg
F13CO2
= 18.505,05 kg
F13H2S
= 2,48 x 10-6 kg
Maka, F11 = F12 + F13 25.233 kg = F12 + 25.169,98 kg F12 = 63,02 kg
Universitas Sumatera Utara
A.2.7 Desulfurisasi (D-306) Fungsi : untuk menyerap gas H2S yang terkandung dalam biogas dimana H2S habis diserap 100 %.
17
CH4 H2S = 0,01 % CO2 H2O
CH4 H2S habis terserap CO2 H2O
16
Neraca Massa Total :
F17CH4 17
F
F17
CO2
F16CH4
= 6.664,93 kg
F16CO2
= 18.505,05 kg
F16H2S
= 2,48 x 10-6 kg
= 6.664,93 kg = 18.505,05 kg = F17CH4 + F17CO2 + F17H2S = 6.664,93 kg + 18.505,05 kg + 0
F17
A.2.8
= 25.169,98 kg
Kolom Absorpsi-Stripping (D-308 & D-312)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi : untuk menyerap CO2 yang terkandung dalam biogas dan melepaskan CO2. 21 26
25 24 20 23
18
22
19
Jumlah CO2 yang dikeluarkan dari sistem 99% (Twigg, 1989) dari alur 25. Larutan Benfield (K2CO3) (BM= 138 kg/kmol). K2CO3 yang digunakan adalah K2CO3 30 %, temperatur K2CO3 masuk absorber adalah 60 0C. Reaksi pengikatan CO2 : K2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2KHCO3
………………….. (1)
Reaksi pelepasan CO2: 2KHCO3 ↔ CO2 + H2O + K2CO3 …………………(2) Dimana semua CO2 yang terserap dilepaskan pada kolom stripper. Jumlah CO2 yang terabsorpsi 99% dari jumlah CO2 umpan, maka : F21
= 99 % x F18CO2 = 0,99 x 18.505,05 kg
= 18.320 kg Maka mol CO2 yang terbentuk dari reaksi (2) : N21
=
F 21 CO2 BM CO2
=
18.320 44
= 416,36 kmol Jumlah CO2 yang terbentuk
= 416,36 kmol
Universitas Sumatera Utara
Jumlah KHCO3 yang bereaksi
= 832,72 kmol
Neraca Massa Total : F18
= F26 +F21
25.169,98 kg
= F26+ 18.320 kg
F26
= (25.169,98 - 18.320) kg = 6.849,98 kg
Alur 26 F26CH4
= F18CH4 = 6.664,93 kg
F26CO2
= F18CO2 – F21 = 18.505,05 kg – 18.320 kg = 185,05 kg
Alur 25 Jumlah K2CO3 bereaksi
= 416,36 kmol = 416,36 kmol x 138 kg/kmol = 57.458,18 kg
K2CO3 yang digunakan 30% berat, maka Total umpan (F25)
= 57.458,18 kg x 100/30 = 191.527,28 kg
Jumlah H2O bereaksi
= 416,36 kmol = 416,36 kmol x 18 kg/kmol = 7.494,54 kg
Maka Jumlah H2O
= 70 % x 191.527,28 kg = 134.069,10 kg
Jumlah H2O yang tidak bereaksi
= (134.069,10 – 7.494,54) kg = 126.574,55 kg
F25 25
F
= 191.527,28 kg K2CO3
F25H2O
= 57.458,18 kg = 134.069,10 kg
Universitas Sumatera Utara
Alur 19 F19
= 209.847,28 kg
N19 KHCO3
= 832,72 kmol
F19KHCO3
= N19 KHCO3 x BM KHCO3 = 832,72 kmol/hari x 100 kg/kmol = 83.272,73 kg
F19 H2O
= 126.574,55 kg
Kolom Stripper F20 = F19
= 209.847,28 kg
F20KHCO3
= 83.272,73 kg
F20H2O
= 126.574,55 kg
21
21
22
23
F =F
CO2
= 18.320 kg
F =F
= 191.527,28 kg
F22K2CO3
= 57.458,18 kg
F22H2O
= 134.069,10 kg
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi
: kJ/hari
Temperatur basis : 25oC Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: •
Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas Qi = Hi =
(Van Ness, 2005)
T
∫ n Cp dT
T1= 298
•
Perhitungan panas penguapan QV = N ΔHVL
•
Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom. Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom Unsur Atom
ΔE
C
10,89
H
7,56
O
13,42
Fe
29,08
Cl
14,69
K
28,78
Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison: n
C pS = ∑ N i ⋅ ∆ Ei i =1
Dimana : Cps
= Kapasitas panas padatan pada 298,15 K ( J/mol.K )
n
= Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa
Ni
= Jumlah unsur atom I dalam senyawa
Universitas Sumatera Utara
ΔEi
= Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1
Menghitung Cp glukosa: Cp
= 6.ΔEC + 12.ΔEH + 6.ΔEO = 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6(13,42) = 236,58 J/mol.K
Dengan cara yang sama diperoleh Cp NaHCO3
= 84,90 J/mol.K
Cp FeCI2
= 58,46 J/mol.K
Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,15 K (J/mol.K) Komponen
Cp (J/mol.K)
C6H12O6
236,58
NaHCO3
84,90
FeCl2
58,46
K2CO3
108,71
KHCO3
87,49
Tabel LB.3 Panas Reaksi Pembentukan (KJ/mol) Komponen
ΔHf
CH4(g)
-74,520
CO2(g)
-393,509
H2S(g)
-20,630
H2O(l)
-285,830
NaHCO3
-947,7*)
C6H12O6(s)
-1.250*)
H2SO4(l)
-814*)
Sumber: Smith, 2005 Shervy, 2011*) • Perhitungan Cp untuk fasa gas: Cpx,T = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 T2
∫ Cpg dT = [a(T2–T1) + b/2(T22–T12) + c/3(T23–T13) + d/4(T24–T14)+ e/5(T25–T15)]
T1
Universitas Sumatera Utara
Senyawa
A
Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) B C D
E
CH4(g)
3,83870.101 -7,3663.10-2
2,9098.10-4
-2,6384.10-7
8,0067.10-11
CO2(g)
1,90223.101 7,9629.10-2
-7,3706.10-5
3,7457.10-8
-8,133.10-12
H2S(g)
3,45234.101 -1,76481.10-2
6,76664.10-5
-5,32454.10-8
1,40695.10-11
H2O(g)
3,40471.101 -9.65064.10-3
3,29983.10-5
-2,04467.10-8
4,30228.10-12
Sumber: Reklaitis, 1983 • Perhitungan Cp untuk fasa cair: Cpx,T = a + bT + cT2 + dT3 T2
∫ Cpl dT = [a(T2–T1) + b/2(T22–T12) + c/3(T23–T13) + d/4(T24–T14)
T1
Senyawa
Tabel LB.5 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) A B C
D
CH4(l)
-5,70709
1,02562
-1,6656.10-3
-1,9750.10-5
CO2(l)
1,1041.101
1,1595
-7,2313.10-3
1,55019.10-5
H2S(l)
2,18238.101
7,74223.10-1
-4,20204.10-3
7,38677.10-6
H2O(l)
1,82964.101
4,7211.10-1
-1,3387.10-3
1,3142.10-6
Sumber: Reklaitis, 1983
B.1
Bak Neutralizer (T-101) Fungsi : sebagai tempat penampung POME dengan padatan NaHCO3.
Alur 1 (55oC, 1 atm) Alur 2 (30oC, 1 atm) 1
2
3
T-101
Universitas Sumatera Utara
Temperatur basis = 25ºC 328,15
328,15
∫
Energi masuk = (N1C6H12O6)
∫
CpdT + (N1H2O)
303,15
298,15
298,15
∫
Cp dT + N2NaHCO3
CpdT
298,15
Tabel LB.6 Energi yang Masuk ke Bak Neutralizer
Alur
1 2
Komponen C6H12O6(s) H2O(l) NaHCO3
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
25.209,86
180
140,05
566.570,95
18
31.476,16
1.479,45
84
17,61
Cp dT
N
(KJ/mol) 7.097,40
∫
Cp dT
(KJ/hari) 994.024,89
2.256,18 71.015.776,07 424,50
7.476,51
Qin (kJ/ hari)
72.017.277,48
Asumsi: proses pencampuran berlangsung adiabatis (dQ/dT = 0). Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan NaHCO3 dalam air = -4,1 kkal/mol = -17,17 x 103 kJ/kmol dQ = N .∆H pelaru tan + Qout − Qin dt 0 = 17,61 x (−17,17 × 10 3 ) + Qout − 72.017.277,48 kJ / hari
Qout = 72.319.626,40 kJ / hari
Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. T
Energi keluar = N3C6H12O6
T
out
∫
298,15
Cp dT + N3H2O
T
Out
∫
298,15
Cp dT + N3NaHCO3
Out
∫
Cp dT
298,15
Universitas Sumatera Utara
Trial I: Tout = 55,05oC atau 328,20oK Tabel LB.7 Perhitungan Trial I Energi yang Keluar dari Bak Neutralizer
Alur
Komponen C6H12O6(s)
3
H2O(l) NaHCO3
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
25.209,86
180
140,05
(kJ/mol) 7.109,22
566.570,95
18
31.476,16
2.259,95
71.134.597,43
1.479,45
84
17,61
2.551,24
44.933,86
Qout (kJ/ hari)
(kJ/hari) 995.681,60
72.175.212,9
Trial II: Tout = 55,11oC atau 328,26oK Tabel LB.8 Perhitungan Trial II Energi yang Keluar dari Bak Neutralizer
Alur
Komponen C6H12O6(s)
3
H2O(l) NaHCO3(s)
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
25.209,86
180
140,05
(kJ/mol) 7.123,42
566.570,95
18
31.476,16
2.264,48
71.277.184,94
1.479,45
84
17,61
2.556,33
45.023,58
Qout (kJ/ hari)
(kJ/hari) 997.669,65
72.319.878,18
Diperoleh temperatur pada alur keluar bak neutralizer yaitu Tout = 55,11oC atau 328,26 oK
B.2
Bak Pencampur Nutrisi (M-106) Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle. Alur 3 (55,11oC; 1 atm)
4
Alur 4 (30oC; 1 atm) Alur 5 (36 oC; 1 atm) 3
M-106
6
5
Universitas Sumatera Utara
328, 26
∫
Energi masuk = (N3C6H12O6)
328, 26
∫
CpdT + (N3H2O)
298,15
∫
298,15
309 ,15
∫
CpdT + (N5H2O)
∫
Cp dT
298,15
298,15
309 ,15
+ N5NaHCO3
∫
CpdT
298,15
309 ,15
CpdT + (N5C6H12O6)
∫
CpdT + N3NaHCO3
298,15
303,15
+ N4FeCl2
328, 26
309 ,15
CpdT + N5FeCl2
298,15
∫
CpdT
298,15
Tabel LB.9 Perhitungan Energi yang Masuk ke Bak Pencampur Nutrisi
Alur
Komponen C6H12O6(s)
3
H2O(l) NaHCO3(s)
4
FeCl2(s) C6H12O6(s)
5
H2O(l) NaHCO3(s) FeCl2(s)
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
25.209,86
180
140,05
(kJ/mol) 7.123,42
566.570,95
18
31.476,16
2.264,48
71.277.184,94
1.479,45
84
17,61
2.556,33
45.023,58
53,08
122
0,43
292,30
127,18
18.267,82
180
101,48
2.602,38
264.110,16
170.581,44
18
9.476,74
825,10
7.819.267,50
493,15
84
5,87
933,90
5.482,77
17,69
122
0,14
643,06
93,26
Qin (kJ/ hari)
(kJ/hari) 997.669,65
80.408.959,08
Asumsi:proses pencampuran berlangsung adiabatis (dQ/dT = 0). Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan FeCl2 dalam air = 17,9 kkal/mol = 74,95 x 103 kJ/mol dQ = N .∆H pelaru tan + Qout − Qin dt 0 = (0,43x74,95 × 10 3 ) + (0,14 x74,95 × 10 3 ) + Qout − 80.408.959,08 kJ / hari Qout = 80.365.479,77 kJ / hari
Temperatur pada alur 6 keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error.
Universitas Sumatera Utara
Temperatur pada alur 6 keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Tout
Energi keluar = N6C6H12O6
∫
Tout
Cp dT + N5H2O
298,15
∫
Tout
Cp dT + N6NaHCO3
298,15
∫
Cp dT +
298,15
Tout
N6FeCl2
∫
Cp dT
298,15
Trial I: Alur 6 Tout = 50oC atau 323,15oK Tabel LB.10 Perhitungan Trial I Energi yang Keluar ke Bak Pencampur Nutrisi
Alur
Komponen C6H12O6(s) H2O(l)
6
NaHCO3 FeCl2
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
43.477,69
180
241,54
(kJ/mol) 5.914,50
737.152,40
18
40.952,91
1.878,90
76.946.826,10
1.972,60
84
23,48
2.122,50
49.843,44
70,77
122
0,58
1.461,50
847,82
Qout (kJ/ hari)
(kJ/hari) 1.428.604,46
78.426.121,84
Trial II: Alur 6 Tout = 50,62 oC atau 323,77 oK Tabel LB.11 Perhitungan Trial II Energi yang Keluar ke Bak Pencampur Nutrisi
Alur
6
C6H12O6(s)
43.477,69
180
241,54
(kJ/mol) 6.198,89
(kJ/hari) 1.497.297,48
737.152,40
18
40.952,91
1.925,37
78.849.888,39
1.972,60
84
23,48
2.174,81
51.071,98
70,77
122
0,58
1.497,52
868,72
NaHCO3 FeCl2
Qout (kJ/ hari)
N (kmol/ hari)
∫
F (kg/ hari)
H2O(l)
BM (kg/mol)
∫
Komponen
Cp dT
N
Cp dT
80.365.645,81
Universitas Sumatera Utara
Diperoleh temperatur pada alur 6 keluar bak pencampur nutisi yaitu 50,62oC atau 323,77oK.
B.3
Reaktor Fermentasi (R-201) Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas. Alur 6 (51,2 oC; 1 atm) Alur 7 (55ºC; 1 atm) Alur 11 (27ºC; 1 atm)
Air Glukosa NaHCO3 FeCl2
11
CH4 CO2 H 2S H 2O
Reaktor Fermentasi 6 7
Glukosa Air NaHCO3 FeCl2
Reaksi: C6H12O6 + Katalis
2CH4 + 4CO2 + H2S + 2H2O
323, 77
∫
Energi masuk = N6C6H12O6
323, 77
Cp dT + N6H2O
298,15
∫
298,15
323, 77
Cp dT + N6NaHCO3
∫
Cp dT +
298,15
323, 77
N6FeCl2
∫
Cp dT
298,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.12 Energi yang masuk ke dalam Fermentor
Alur
C6H12O6(s)
43.477,69
180
241,54
(kJ/mol) 6.198,89
(kJ/hari) 1.497.297,48
737.152,40
18
40.952,91
1.925,37
78.849.888,39
1.972,60
84
23,48
2.174,81
51.071,98
70,77
122
0,58
1.497,52
868,72
NaHCO3 FeCl2
N (kmol/ hari)
∫
F (kg/ hari)
H2O(l)
6
BM (kg/mol)
∫
Komponen
Cp dT
N
Qin (kJ/ hari)
80.365.645,81
328,15
Energi keluar = N7C6H12O6
∫
328,15
∫
CpdT + N11CH4
∫
CpdT +
298,15 300 ,15
CpdT + N11CO2
298,15
300 ,15
∫
CpdT + N7FeCl2
300 ,15
298,15
N11H2S
328,15
298,15
328,15
∫
∫
CpdT + N7NaHCO3
298,15
N7H2O
Cp dT
∫
CpdT +
298,15
300 ,15
CpdT + N11H2O
298,15
∫
CpdT
298,15
Tabel LB.13 Perhitungan Energi yang keluar dari Fermentor
Alur
Komponen
11
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
25.673,70
180
142,63
(kJ/mol) 7.097,4
729.723,39
18
40.540,18
2.256,18
91.465.812,85
1.972,60
84
23,48
2.547,00
59.812,13
FeCl2
70,77
122
0,58
1.753,80
1.017,39
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
216,27
90.089,67
CO2(g) H2S(g)
18.505,05
44
420,56
223,64
94.057,91
2,47.10-6
34
7,28.10-8
204,04
1,49.10-5
H2O(g)
63,01
18
3,50
67,20
235,25
C6H12O6(s) 7
F (kg/ hari)
H2O(l) NaHCO3
Qout (kJ/ hari)
(kJ/hari) 1.012.314,15
92.600.435,22
Universitas Sumatera Utara
Qs
= Qout - Qin = (92.600.435,22 – 80.365.645,81 ) kJ/hari = 12.234.789,41 kJ/hari
Data steam yang digunakan : Saturated steam pada 1 atm, 1500C
H
= 2.776 kJ/kg
Saturated steam pada 1 atm, 100 0C
Hv
= 2.676 kJ/kg
HL
= 419,1 kJ/kg
(Reklaitis, 1983) λ
= [H(150oC) – Hv(100oC)]+ [Hv(100oC) – Hl(100oC)]
λ
= [2.776 – 2.676] + [2.676 - 419,1]
λ
= 2.356,90 kJ/kg
Steam yang dibutuhkan adalah : m=
Q
λ
m=
12.234.789,41 kJ / hari 2.356,90 kJ / kg
m = 5.191,05 kg/hari B.4
Heater I (E-305) Fungsi: untuk menaikkan suhu dari water trap (F-301) ke tangki desulfirisasi (D-306). Steam 150 oC 1 atm 15 CH4 CO2 H2S T = 27 oC
16
Heater
CH4 CO2 H2S T = 65 oC
Steam 100 oC 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Dengan tekanan (P = 1 atm) 300 ,15
Energi masuk = N15CH4
∫
300 ,15
300 ,15
Cp dT + N15CO2
298,15
∫
∫
Cp dT + N15H2S
Cp dT
298,15
298,15
Tabel LB. 14 Perhitungan Energi yang masuk dari heater I
Alur
15
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
Cp dT
N
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 71,93
(kJ/hari) 29.965,75
CO2(g) H2S(g)
18.505,05
44
420,56
74,36
31.277,66
2,48.10-6
34
7,28.10-8
67,97
4,95.10-6
Qin (kJ/ hari)
338,15
Energi keluar = N16CH4
∫
61.243,41
338,15
338,15
Cp dT + N16CO2
298,15
∫
∫
Cp dT + N16H2S
Cp dT
298,15
298,15
Tabel LB. 15 Perhitungan Energi yang keluar dari heater
Alur
16
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
Cp dT
N
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 1.469,56
(kJ/hari) 612.158,58
CO2(g) H2S(g)
18.505,05
44
420,56
1.520,51
639.483,03
34
-8
1.367,62
9,96.10-5
-6
2,48.10
7,28.10
Qout (kJ/ hari)
1.251.641,62
Panas yang dilepas steam (Q) = Qout – Qin = (1.251.641,62- 61.243,41) kJ/hari = 1.190.398,20 kJ/hari Saturated steam pada 1 atm, 1500C, H(1500) = 2.776 kJ/kg (Reklaitis, 1983) Saturated steam pada 1 atm, 1000C, HV(1000C) = 2.676 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
HL(1000C) = 419,1 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
λ = [H(150oC) – Hv(100oC)]+ [Hv(100oC) – Hl(100oC)] λ = [2.776 – 2.676] + [2.676 - 419,1] λ = 2.356,90 kJ/kg Jumlah steam yang diperlukan (m) = Q/ λ =
1.190.398,20 kJ / hari 2.356,94 kJ / kg
= 505,07 kg/hari
B.5
Kolom Absorpsi (D-308) Fungsi : Menyerap gas CO2 dengan menggunakan larutan benfield. Alur 18 (65 0C; 1,5 atm) Alur 25 (60 0C; 1 atm) 26 25
18
19
Dianggap 99 % terserap oleh larutan benfield (K2CO3).
338,15
Energi masuk = N18CH4
∫
338,15
Cp dT + N18CO2
298,15
∫
298,15
333,15
Cp dT + N25H2O
∫
Cp dT +
298,15
333,15
N25K2CO3
∫
Cp dT
298,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.16 Panas masuk ke dalam kolom absorpsi untuk setiap komponen
Alur
18
25
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
Cp dT
N
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 1.469,56
(kJ/hari) 612.158,58
CO2(g) H2O(l)
18.505,05
44
420,56
1.520,51
639.483,03
134.069,10
18
7.448,28
2.633,89
19.617.990,21
57.458,18
138
416,36
3.804,85
1.584.201,29
K2CO3(l)
Qin (kJ/ hari)
22.453.833,12
Absorber bersifat adiabatis, sehingga: dQ = Q out + ∆Hr - Q in dt
0= Qout +∆Hr - Qin Dimana, r∆Hpelarutan Qout
= -8.407.131,83 kJ/hari = Qin + ∆Hr = 22.453.833,12 – (-8.407.131,83) = 30.860.964,95 kJ/hari
Temperatur pada alur keluar 18 dan 25 diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. T
∫
Energi keluar = N19H2O
T
Cp dT + N19KHCO3
298,15
∫
298,15
T
Cp dT + N26CH4
∫
Cp dT +
298,15
T
N26CO2
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB.17 Perhitungan Energi yang keluar dari kolom absorpsi
Universitas Sumatera Utara
Alur
19
26
∫
F (kg/ hari)
H2O(l)
126.574,55
18
7.031,91
(kJ/mol) 4.103,04
(kJ/hari) 28.852.291,57
83.272,73
138
832,72
4.758,79
3.962.782,67
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
2.015,38
839.524,53
CO2(g)
185,05
44
4,20
2.084,09
8.765,06
KHCO3(l)
BM (kg/mol)
∫
Komponen
N (kmol/ hari)
Cp dT
Qout (kJ/ hari)
N
Cp dT
33.663.363,85
Diperoleh temperatur pada alur keluar 19 dan 26 kolom absorpsi yaitu Tout = 79,39oC atau 352,54oK.
B.6
Heater II (E-311) Fungsi: untuk menaikkan suhu dari kolom absorpsi (D-308) ke tangki larutan benfield (D-316).
KHCO3 H2O T= ? 20 23 K2CO3 H2O T = 88oC
22
Heat exchanger
H2O K2CO3 T = 100 oC
19
KHCO3 H2O T = 79,39 oC
Universitas Sumatera Utara
Dengan tekanan (P = 1 atm)
∫
Energi masuk = N19H2O
373,15
352 , 54
352 , 54
Cp dT + N19KHCO3
∫
Cp dT + N22H2O
∫
Cp dT +
298,15
298,15
298,15 373,15
∫
N22K2CO3
Cp dT
298,15
Tabel LB.18 Perhitungan Energi yang masuk dari Heater II
Alur
19
22
∫
N (kmol/ hari)
126.574,55
18
7.031,91
(kJ/mol) 4.103,04
(kJ/hari) 28.852.291,57
83.272,73
100
832,72
4.758,79
3.962.782,67
H2O(l)
134.069,10
18
7.448,28
5.671,86
42.245.679,57
K2CO3
57.458,18
138
416,36
8.153,25
3.394.717,05
H2O(l) KHCO3
F (kg/ hari)
∫
BM (kg/mol)
Komponen
Cp dT
N
Qin (kJ/ hari)
Cp dT
78.455.470,87
Untuk mencari suhu keluar dari Heater II maka di lakukan trial error, sehingga di dapat suhu keluar dari alur 20, yaitu 91,5 0C (364,65 K).
364 , 65
364 , 65
Energi keluar = N20H2O
∫
Cp dT + N20KHCO3
∫
298,15
298,15
361,15
Cp dT + N23K2CO3
∫
Cp dT
298,15
361,15
+ N23H2O
∫
Cp dT
298,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB. 19 Perhitungan Energi yang keluar dari Heater II
Alur
20
23
∫
F (kg/ hari)
H2O(l)
126.574,55
18
7.031,91
(kJ/mol) 5.023,75
(kJ/hari) 35.326.627,45
KHCO3
83.272,73
100
832,72
5.818,08
4.844.878,39
K2CO3(s)
57.458,18
138
416,36
6.848,73
2.851.562,32
134.069.10
18
7.448,28
4.757,30
35.433.792,51
H2O(l)
BM (kg/mol)
∫
Komponen
N (kmol/ hari)
Cp Dt
Qout (kJ/ hari)
N
Cp dT
78.456.860,68
dQ = Qin − Qout dt dQ = 78.455.470,87 − 78.456.860,68 dt dQ = 1.389,80 kJ/hari dt
B.7
Kolom Stripper (D-312) Fungsi : Menyerap gas CO2 dengan menggunakan larutan benfield. Alur 20 (P= 1 atm; 91,5 0C) 21
Alur 21 (P= 20 atm; 100 0C) Alur 22 (P= 1 atm; 100 0C) 20
22
Universitas Sumatera Utara
364 , 65
Energi masuk = N20H2O
∫
364 , 65
∫
Cp dT + N20KHCO3
298,15
Cp dT
298,15
Tabel LB. 20 Panas masuk ke dalam kolom stripper untuk setiap komponen
Alur
Komponen H2O(l)
20
KHCO3
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
126.574,55
18
7.031,91
(kJ/mol) 5.023,75
(kJ/hari) 35.326.627,45
83.272,73
100
832,72
5.818,08
4.844.878,39
Qin (kJ/ hari)
40.171.505,84
373,15
Energi keluar = N21CO2
∫
373,15
Cp dT + N22H2O
298,15
∫
373,15
Cp dT + N22K2CO3
298,15
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB.21 Panas keluar ke dalam kolom stripper untuk setiap komponen
Alur 21 22
Komponen
CO2(g) H2O(l) K2CO3(l)
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
18.320,00
44
416
(kJ/mol) 2.905,48
(kJ/hari) 1.209.735,08
134.069,10
18
7.448,28
5.671,86
42.245.679,57
57.458,18
138
416,36
8.153,25
3.394.717,05
Qout (kJ/ hari)
46.850.131,71
Dimana, r ∆Hr = 8.407.131,83 kJ/hari dQ = Q out + ∆Hr - Q in dt = (46.850.131,71+ (8.407.131,83) – 40.171.505,84) kJ/hari = 15.085.757,69 kJ/hari Data steam yang digunakan : Saturated steam pada 1 atm, 1500C, H(1500) = 2.776 kJ/kg (Reklaitis, 1983) Saturated steam pada 1 atm, 1000C, HV(1000C) = 2.676 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
HL(1000C) = 419,1 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
λ = [H(150oC) – Hv(100oC)]+ [Hv(100oC) – Hl(100oC)] λ = [2.776 – 2.676] + [2.676 - 419,1] λ = 2.356,90 kJ/kg Jumlah steam yang diperlukan (m) = Q/ λ =
15.085.757,69 kJ / hari 2.356,94 kJ / kg
= 6.400,67 kg/hari
B.8
Alat Pendingin / cooler I (E-315) Fungsi: untuk menurunkan suhu dari heater II (E-311) ke tangki larutan benfield (T-316). Alur 23 (1 atm, 88oC) Alur 24 (1atm, 60oC) Air Pendingin T = 28 oC 24
H2O K2CO3
23
K2CO3 H2O T = 60oC
Cooler I
T = 88 oC Air Pendingin Keluar T= 55 oC
361,15
361,15
Energi masuk = N23H2O
∫
298,15
CpdT + N24K2CO3
∫
CpdT
298,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.22 Energi yang masuk menuju cooler I
Alur
Komponen H2O
23
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
Cp dT
N
∫
Cp dT
134.069,10
18
7.448,28
(kJ/mol) 4.757,30
(kJ/hari) 35.433.792,51
57.458,18
138
416,36
6.848,73
2.851.562,32
K2CO3
Qin (kJ/ hari)
38.285.354,83
333,15
Energi keluar = N23H2O
∫
333,15
CpdT + N23K2CO3
298,15
∫
CpdT
298,15
Tabel LB.23 Energi yang keluar dari cooler I
Alur
24
Komponen H2O
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
Cp dT
N
∫
Cp dT
134.069,10
18
7.448,28
(kJ/mol) 2.633,89
(kJ/hari) 19.617.990,21
57.458,18
138
416,36
3.804,85
1.584.201,29
K2CO3
Qout (kJ/ hari)
21.202.191,50
dQ = Qout − Qin dt dQ = 21.202.191,50 − 38.285.354 dt dQ = −17.083.163,34 kJ/hari dt Jadi, jumlah panas yang diserap oleh propana sebanyak 17.083.163,34 kJ/hari. Dari data termodinamika untuk air pendingin: Entalpi H (280 C) = 117,43 kJ/ kg Entalpi H (550 C) = 230,23 kJ/ kg Maka, jumlah propana yang diperlukan (m): Q m = o H(28 C) − H(55 o C) =
- 17.083.163,34 kJ/hari 117,43 kJ/kg − 230,23 kJ/kg
= 151.446,48 kg/hari.
Universitas Sumatera Utara
B.9
Kompresor (G-402) Fungsi: menaikkan tekanan gas metan dari 1 atm hingga 20 atm.
27
28
Neraca Panas masuk Kompressor (T = 79,390C) Telebih dahulu dicari estimasi suhu keluaran gas dari kompressor dengan menggunakan rumus:
T2
= T1 .
(Timmerhaus, 1991)
Dimana; T2 = Temperatur suhu keluar kompressor T1 = Temperatur suhu masuk kompressor = 79,39OC = 352,54 K P2
= Tekanan keluar kompressor = 20 atm
P1
= Tekanan masuk kompressor = 1 atm
k
= 1,4
Ns = jumlah stage = 3 Dari perhitungan estimasi suhu keluar kompressor, didapat T = 468,94 oK = 195,79oC. Neraca Panas Kompressor (T = 468,94 oK = 195,79 oC) 468, 94 27
Energi masuk = (N
CH4)
∫
468, 94 27
CpdT + (N
298,15
CO2)
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB. 24 Perhitungan Energi panas kompressor
Alur
27
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 6.819,15
CO2(g)
185,05
44
4,20
6.928,41
Qcomp (kJ/ hari)
N
∫
Cp dT
(kJ/hari) 2.840.575,95 29.138,79 2.869.714,74
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Masuk Kompressor (T = 352,54 oK = 79,39 oC) 352 , 54
Energi masuk = (N27CH4)
∫
352 , 54
CpdT + (N27CO2)
298,15
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB. 25 Perhitungan Energi yang masuk dari kompressor
Alur
27
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
∫
N (kmol/ hari)
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 2.015,38
CO2(g)
185,05
44
4,20
2.084,09
N
∫
Cp dT
(kJ/hari) 839.524,53 8.765,06
Qin (kJ/ hari)
848.289,60
Neraca Panas Keluar Kompressor (T = 352,54 oK = 79,39 oC) 352 , 54
Energi masuk = (N28CH4)
∫
352 , 54
CpdT + (N28CO2)
298,15
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB.26 Perhitungan Energi yang keluar dari kompressor
Alur
28
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 2.015,38
CO2(g)
185,05
44
4,20
2.084,09
N
Qout (kJ/ hari)
∫
Cp dT
(kJ/hari) 839.524,53 8.765,06 848.289,60
Maka, Panas yang dilepaskan : = Qout - (Qin + Qcomp) = 848.289,60 – (848.289,60 + 2.869.714,74) = -2.869.714,74 kJ/hari Data Air Pendingin: H(28oC)= 117,43 kJ/kg H(55oC)= 230,23 kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
Maka, jumlah air pendingin yang diperlukan (m): Q m = o H(28 C) − H(55 o C) - 2.869.714,74 kJ/hari = = 25.440,73 kg / hari 17,43 kJ/kg − 230,23 kJ/kg B.10
Alat Pendingin / cooler II (E-403) Fungsi: menurunkan suhu biogas yang menuju penyimpanan CNG.
Alur 28 (1 atm, 79,39oC) Alur 29 (20 atm, 15oC)
Propana -103,15 oC CH4 CO2
29
28
CH4 CO2
Propana -53,15 o C 352 , 54
∫
Energi masuk = (N28CH4)
352 , 54
CpdT + (N28CO2)
298,15
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB.27 Energi yang masuk menuju cooler II
Alur
28
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) 2.015,38
CO2(g)
185,05
44
4,20
2.084,09
Qin (kJ/ hari)
288,15 29
Energi keluar = N
CH4
∫
298,15
N
∫
Cp dT
(kJ/hari) 839.524,53 8.765,06 848.289,60
288,15 29
CpdT + N
CO2
∫
CpdT
298,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.28 Energi yang keluar dari cooler II
Alur
29
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/mol)
N (kmol/ hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/mol) -357,44
(kJ/hari) -148.892,91
CO2(g)
185,05
44
4,20
-369,15
-1.552,51
Qout (kJ/ hari)
-150.445,42
dQ = Qout − Qin dt dQ = −150.445,42 − 848.289,60 dt dQ = −998.735,02 kJ/hari dt Jadi, jumlah panas yang diserap oleh propana sebanyak 998.735,02 kJ/hari. Dari data termodinamika untuk propana: Entalpi H (220 K/ -53,150 C) = 836,04 kJ/ kg Entalpi H (170 K/ -103,150 C) = 291,1 kJ/ kg Maka, jumlah propana yang diperlukan (m): Q m = o H(-53,15 C) − H(-103,15o C) =
998.735,02 kJ/hari 836,4 kJ/kg − 291,1 kJ/kg
= 1.832,74 kg/hari.
Universitas Sumatera Utara
B.11
Kompresor (G-405) Fungsi: menaikkan tekanan gas dari 20 atm hingga 197 atm.
30
31
Neraca Panas masuk Kompressor (T = 150C) Telebih dahulu dicari estimasi suhu keluaran gas dari kompressor dengan menggunakan rumus:
T2
= T1 .
(Timmerhaus, 1991)
Dimana; T2 = Temperatur suhu keluar kompressor T1 = Temperatur suhu masuk kompressor = 15OC = 288,15 K P2
= Tekanan keluar kompressor = 197 atm
P1
= Tekanan masuk kompressor = 20 atm
k
= 1,4
Ns = jumlah stage = 5 Dari perhitungan estimasi suhu keluar kompressor, didapat T = 328,39 oK = 55,24 o
C.
Neraca Panas Kompressor (T = 328,39 oK = 55,24 oC) 389 , 70 30
Energi masuk = (N
CH4)
∫
389 , 70 30
CpdT + (N
298,15
CO2)
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB.29 Perhitungan Energi panas kompressor
Alur
30
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/kmol)
N (kmol/hari)
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/kmol) 1.104,65
CO2(g)
185,05
44
4,20
1.143,09
Qcomp (kJ/ hari)
N
∫
Cp dT
(kJ/hari) 460.154,19 4.807,51 464.961,70
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Masuk Kompressor (T = 288,15oK = 15 oC) 288,15
288,15
Energi masuk = (N30CH4)
∫
CpdT + (N30CO2)
∫
Cp dT
298,15
298,15
Tabel LB.30 Perhitungan Energi yang masuk dari kompressor
Alur
30
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/kmol)
∫
N (kmol/hari)
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/kmol) -357,44
CO2(g)
185,05
44
4,20
-369,15
N
∫
Cp dT
(kJ/hari) -148.892,91 -1.552,51
Qin (kJ/ hari)
-150.445,42
Neraca Panas Keluar Kompressor (T = 288,15oK = 15 oC) 288,15
∫
Energi masuk = (N31CH4)
288,15
CpdT + (N31CO2)
298,15
∫
Cp dT
298,15
Tabel LB.31 Perhitungan Energi yang keluar dari kompressor
Alur
31
Komponen
F (kg/ hari)
BM (kg/kmol)
N (kmol/hari)
∫
Cp dT
N
∫
Cp dT
CH4(g)
6.664,93
16
416,55
(kJ/kmol) -357,44
(kJ/hari) -148.892,91
CO2(g)
185,05
44
4,20
-369,15
-1.552,51
Qout (kJ/ hari)
-150.445,42
Maka, Panas yang dilepaskan : = Qout - (Qin + Qcomp) = -150.445,42 – (-150.445,42 + 464.961,70) = - 464.961,70 kJ/hari Dari data termodinamika untuk propana: Entalpi H (280 C) = 117,43 kJ/ kg Entalpi H (550 C) = 230,23 kJ/ kg
Universitas Sumatera Utara
Maka, jumlah air pendingin yang diperlukan (m): Q m = o H(28 C) − H(55 o C) - 464.961,70 kJ/hari = = 4.122 kg / hari 17,43 kJ/kg − 230,23 kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN C.1
Bak Netralisasi (T-101) Fungsi
: Sebagai tempat penampung POME dengan padatan NaHCO3, dan sekaligus menetralkan pH POME.
Bentuk
: Persegi panjang
Bahan
: Beton
Waktu tinggal
: 1 hari
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan,
P = 1 atm
Temperatur,
T = 55,11 0C
Densitas limbah cair ρ = 1.002,99 kg/m3 Laju alir massa Laju alir volume
F = 593.260,27 kg/hari (593.260,27) kg / hari = 1.002,99kg / m 3 = 591,49 m3/hari
Perhitungan ukuran bangunan Faktor kelonggaran
= 20%
(Perry dan Green, 1999)
Volume bak (Vb)
= (1+0,2) x 591,49 m3 = 709,78 m3
Ukuran bak : Panjang bak (p)
= 2 x lebar bak (l) maka p = 2l
Tinggi bak (t)
= ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l
Maka : Volume bak (V)
=pxlxt
709,78 m3
= 2l x l x ½ l
Lebar bak (l)
= 8,92 m
Dengan demikian, Panjang bak (p)
= 17,84 m
Tinggi bak (t)
= 4,46 m
Universitas Sumatera Utara
Lebar bak (l)
= 8,92 m
Tinggi larutan dalam bak =
591,49 x 4,46 m = 3,71 meter 709,49
Tekanan hidrostatik = Po + ρ x g x l
P
= 101.325 Pa + (1.002,99 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,71 m) = 137.858,29 Pa = 1,36 atm Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 (137.858,29) = 165.429.94 Pa = 1,63 atm
C.2
Screw Conveyor (C-102) Fungsi
: Mengangkut NaHCO3 ke bak netralisasi
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
1 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm
Jarak angkut
L = 30 ft
Laju alir bahan
F = 1479,45 kg/hari = 61,64 kg/jam
= 9,14 m
= 135,90 lb/jam Densitas bahan
ρ = 2200 kg/m3 = 137,34 lb/ft3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit)
Q=
F
ρ
= 135,90/137,34 = 0,98 ft3/jam ×
1 = 5,93 ft3/jam 1 6
Dipilih screw conveyor dengan diameter 12 in, Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ωmax) = 60 rpm, Kapasitas masksimum Faktor S
(Qmax) = 90 ft3/jam = 171
Universitas Sumatera Utara
Horse Power factor (f )
= 0,7
Sehingga, kecepatan putaran (ω),
ω=
Q × ω max Q max
ω=
5,93 × 60 = 3,95 rpm = 4 rpm 90
Daya conveyor :
(Walas, 1988)
P
= [ sxω + fxQxρ ]xL
P
= [171 x 4 + 0,7 x 5,93 x 137,34] x 30
(Walas, 1988)
= 37.643,40 Faktor keamanan 20%, P
=1,2 x 37.643,40 = 45.172,08
Efisiensi 80%,
P
= 56.465,10 = 0,05 Hp
Maka dipilih conveyor dengan daya 0,1 Hp
C.3
Screw Conveyor (C-103) : Mengangkut FeCl2 ke bak nutrisi
Fungsi Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
1 unit
Temperatur
T = 30°C
Tekanan operasi
P = 1 atm
Jarak angkut
L = 30 ft
Laju alir bahan
F = 53,08 kg/hari = 2,21 kg/jam
= 9,144 m
= 4,87 lb/jam Densitas bahan
ρ = 3.160 kg/m3 = 197,27 lb/ft3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit)
Q=
F
ρ
= (4,87 / 197,27 )x ×
1 = 0,14 ft3/jam 1 6
Dipilih screw conveyor dengan diameter 12 in, Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga:
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan putaran maximum(ωmax) = 60 rpm, (Qmax) = 90 ft3/jam
Kapasitas masksimum Faktor S
= 171
Horse Power factor (f )
= 0,7
Sehingga, kecepatan putaran (ω),
ω=
Q × ω max Q max
ω=
0,14 × 60 =0,09 rpm = 1 rpm 90
Daya conveyor :
(Walas, 1988)
P
= [ sxω + fxQxρ ]xL
P
= [171 x 1 + 0,7 x 0,14 x 197,27] x30
(Walas, 1988)
= 5.744,38 Faktor keamanan 20%,
P
=1,2 x 5.744,38 = 6.893,26
Efisiensi 80%,
P
= 8.616,58 = 0,008 Hp
Maka dipilih conveyor dengan daya 0,01 Hp
C.4
Pompa (P-105) Fungsi
: Memompa bahan-bahan yang di recycle dari bak sedimentasi ke tangki pencampur nutrisi.
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 36 0C
Laju alir massa (F) = 189.360,12 kg/hari
Densitas (ρ)
= 7.890 kg/jam
= 4,83 lbm/s
= 1.000,84 kg/m3
= 62,48 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Viskositas (µ)
= 6,77.10-4 lbm/ft.s
= 1,01 cP
Laju alir volumetrik (Q)
=
4,83 lbm/s 62,48 lbm/ft 3
= 0,07 ft3/s = 0,002 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (m) Q
(Peters,2004) ρ = densitas (lbm/ft3)
= laju volumetrik (ft3/s)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 = 3,9 (0,07 ft3/s )0,45 (62,48 lbm/ft3)0,13 = 2,10 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in
= 0,13 ft = 0,04 m
Diameter Luar (OD)
: 1,9 in
= 0,16 ft
Inside sectional area
: 0,01414 ft2
0,07 ft 3 /s Kecepatan linear, v = Q/A = = 5,46 ft/s 0,01414 ft 2 Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
=
(62,48 lbm/ft 3 )(5,46 ft/s)(0,13 ft ) 6,73.10 -4 lbm/ft.s
= 68.111,47 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 68.111,47 dan ε/D = 0,0011, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 0,0061
(Geankoplis,2003)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 − A 1 2α .g c
5,46 2 = 0,5 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 )
= 0,23 ft.lbf/lbm
5,46 2 2(32,174)
= 1,39 ft.lbf/lbm
5,46 2 v2 = 2(2,0) 2 check valve = hf = n.Kf. 2(32,174) 2.g c
= 1,85 ft.lbf/lbm
4 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2.g c
Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
= 4(0,75)
∆L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0061)
(50)(. 5,46)2 (0,13).2.(32,174)
= 4,22 ft.lbf/lbm
2
2 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 2 − A2 2.α .g c = (2 − 0 )
2
5,46 2 2(1)(32,174 )
Total friction loss : ∑ F
= 1,85 ft.lbf/lbm = 9,57 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
(
)
P − P1 2 1 2 + ∑ F + Ws = 0 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 2α ρ
(Geankoplis,2003)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P2 = 101,325 kPa
∆P
ρ
= 0 ft.lbf/lbm
∆Z = 10 ft Maka :
Universitas Sumatera Utara
0+
32,174 ft/s 2 (10 ft ) + 0 ft.lbf/lbm + 9,57 ft.lbf/lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -19,57 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , η= 75 % Ws
= - η x Wp
-19,57
= -0,75 x Wp
Wp
= 26,09 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 4,83 lbm/s × 26,09 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,2 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor
C.5
1 hp 5
Bak Pencampur Nutrisi (M-106) Fungsi
: Mencampur POME dengan FeCl2.
Bentuk
: Persegi
Bahan
: Beton
Jumlah
: 1 unit
Kebutuhan perancangan : 1 hari Kondisi operasi : P = 1 atm T = 50,62 0C Laju alir massa (F)
= 782.673,47 kg/hari
Densitas (ρ)
= 1.003,21 kg/m3
Viskositas (µ)
= 1,01 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
= 62,62 lbm/ft3
(Perry, 1999)
Menghitung volume bak : . Laju alir volumetrik (Q) =
782.673,47 kg / hari 1.003,21 kg/m 3
= 780,16 m3/hari
Universitas Sumatera Utara
Volume bahan = τ x Q = 1 hari x 780,16 m3/hari = 780,16 m3 Volume bak, VB = ( 1+ 0,2 ) x 780,16 m3 = 936,19 m3
Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: Panjang bak (p) = lebar bak (l)
;p=l
Tinggi bak (t) = lebar bak (l)
;t=l
Vb
=pxlxt 3
936,19 m
=lxlxl
Lebar bak (l) = 9,78 m Maka, panjang bak = Lebar bak = Tinggi bak = 9,78 m Menghitung tekanan alat Volume bahan dalam bak x tinggi bak Volume bak 780,16 m 3 × 9,78 m = 936,19 m 3 = 8,15 m
Tinggi bahan dalam bak =
Poperasi
= Po + ρ × g × h = 101.325 Pa + (1.003,34 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 9,78 m) = 197.503,36 Pa = 1,94 atm
Pdesign
= (1+0,2) x 197.503,36 Pa = 237.004,04 Pa = 2,33 atm
Perancangan Sistem pengaduk Jenis
: flat 6 blade turbin impeller
Baffle
: 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 0,5 rps
(Geankoplis, 2003)
Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : Da : DB = 1 : 3
J : DB = 1 : 12
L : Da = 1 : 4
E : Da = 1:1
W : Da = 1 : 5 (Mc Cabe,dkk, 1999)
Universitas Sumatera Utara
Jadi : 1. Diameter impeller (Da) = 1/3 x DB = 1/3 x 9,78 = 3,26 m 2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 3,26 m 3. Lebar baffle ( J) = 1/12 DB = 0,81 m 4. Lebar daun impeller (W) = 1/5 Da = 1,95 m 5. Panjang daun impeller (L) = 1/4 Da = 2,44 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (NRe) =
N × Da2 × ρ
µ
=
0,5 × 3,26 2 × 1.003,21 1,01 × 10 −3
= 5.299.803,24 Dari grafik 3.4-5 (Geankoplis, 2003 ) diperoleh Np = 7 N P × N 3 × Da5 × ρ 7 × 0,5 3 det 3 × 10,69 5 ft 5 × 62,62 lbm / ft 3 = gc 32,147 lbm. ft / lbf . det 2 = 628,50 ft.lbf/det = 1,14 hp
P =
Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 1,43 hp Maka dipilih daya motor sebesar 1,5 hp
C.6
Pompa Netralisasi (P-107) Fungsi
: Memompa POME dari bak netralisasi ke tangki pencampur nutrisi dan ke reaktor.
Jenis
: Pompa screw
Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 50,62 0C
Laju alir massa (F) = 782.673,48 kg/hari = 19,97 lbm/s Densitas (ρ)
= 1.004,45 kg/m3
= 62,70 lbm/ft3
Viskositas (µ)
= 1,01 cP
= 6,76.10-4 lbm/ft.s
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (Q)
=
19,97 lbm/s 62,70 lbm/ft 3
= 0,31 ft3/s = 0,009 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18
(Walas, 1988)
Untuk aliran laminar ,
dengan : D = diameter optimum (in) Q = laju volumetrik (ft3/s)
ρ
= densitas (lbm/ft3)
µ
= viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,31)0,45 × (62,70)0,13 = 3,99 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,54 in
= 0,29 ft = 0,08 m
Diameter Luar (OD)
: 4 in
= 0,3 ft
Inside sectional area
: 0,0687 ft2
Kecepatan rata – rata fluida dalam pipa :
v=
0,31 ft 3 /s Q = = 4,63 ft/s A 0,0687 ft 2
Sehingga : Bilangan Reynold, N Re =
ρ v D 62,70 × (4,63)× (0,29 ) = =126.778,76 μ 6,77 × 10 -4
Asumsi benar bentuk aliran adalah turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 126.778,76 dan ε/D = 0,0005, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 0,0045
(Geankoplis,2003)
Universitas Sumatera Utara
A. Panjang ekivalen total perpipaan (ΣL) Instalasi pipa: − Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft − 1 buah gate valve fully open ; L
D
= 13
(App. C–2a, Foust, 1979)
L2 = 1 × 13 × 0,29 = 3,84 ft − 4 buah elbow 900 standard (L/D = 30)
(App. C–2a, Foust, 1979)
L3 = 4 × 30 × 0,29 = 35,47 ft − 1 buah sharp edge entrance K= 0,5 ; L L4 = 0,5 × 20 × 0,29 = 2,95 ft − 1 buah sharp edge exit K = 1 ; L
D
D
=20
(Foust, 1979)
= 40 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1979)
L5 = 1,0 × 40 × 0,29 = 11,82 ft ΣL
= L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 84,10 ft
B. Friksi Faktor gesekan, ΣF = =
f v 2 ΣL 2 gc D
(0,0045)(4,63)2 (84,10) = 0,42 2(32,174)(0,29 )
ft ⋅ lb f /lb m
(Foust, 1979, App C1 dan C2)
C. Kerja yang diperlukan Tinggi pemompaan, ∆z = 40 ft Static head, Δz Velocity head,
Pressure head,
g = 3040 ft ⋅ft.lb lb f /lb f /lb mm gc
Δv 2 =0 2gc
∆P
ρ
=0
Universitas Sumatera Utara
- Wf = Δz
v 2 ΔP g + + ΣF + ∆ gc 2 gcα ρ
(Foust, 1979)
= 40 ft.lbf /lbm + 0 + 0,42 ft.lbf /lbm = 40,42 ft.lbf /lbm Daya pompa, P =
3 3 Wf × Q × ρ = (40,39 ft.lbf/lbm)(0,30 ft /s)( 62,64 lbm/ft ) 550 ft.lbf/s.hp 550
= 1,46 hp Untuk efisiensi pompa 80 %, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan = (1,46 hp)/(0,8) = 1,17 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor =
C.7
3 Hp 2
Reaktor Fermentasi (R-201) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi
Jenis
: Tangki berpengaduk dengan flat 6 blade turbin impeller
Bentuk
: Silinder tegak vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 2 unit
Waktu tinggal ( τ ) : 6 hari Kondisi operasi : Tekanan operasi
= 1 atm
Temperatur reaksi
= 55 0C
Laju alir massa (F)
= 757.440,48 kg/hari
Laju alir massa (F)/unit
= 378.720,24 kg/hari
Densitas (ρ)
= 1.003,32 kg/m3
Viskositas (µ)
= 1,01 cP
Faktor kelonggaran
= 20 %
(Perry,1999)
Perhitungan Dimensi Reaktor : Laju alir volumetrik (Q) = Volume bahan
378.720,24 kg / hari 1.003,32 kg/m 3
= 377,46 m3/hari
= τ x Q = 6 hari x 377,46 m3/hari = 2.264,78 m3
Universitas Sumatera Utara
Volume larutan
= Volume bahan = 2.264,78 m3 = ( 1+ 0,2 ) x 2.264,78 m3
Volume tangki, Vt
= 2.717,74 m3 Tangki berjumlah 2 unit, maka volume masing-masing tangki = 2.717,74 m3
Direncanakan : Hs : Di = 1 : 1 Hh : Di = 1 : 4 Dimana ; Hs = tinggi shell Hh = tinggi head Di = diameter dalam tangki - Volume silinder tangki (Vs) Vs =
π 4
π
Di2 .H s =
Di2 ( Di ) =
4
π 4
.Di3
(Perry&Green,1999)
- Volume alas tutup tangki (Vh) Vh =
π 6
.Di2 .H h =
π
1 π .Di2 . = .Di3 6 4 24
(Perry&Green,1999)
- Volume tangki = Vs + Vh 2.717,74 m3 = 2.717,74 m3 =
π 4
.Di3 +
π 24
.Di3
7 .π .Di3 24
Di3 = 2.967,50 m3
Di = 14,37 m = 47,14 ft = 565,75 in Hs = Di = 14,37 m = 47,14 ft = 565,75 in
Tinggi head (Hh) Hh =
1 1 .Di = .14,37 m = 3,59 m = 11,78 ft = 141,43 in 4 4
H total = Hs + Hh = 14,37 m + 3,59 m = 17,96 m = 58,93 ft = 707,19 in Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi)
Universitas Sumatera Utara
= 1,2 (1 atm) = 1,2 atm = 17,64 psia -
Direncanakan bahan konstruksi Stainless Steel SA-340
-
Allowable working stress (S) : 18.700 psia
(Peters et.al., 2004)
-
Joint efficiency (E)
: 0,85
(Peters et.al., 2004)
-
Corossion allowance (C)
: 0,125 in/tahun
-
Umur alat (n)
: 10 tahun
(Perry&Green,1999)
Tebal shell tangki
t=
PR + n .C 2E − 0,6P
(Perry&Green,1999)
di mana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (psia) E = joint efficiency C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun)
PR + n. C SE − 0,6P (17,64 psia) (571,99/2 in) = + 10.(0,125 in) (18.700 psia)(0,85) − 0,6(17,64 psia) = 1,56 in
t=
Tebal shell standar yang digunakan = 1 1/2 in
(Brownell&Young,1959)
- Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 1 1/2 in
(Brownell&Young,1959)
Menghitung Jaket pemanas Jumlah steam ( 150oC ) = 5.191,05 kg/hari = 216,29 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Vsteam =
216,29 kg/jam = 1.006,01 m3/jam 3 5,16 m / jam
Diameter dalam jaket (D1) = diameter dalam + (2 x tebal dinding ) = 565,75 + 2 ( 3/2 ) = 568,75 in Tinggi jaket = tinggi reaktor = 565,75 in Asumsi jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D2) = D1 + 2 . jarak jaket = 568,75 in + ( 2x5 ) = 578,75 in Luas yang dilalui steam ( A )
π
(D 4
A=
2 2
)
− D12 =
π 4
(578,75 2 – 568,75 2 ) = 9.007,97 in2 = 5,81 m2
Kecepatan superficial steam ( v ) v=
Vp A
=
1.006,01 m 3 / hari = 173,10 m/hari = 7,21 m/jam 5,81 m 2
Tebal dinding jaket ( tj ) Bahan Stainless Steel Plate tipe SA-340 H jaket = 565,75 in = 47,14 ft PH =
( H − 1) ρ a (47,14 − 1)(62,275) = = 19,95 psia 144 144
Pdesain = 14,70 + 19,95 = 34,65 psia = 2,35 atm PD + n. C SE − 0,6P (34,65) (578,75) = + 10 (0,125) = 2,51 in (18.700)(0,85) − 0,6(34,65)
tj =
Dipilih tebal jaket standar = 1 1/2 in
(Brownell&Young,1959)
Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk : turbin impeller daun enam Jumlah baffle : 4 buah Untuk turbin standar (Mc Cabe et.al., 1999), diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 47,14 ft = 15,71 ft = 4,79 m
E/Da = 1
; E = 15,71 ft = 4,79 m
L/Da = ¼
; L = 1/4 x 15,71 ft = 3,92 ft = 1,19 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 15,71 ft = 3,14 ft = 0,95 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 x 47,14 ft = 3,92 ft = 1,19 m
Dimana: 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 = 0,1 putaran/detik Bilangan Reynold,
ρ .N .( Di) 2 62,64(0,1)(47,14) 2 NRe = = = 13.830,61 1,01 µ NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: K T .N 3 .D a ρ gc 5
P=
(Mc Cabe et.al., 1999)
KT = 4
(Mc Cabe et.al., 1999)
4 (0,1 put/det) 3 .(15,71 ft) 5 (62,62 lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1hp = 7.464,28 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det = 13,57 hp
P=
Efisiensi motor penggerak = 80% Daya motor penggerak =
13,57 = 16,96 hp 0,8
Maka dipilih daya motor dengan tenaga 17 hp.
Universitas Sumatera Utara
C.8
Tangki Sedimentasi (F-202) Fungsi
: Mengendapkan sebagian padatan-padatan yang keluar dari fermentor.
Jenis
: Gravity Thickner
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212, GradeC
Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 55 0C
Laju massa (F1)
= 757.440,48 kg/hari = 31.560,02 kg/jam = 63.120,04 kg/2 jam =985,65 kg/m3 (Appendiks A.2-3
Densitas air Geankoplis,2003)
Diameter dan tinggi tangki Dari Metcalf, 1984, diperoleh : Kedalaman air
= 3-10 m
Settling time
= 1-3 jam
Dipilih : kedalaman air (h) = 5 m, waktu pengendapan = 2 jam
Diameter dan Tinggi clarifier Volume , V
=
63.120,04 kg/2jam = 64,03 m3/2jam 3 985,65 kg/m
Faktor kelonggaran Volume
= 20%
= 1,2 × 64,03 m3 = 65,23 m3
Universitas Sumatera Utara
a.
Diameter dan tinggi clarifier
Hs
½D
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3
πD 2 H s ∼ Volume silinder clarifier (Vs) = Vs = (Brownell & Young, 1959) 4
πD 3 Vs = 3 ∼ Volume alas berupa kerucut (Vc) ½D Hc
Vs =
πD 2 H c ..................................................................... (Perry, 1999) 12
Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2
πD 3 Vc = 24
..................................................................... (Perry, 1999)
∼ Volume (V) V = Vs + Vc
=
3πD 3 8
65,23 m3
= 1,17 D3
D
= 4,02 m
Hs = (4/3) × D = 5,36 m b.
Diameter dan tinggi kerucut Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter (Hh : D) = 1: 2 Diameter tutup = diameter tangki = 4,02 m 4,02 m Tinggi tutup = = 2,01 m 2
Universitas Sumatera Utara
Tinggi total = 7,37 m C.9
Pompa (P-203) Fungsi
: Mengalirkan ampas dari fermentor (R-201) ke filter press (H-204).
Jenis
: Pompa Screw
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 43 0C
Laju alir massa (F)
= 568.080,36 kg/hari = 23.670,01 kg/jam = 14,49 lbm/s
Densitas (ρ)
= 1.002,54 kg/m3
= 62,58 lbm/ft3
Viskositas (µ)
= 1,01 cP
= 6,75.10-4 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
14,49 lbm/s 62,58 lbm/ft 3
= 0,23 ft3/s = 6.10-3 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18
(Walas, 1988)
Untuk aliran laminar ,
dengan : D = diameter optimum (in) Q = laju volumetrik (ft3/s)
ρ
= densitas (lbm/ft3)
µ
= viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,23)0,45 × (62,58)0,13 = 3,45 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3 in
Universitas Sumatera Utara
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,06 in
= 0,25 ft = 0,07 m
Diameter Luar (OD)
: 3,5 in
= 0,29 ft
Inside sectional area
: 0,0513 ft2
Kecepatan rata – rata fluida dalam pipa :
v=
0,23 ft 3 /s Q = = 4,51 ft/s A 0,0513 ft 2
Sehingga : Bilangan Reynold, N Re =
ρ v D 62,58 × (4,51)× (0,25) = =106.970,18 μ 6,75 × 10 -4
Asumsi benar bentuk aliran adalah turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 106.970,18 dan ε/D = 0,0005, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 0,005
(Geankoplis,2003)
A. Panjang ekivalen total perpipaan (ΣL) Instalasi pipa: − Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft − 1 buah gate valve fully open ; L
D
= 13
(App. C–2a, Foust, 1979)
L2 = 1 × 13 × 0,25 = 3,32 ft − 4 buah elbow 900 standard (L/D = 30)
(App. C–2a, Foust, 1979)
L3 = 4 × 30 × 0,25 = 30,67 ft − 1 buah sharp edge entrance K= 0,5 ; L L4 = 0,5 × 20 × 0,25 = 2,55 ft − 1 buah sharp edge exit K = 1 ; L
D
D
= 40
=20
(Foust, 1979)
(App.C–2c;C–2d,Foust, 1979)
L5 = 1,0 × 40 × 0,25 = 10,22 ft ΣL
= L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 76,78 ft
B. Friksi Faktor gesekan,
Universitas Sumatera Utara
ΣF = =
f v 2 ΣL 2 gc D
(0,005)(4,51)2 (76,78) = 0,47 2(32,174)(0,25)
(Foust, 1979, App C1 dan C2)
ft ⋅ lb f /lb m
C. Kerja yang diperlukan Tinggi pemompaan, ∆z = 40 ft Static head, Δz
Δv 2 =0 2gc
Velocity head,
Pressure head,
- Wf = Δz
g = 3040 ft ⋅ft.lb lb f /lb f /lb mm gc
∆P
ρ
=0
v 2 ΔP g + + ΣF + ∆ gc 2 gcα ρ
(Foust, 1979)
= 40 ft.lbf /lbm + 0 + 0,47 ft.lbf /lbm = 40,47 ft.lbf /lbm Daya pompa, P =
3 3 Wf × Q × ρ = (40,47 ft.lbf/lbm)(0,19 ft /s)( 62,58 lbm/ft ) 550 ft.lbf/s.hp 550
= 1,06 hp Untuk efisiensi pompa 80 %, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan = (1,06 hp)/(0,8) = 0,85 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,9 Hp
C.10 Filter Press ( H-204) Fungsi : Memisahkan air dengan ampas untuk digunakan sebagai pupuk. Jenis
: Plate and frame filter press.
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan
: 1 atm
Temperatur
: 43 ºC
Laju alir ( F ) : 568.080,36 kg/hari Densitas filtrat : 1000 kg/m3
Universitas Sumatera Utara
Massa ampas : 28.863,30 kg/hari Perhitungan : Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan :
W L. A (1 − E ) ρ S = ρ (V + E.L. A) 1−W
(Foust, 1979)
Dimana: L = tebal cake pada frame (m) A = luas penyaringan efektif (m2) E = poros partikel = 0,32 ρs = densitas solid (kg/m3) ρ = densitas filtrat (kg/m3) W = fraksi massa cake dalam umpan V = volume filtrat (m3) Direncanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses = 1 jam Jumlah umpan yang harus ditangani = 568.080,36 kg/hari = 23.670,02 kg/jam Laju filtrat = 452.191,63 kg/hari = 18.841,31 kg/jam Densitas filtrat = 1000 kg/m3 Volume filtrat hasil penyaringan =
452.191,63 kg / hari = 452,19 m3/hari 3 1000 kg / m
Laju cake pada filter press dengan waktu tinggal 1 jam = 28.863,29 kg/hari = 1.202,63 kg/jam. Densitas cake = 1200 kg/m3 Volume cake pada filter = W=
28.863,29 kg / hari = 24,05 m3/hari 3 1200 kg / m
Laju alir massa cake 1.202,63 kg / jam = = 0,05 Laju alir massa umpan 23.670,02 kg / jam
Tebal cake diestimasikan pada frame = 20 cm = 0,2 m Direncanakan setiap plate mempunyai luas 1 m2, luas efektif penyaringan (A) :
W L. A (1 − E ) ρ S = ρ (V + E.L. A) 1−W 0,2 x A x (1-0,32) x 1200 = 1000 (452,19 + 0,32 x 0,2 x A)
0,05 1 − 0,05
Universitas Sumatera Utara
A = 151,49 m2 Maka A =
151,49 = 7,57 m2 20
Faktor keamanan = 5 % Jadi, jumlah plate yang dibutuhkan = 1,05 x 7,57 = 7,95 = 8 buah
C.11
Bak Penampung Pupuk Cair (F-205) Fungsi : Menampung pupuk cair setelah proses penyaringan pada filter press Bentuk : Persegi Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Beton kedap air
Kondisi Penyimpanan: •
Temperatur,
T = 43 0 C
•
Tekanan operasi,
P = 1 atm
•
Kebutuhan perancangan,
t = 1 hari
•
Asumsi ρ limbah cair kelapa sawit = ρ air = 991 kg/ m3 (App A.2-3 Geankoplis, 2003) Laju alir massa = 533.995,54 kg/hari
•
Laju alir volumetrik =
533.995,54 kg / hari 991 kg / m 3
= 538,84 m3/ hari
Perhitungan ukuran bangunan Faktor kelonggaran
= 20%
(Perry dan Green, 1999)
Volume bak (Vb)
= (1+0,2) x 538,84 m3 = 646,61 m3
Direncanakan ukuran bak : Panjang bak (p)
= lebar bak (l) maka p = l
Tinggi bak (t)
= lebar bak (l) maka t = l
Maka : Volume bak (V) 3
646,61 m
=pxlxt =lxlxl
Universitas Sumatera Utara
Lebar bak (l)
= 8,64 m
Dengan demikian, Panjang bak (p)
= 8,64 m
Tinggi bak (t)
= 8,64 m
Menghitung tekanan alat
Volume bahan dalam bak x tinggi bak Volume bak 538,84 × 8,64 = 646,61 = 7,20 m
Tinggi bahan dalam bak =
Poperasi
= Po + ρ × g × h = 101.325 Pa + (990,996 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 7,20 m) = 171.309,04 Pa = 1,69 atm
Pdesign
= (1+0,2) x 171.309,04 Pa = 205.570,85 Pa = 2,02 atm
C.12
Water Trap (F-301)
Fungsi
: Sebagai wadah pemisah air dan biogas.
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 27 oC = 300,15 K
Kebutuhan perancangan = 1 hari
Universitas Sumatera Utara
Laju massa (kg/hari) 6664,93 2,48.10-6 18.505,05 63,02 25.233
Komponen CH4 H2S CO2 H2O Total
Laju mol (kmol/hari) 416,55 731,39 420,56 1,38.10-7 1.568,51
Volume air untuk penyimpanan 1 hari (24 jam) Laju alir air
= 63,02 kg/hari
ρcairan
= 996,52 kg/m3
Volume Cairan
=
Waktu Tinggal
= 1 hari
Volume
= 0,06 m3
63,02 = 0,06 m3/hari 996,52
Volume Tangki, 2 x Volume Cairan = 2 x 0,06 m3 = 0,12 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
= 3:2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D)
= 1:4
Volume silinder
=
π 4
Volume tutup elipsoidal = Vt
= Vs + 2Vh
Vt
=
× D2H s =
π 24
3π 3 D 8
× D3
11π × D3 24
24 Vt = 11π
24 × 0,12 = 0,44 m = 17,50 in 11 × 3,14
Diameter tangki
=
3
Tinggi tangki
=
3 × 0,44 = 0,66 m 2
3
1 × 0,44 = 0,11 m 4
Tinggi tutup elipsoidal
=
Tinggi total tangki
= Hs + 2He
= 0,77 m
Tebal tangki
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress(S)
= 13700 psi
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Corrosion factor (CA)
= 0,125 in/tahun
Tekanan operasi
= 1 atm = 14,696 psia
Tekanan design
= 1,05 x 14,696 = 15,431 psia
n (tahun pemakaian)
= 10 tahun
t
1 15,431 × ( × 17,50) 2 + (1,25 in / tahun × 10 tahun ) 13700 × 0,8 − 0,6 × 15,431 1,26 in
= =
maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,0381m).
C.13 Tangki Penampung Biogas (F-304) Fungsi
: Sebagai tempat penampung biogas
Bentuk
: Spherical Tank
Bahan
: Stainless Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan,
P = 2 atm
Temperatur,
T = 27 0C = 300,15 K
Komponen Gas Laju Massa (kg/hari) 18.505,05 6.664,93 2,48.10-6 25.169,98
Komponen CO2 CH4 H2S Total
Densitas gas
ρ=
ρ=
P × BM zRT
xi .Bmi 11,65 11,76 3,35.10-9 23,41
(Lyman, 1982)
2 × 23,41 =1,90 kg/m 3 3 1 × 82,05 × 10 × 300,15
Universitas Sumatera Utara
Dengan menggunakan persamaan gas ideal PV = nRT Dimana R = 0,08206 atm.m3/kmol K, maka jumlah volume V =
n × R ×T P
25.169,98 3 × 0,08206 atm.m / kmol.K × 300,15 K 94 V = 2 atm V = 3.297,58 m 3 Perhitungan ukuran Tangki Faktor kelonggaran
= 20%
(Perry dan Green, 1999)
Volume tangki (V)
= (1+0,2) x 3.297,58 m3 = 3.957,09 m3
Ukuran tangki : Karena ukuran tangki berbentuk spherical tank (bola) 1 4 V = πR 3 , dimana R = D 2 3
Maka : 1 V = D3 6 1 3.957,09 m 3 = D 3 6
D = 19,62 m = 772,73 in Tekanan Poperasi = Po +
nRT V
25.169,98 3 × 0,08206 atm.m / kmol.K × 300,15 K 94 = 2 atm + 3.957,09 m 3 = 3,67 atm Pdesain = (1,2) (P operasi) = 1,2 (3,67 atm) = 4,4 atm
Universitas Sumatera Utara
C.14
Heater 1 (E-305) Fungsi : Menaikkan suhu semua gas sebelum dimasukkan ke Desulfurisasi Jenis
: DPHE
Dipakai : pipa 2 x 1 1
4
in IPS, 15 ft hairpin
Jumlah : 1 unit Fluida panas : Laju alir fluida masuk
= 505,06 kg/hari
= 21,04 kg/jam
= 46,39 lbm/jam Temperatur awal (T1)
= 150°C
= 302°F
Temperatur akhir (T2)
= 100°C
= 212°F
Fluida dingin : Laju alir fluida dingin
= 25.169,98 kg/hari
= 1.048,74 kg/jam
= 2.312,10 lbm/jam Temperatur awal (t1)
= 31°C
= 87,8°F
Temperatur akhir (t2)
= 65°C
= 149°F
Panas yang diserap (Q)
= 1.190.398,20 kJ/hari
= 49.599,92 kJ/jam
= 47.011,47 Btu/jam (1) ∆t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 302°F T2 = 212°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah
Fluida Dingin t2 = 149°F t1 = 87,8°F
Selisih ∆t1 = 153°F ∆t2 = 124,2°F
T1 – T2 = 90°F
Selisih
t2 – t1 = 61,2°F
∆t2 – ∆t1 = -28,8°F
LMTD =
∆t 2 − ∆t1 - 28,8 = = 138,10 °F ∆t 2 124,2 ln ln 153 ∆t 1
(2) Tc dan tc Tc =
T1 + T2 302 + 212 = = 257 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 87,8 + 149 = = 118,40 °F 2 2
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : anulus, steam (3) flow area D2 =
2,067 = 0,1723 ft 12
D1 =
1,65 = 0,1383 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = π (0,1723
(D Diameter Equivalen =
− D1 D1
2 2
)
− 0,1383 2 = 0,0083 ft 2 4
2
2
) = (0,1723
)
− 0,1383 2 = 0,0761 0,1383 2
(4) kecepatan massa
Ga =
W aa
Ga =
46,39 lbm = 5.610,67 0,0083 jam . ft 2
(5) Pada Tc = 257 0F , μ = 0,0132 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,0132 cP = 0,0132 x 2,42 = 0,03 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
µ 0,0761 × 5.610,67 = 13.374,90 0,03
(6) JH = 33
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 257 0F , c = 0,45 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,0175 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c.µ k
1
3
(8) h o = J H
0,45 . 0,0319 = 0,0175 k c.µ De k
1
3
1
3
µ µW
= 0,94
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
Universitas Sumatera Utara
= 33 ×
0,0175 × 0,9374 × 1 0,0761
= 7,09 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, Komponen gas (3’)
D=
1,38 = 0,12 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,0104 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp =
W ap
Gp =
2.312,10 lbm = 222.711,62 0,0104 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 115,70 0F , μ = 0,014 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,014 cP = 0,014 x 2,42 = 0,03 lbm/ft.jam
Re p = Re p =
Dp × G p
µ 0,115 × 222.711 = 745.918,74 0,03
(6’) JH = 1100
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada Tc = 110,3 0F , c = 0,3 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,013 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c.µ k
1
3
(8’) h i = J H
0,3 . 0,014 = 0,013 k c.µ De k
= 1100 ×
1
3
1
3
= 0,92
µ µW
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
0,013 × 0,92 × 1 0,115
= 117,16 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Universitas Sumatera Utara
(9’) h io = h i ×
1,38 ID = 117,16 × = 97,99 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 1,65 OD
(10) clean averall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 97,99 × 7,09 = = 6,61 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 97,99 + 7,09
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 6,61 U D = 6,52 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A=
Q 47.011,47 = = 52,17 ft 2 U D × ∆t 6,52 × 138,10
Panjang yang diperlukan =
52,17 = 119,94 ft 0,435
Berarti diperlukan 4 pipa hairpin 15 ft. (13) luas sebenarnya = 4 x 15 x 2 x 0,435 = 52,2 ft2
Pressure drop Fluida panas : anulus, steam (1) De’ = (D2 – D1) = (0,1723 - 0,1383) = 0,0339 ft Rea’ =
De' × Ga
µ
F = 0,0035 +
=
0,03 × 5.610,67 = 5.957,16 0,03
0,264 = 0,0104 5.342,10 0,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 4 fG a L 4 × 0,0104x5.610,67 2 × 120 (2) ΔFa = = = 0,001 ft 2 gρ 2 De 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,0339 2
(3) V =
Ga 5.610,67 = = 0,02494 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
Universitas Sumatera Utara
V 2 0,02494 2 = 4 × Fi = 4 × 2g' 2 × 32,2
ΔPa =
= 0,0000386 ft
(0,001413 + 0,0000386) × 62,5 = 0,00063 psi 144
∆Pa yang diperbolehkan = 2 psi
Fluida dingin : inner pipe, Komponen gas (1’) Rep’= 745.918,75 F = 0,0035 +
0,264 = 0,00440 745.918,75 0,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1,26 , ρ = 1,26 x 62,5 = 78,96 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,00440 x 222.711,62 2 × 120 = = 0,17 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 78,96 2 × 0,115
(3’) ΔPp =
78,96 × 0,17 = 0,09 psi 144
∆Pp yang diperbolehkan = 10 psi
C.15
Adsorpsi / Desulfuriser (D-306)
Fungsi
: menyerap gas H2S.
Jenis
: Fixed bed ellipsoidal
Bahan
: Carbon steel, SA-283, grade C
Kondisi operasi
T
= 65 0C
P
= 1,5 atm
Jumlah gas terserap (F)
= 2,47.10-6
(Walas, 1988)
kg/hari
Volume adsorbent : Katalis yang digunakan adalah ZnO
(Mann & Spath, 2001)
Sebanyak 30 kg H2S/100 kg adsorbent. Densitas adsorbent
= 5700 kg/m3
Porositas pada design adsorber ( ε ) = 0,4 Jumlah katalis
(Mann & Spath, 2001) (Mann & Spath, 2001)
= 2,47.10-6 x 100/30 = 8,25.10-6 kg/hari
Faktor keamanan 25 %
Universitas Sumatera Utara
= (1+0,25) x 8,25.10-6 = 1,03.10-5 kg
Jumlah katalis aktual
1,03.10 −5 ) /(1 − 0,4) = 3,01.10 −9 m 3 / hari 5700
volume adsorbent
= (
Direncanakan banyak nya katalis selama 10 bulan operasi, maka : = 3,01.10-9
Volume adsorbent
m3 hari x 30 × 10bulan hari bulan
= 9,04.10-7 m3 Ukuran adsorber : Laju alir tanpa H2S
= 25.169,98 kg/hari
BM campuran = ∑xi Bmi = 30,06 kg/kmol ρcampuran =
1 atm × 30,06 kg / kmol P × BM = = 1,12 kg / m 3 o o 3 zRT 1 × 0,08206 atm . m / kmol K × 338,15 K Laju alir
Volum gas =
ρ campuran
=
25.169,98 kg / hari = 22.404,47 m 3 / hari 1,12 kg / m 3
Volume total = Volum gas + volum katalis = (22.404,47 + (3,011 x10-9)) m3) = 22.404,48 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
π
× D2H s =
3π 3 D 8
Volume silinder
=
Diameter tangki
=
3
Tinggi tangki
=
3 × 0,009 = 0,013 m 2
4
8Vt = 3π
3
= 3:2
8 × 9,04.10 −7 = 0,009 m 3 × 3,14
Direncanakan tangki mempunyai tutup dan alas berbentuk ellipsoidal, Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D)
= 1:4
1 × 0,013 = 0,002 m 4
Tinggi tutup elipsoidal
=
Tinggi total adsorber
= Hs + 2xHe
= 0,01 m
Tebal dinding tangki : Tekanan
= 1 atm
Tekanan design
= 14,696 psi = (1,05 x 14,696)
= 15,43 psi
Universitas Sumatera Utara
Allowable working stress (S) = 13700 psi Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Corrosion factor (CA)
=0,125 in/thn
Umur alat (n)
= 10 thn
Tebal silinder (t)
=
ts
=
PR + n CA SE − 0,6P
1 15,43 × ( 0,29 in) 2 = + ( 0,125 × 10) (13700 x 0,8) − (0,6 x15,43) = 1,25 in maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,0381m).
C.16
Blower (L-307) Fungsi: Mengalirkan biogas dari desulfurisasi menuju absorber. Jenis : Blower sentifugal Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : •
Temperatur (T) = 65 0 C = 338,15 K
•
Laju alir gas
•
Densitas campuran
Laju gas, Q =
= 25.169,98 kg/hari = 1,31 kg/m3
25.169,98 kg / hari 1,31 kg / m 3
= 795,42 m3/ hari Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P=
144 x efisiensi x Q 33.000
(Perry, 1997)
Efisiensi blower, η = 75% Sehingga, P=
144 x 0,75 x 795,42 33.000
P= 2,60 hp Maka dipilih dengan daya motor 3 hp
Universitas Sumatera Utara
C.17
Absorber (D-308)
Fungsi
: menyerap gas CO2
Bentuk
: silinder tegak
Bahan
: carbon steel, SA-283, Grade C.
Larutan Benfield : Laju alir massa
= 191.527,28 kg/hari
Densitas, ρ x = 1076,83 kg/m 3 = 67,218 lb/ft 3
Gas-gas umpan absorber Gas umpan CO2 CH4 Total
Laju Massa 18.505,05 6.664,93 25.169,98
ρ=
Densitas gas
ρ= Mol gas
P × BM zRT
xi .BMi 32,34 4,23 36,58
xi. zi 0,73 0,26 0,99
(Lyman, 1982)
1 × 36,58 =1,32 kg/m 3 3 0,99 × 82,05 × 10 × 338 = 687,97
Mol benfield = 3.546,80
mol gas = 5,15 mol mol benfield Maka,
Gx
= 5,15 x BM Larutan Benfield = 278,39
Gy
= 1 x BM gas = 36,58
Menghitung ukuran absorber : Packing yang digunakan adalah pall ring dengan spesifikasi sebagai berikut : Nominal size = 1 ½ in
ε
= 0,95
Fp
= 40
Universitas Sumatera Utara
∆P = 0,115 × FP
0.7
(McCabe, 1999)
= 1,521
ρy
Gx Gy
ρx − ρy
=
278,39 0,08 = 0,26 36,58 67,21 - 0,08
dari grafik 18.6 McCabe , 2001 diperoleh bahwa :
G y × Fp × µ x 2
0 ,1
= 0,03
gc × ( ρ x − ρ y ) ρ y Gy
= 0,52 lb/ft2.s = 1.906,99 lb/ft2 h = 14.511,02 lb/ft2 h
Laju gas
= 1.048,75 kg/jam = 2.310,02 lb/h
2310,02 = 2,42 953,49
S
=
Diameter
(D)
=
S = 1,75 0,785
ft
Dipilih tangki dengan diameter 2 ft. Tinggi tangki (Z)
= HETP x Nt
Nt
= ln
Y1 Y2
= ln
100 = 4,706 0,904
(McCabe, 1999)
digunakan jumlah tray 5 buah. HETP
= D0,3 = 1,39
Z
= 1,23 x 5 = 6,15 ft
(Ulrich , 1984)
Dipilih tinggi tangki 7 ft (2,13 m). Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) Tinggi tutup elipsoidal =
= 1:4
1 × 2 ft = 0,5 ft 4
Tinggi total = 7 ft + 2 x 0,5 ft = 8 ft = 2,43 m
Universitas Sumatera Utara
Tebal dinding absorber:
t =
P ×R + nC A SE − 0,6 P
P operasi
= 101325 Pa
P hidrostatik = 22.752,96 Pa P packing
= 9.190 Pa
P design
= 133.267,97 Pa
P design
= 19,32 psi
Jari-jari kolom
= 12 in
S (allowable stress)
= 13700 psi
E (Joint efficiency)
= 0,8
n (umur alat)
= 10 tahun
CA (Corrosion factor)
= 0,125 in/tahun
t=
19,32 × 12 + (10 × 0,125 ) =1,27 in/tahun 13700 × 0,8 − 0,6 × 19,32
maka dipilih silinder dengan tebal 1,5 in (0,0381 m).
C.18
Pompa (P-309) Fungsi : Mengalirkan komponen-komponen dari absorber ke heater. Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 79,39 0C
Laju alir massa (F)
= 209.847,29 kg/hari = 8.743,63 kg/jam
= 5,35 lbm/s
Densitas (ρ)
= 1.429 kg/m3
= 89,20 lbm/ft3
Viskositas (µ)
= 0,75 cP
= 5,07.10-4 lbm/ft.s
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (Q) =
5,35 lbm/s 89,20 lbm/ft 3
= 0,06 ft3/s = 1x10-3 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 ρ
dengan : Di,opt = diameter optimum (m) Q
(Peters,2004) = densitas (lbm/ft3)
= laju volumetrik (ft3/s)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 = 3,9 (0,06 ft3/s )0,45 (89,20 lbm/ft3)0,13 = 1,97 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in
Diameter Luar (OD)
: 1,9 in
= 0,13 ft = 0,04 m = 0,16 ft -2
: 1,04x10 ft
Inside sectional area
2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,06 ft 3 /s = 4,24 ft/s 1,04.10 -2 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
=
(89,20 lbm/ft 3 )(4,24 ft/s)(0,13 ft ) 5,07.10 -4 lbm/ft.s
= 100.114,95 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 100.114,95 dan ε/D = 0,001 , dari gambar 2.10-3 maka harga f = 6,1x10-3
(Geankoplis,2003)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 − 2 A1 2α .g c
= 0,5 (1 − 0 )
4,24 2 2(1)(32,174 )
= 0,14 ft.lbf/lbm
4,24 2 2(32,174)
= 0,84 ft.lbf/lbm
4,24 2 v2 2 check valve = hf = n.Kf. = 2(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 1,12 ft.lbf/lbm
4 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2.g c
Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
= 4(0,75)
∆L.v 2 D.2.g c
= 4(6,1x10-3)
(50)(. 4,24)2 (0,13).2.(32,174)
= 2,54 ft.lbf/lbm
2
2 Sharp edge exit = hex
A v2 = 2 − 1 A2 2.α .g c = (2 − 0 )
2
4,24 2 2(1)(32,174 )
Total friction loss : ∑ F
= 1,12 ft.lbf/lbm = 5,76 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
(
)
P − P1 2 1 2 + ∑ F + Ws = 0 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 2α ρ
(Geankoplis,2003)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P2 = 101,325 kPa
∆P
ρ
= 0 ft.lbf/lbm
∆Z = 10 ft Maka : 0+
32,174 ft/s 2 (10 ft ) + 0 ft.lbf/lbm + 5,76 ft.lbf/lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -15,76 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Effisiensi pompa , η= 75 % Ws
= - η x Wp
-15,76
= -0,75 x Wp
Wp
= 21,02 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 5,35 lbm/s × 21,02 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,20 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,3 hp
C.19
Pompa (P-310) Fungsi : Mengalirkan komponen-komponen dari stripping ke heater. Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 100 0C
Laju alir massa (F)
= 191.527,29 kg/hari = 7.980,30 kg/jam
= 4,88 lbm/s
Densitas (ρ)
= 1.429 kg/m3
= 89,21 lbm/ft3
Viskositas (µ)
= 0,76 cP
= 5,07.10-4 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
4,88 lbm/s 89,21 lbm/ft 3
= 0,05 ft3/s = 1,55x10-3 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 dengan : Di,opt = diameter optimum (m) Q
(Peters,2004) ρ
= densitas (lbm/ft3)
= laju volumetrik (ft3/s)
Universitas Sumatera Utara
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 = 3,9 (0,05 ft3/s )0,45 (89,21 lbm/ft3)0,13 = 1,89 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in
= 0,13 ft = 0,04 m
Diameter Luar (OD)
: 1,9 in
= 0,16 ft
Inside sectional area
: 1,04x10-2 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,05 ft 3 /s = 3,87 ft/s 1,04.10 -2 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
ρ ×v× D µ
=
(89,21 lbm/ft 3 )(3,87 ft/s)(0,13 ft ) = 5,07.10 -4 lbm/ft.s = 91.374,75 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 91.374,75 dan ε/D = 1,12x10-3, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 7x10-3
(Geankoplis,2003)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 − 2 A1 2α .g c
= 0,5 (1 − 0 )
= 0,11 ft.lbf/lbm
3,87 2 = 4(0,75) 2(32,174)
= 0,69 ft.lbf/lbm
3,87 2 v2 = 2(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,93 ft.lbf/lbm
v2 4 elbow 90° = hf = n.Kf. 2.g c 2 check valve = hf = n.Kf.
3,87 2 2(1)(32,174 )
Universitas Sumatera Utara
Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
∆L.v 2 D.2.g c
= 4(7x10-3)
(50)(. 3,87 )2 (0,13).2.(32,174)
= 2,43 ft.lbf/lbm
2
2 Sharp edge exit = hex
A v2 = 2 − 1 A2 2.α .g c = (2 − 0 )
2
3,87 2 2(1)(32,174 )
Total friction loss : ∑ F
= 0,93 ft.lbf/lbm = 5,11 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
(
)
P − P1 2 1 2 + ∑ F + Ws = 0 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 2α ρ
(Geankoplis,2003)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P2 = 101,325 kPa
∆P
ρ
= 0 ft.lbf/lbm
∆Z = 10 ft Maka : 0+
32,174 ft/s 2 (10 ft ) + 0 ft.lbf/lbm + 5,11 ft.lbf/lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = -15,11 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , η= 75 % Ws
= - η x Wp
-15,11
= -0,75 x Wp
Wp
= 20,15 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp = 4,88 lbm/s × 20,15 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,17 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,2 hp
Universitas Sumatera Utara
C. 20 Heater II (E-311) Fungsi : Menaikkan suhu semua gas sebelum dimasukkan ke tangki larutan Benfield. Jenis
: DPHE
Dipakai : pipa 2 1 x 1 1 in IPS, 15 ft hairpin 2 4 Jumlah : 1 unit Fluida panas : Laju alir fluida masuk
= 191.527,28 kg/hari = 7.980,30 kg/jam = 17.593,64 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 100°C
= 212°F
Temperatur akhir (T2)
= 88°C
= 190,4°F
Fluida dingin : Laju alir fluida dingin
= 209.847,28 kg/hari = 8.743,63 kg/jam = 19.276,52 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 79,39°C
= 174,91°F
Temperatur akhir (t2)
= 91,5°C
= 196,7°F
Panas yang diserap (Q)
= 1.389,80 kJ/hari
= 57,90 kg/jam
= 127,66 lbm/jam (1) ∆t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 212°F T2 = 190,4°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah
Fluida Dingin t2 = 196,7°F t1 = 174,91°F
Selisih ∆t1 = 15,3°F ∆t2 = 15,49°F
T1 – T2 = 21,6°F
Selisih
t2 – t1 = 21,79°F
∆t2 – ∆t1 = 0,19°F
LMTD =
∆t 2 − ∆t1 0,19 = = 15,40 °F ∆t 2 15,49 ln ln 15,30 ∆t 1
(2) Tc dan tc Tc =
T1 + T2 212 + 190,4 = = 201,2 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 174,91 + 196,7 = = 185,80 °F 2 2
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : anulus, (air,K2CO3) (3) flow area D2 =
2,469 = 0,21 ft 12
D1 =
1,65 = 0,14 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = 3,14 (0,21
2
(D Diameter Equivalen =
− 0,14 2
4
− D1 D1
2 2
2
) = 0,02 ft
) = (0,21
2
)
− 0,14 2 = 0,17 0,14
2
(4) kecepatan massa
Ga =
W aa
Ga =
17.593,64 lbm/jam lbm = 966.174,05 2 0,02 ft jam . ft 2
(5) Pada Tc = 201,2 0F , μ = 0,76 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,76 cP = 0,76 x 2,42 = 1,83 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
µ 0,21 × 966.174,05 = 108.772,33 1,83
(6) JH = 200
(Gbr.24, kern)
(7) Pada Tc = 201,20F , c = 0,77 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,82 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c.µ k
1
3
(8) h o = J H
0,77 . 1,83 = 0,82 k c.µ De k
1
3
1
3
= 1,20
µ µW
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
Universitas Sumatera Utara
= 200 ×
0,82 × 1,20 × 1 0,17
= 1.173,27 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida dingin : inner pipe, (H2O, KHCO3) (3’)
D=
1,38 = 0,12 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,01 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp =
W ap
Gp =
17.593,64 lbm/jam lbm = 1.856.792,22 2 0,01 ft jam . ft 2
(5’) Pada tc = 185,80 0F , μ = 0,99 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,77 cP = 0,99 x 2,42 = 2,41 lbm/ft.jam
Re p = Re p =
Dp × G p
µ 0,12 × 1.856.792,22 = 88.557,78 2,41
(6’) JH = 220
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 185,800F , c = 0,33 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 1,31x10-2 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c.µ k
1
3
(8’) h i = J H
0,33 . 0,99 = -2 1,31 × 10 k c.µ De k
1
3
1
3
= 3,95
µ µW
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
1,31 × 10 -2 = 220 × × 3,95 × 1 0,12 = 98,65 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F) (9’) h io = h i ×
1,38 ID = 98,65 × = 82,51 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 1,65 OD
Universitas Sumatera Utara
(10) clean averall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 82,51 × 1.173,27 = = 77,09 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 82,51 + 1.173,27
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 77,09 U D = 66,79 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A=
Q 54,88 = = 0,05 ft 2 U D × ∆t 66,79 + 15,40
Panjang yang diperlukan =
0,05 = 0,12 ft 0,435
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 15 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 15 x 2 x 0,435 = 13,05 ft2
Pressure drop Fluida panas : anulus, (air,K2CO3) (1) De’ = (D2 – D1) = (0,21 - 0,14) = 0,07 ft Rea’ =
De' × Ga
µ
F = 0,0035 +
=
0,07 × 966.174,05 = 35.640,67 1,83
0,264 = 0,0067 35.640,67 0,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1,43, ρ = 1,43 x 62,5 = 89,28 4 fG a L 4 × 0,0067 × 966.174,05 2 × 30 (2) ΔFa = = = 1,67 ft 2 gρ 2 D e 2 × 4.18 × 10 8 × 89,28 2 × 0,07 2
(3) V =
Ga 966.174,05 = = 3 Fps 3600 ρ 3600 × 89,28
V 2 32 = 1 × = 0,14 ft Fi = 1 × 2g ' 2 × 32,2
Universitas Sumatera Utara
ΔPa =
(1,67 + 0,14) × 89,28 = 1,12 psi 144
∆Pa yang diperbolehkan = 3 psi
Fluida dingin : inner pipe, (H2O, KHCO3) (1’) Rep’= 88.557,78 F = 0,0035 +
0,264 = 5,7.10 -3 88.557,78 0,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 0,98 , ρ = 0,98 x 62,5 = 61,25 4 fGp 2 L 4 × 5,7 × 10 −3 x 1.856.792,22 2 × 30 (2’) ΔFp = = = 6,54 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 61,25 2 × 0,12
(3’) ΔPp =
6,54 × 61,25 = 2,78 psi 144
∆Pp yang diperbolehkan = 10 psi
C.21 Fungsi
Stripper (D-312) : Melucutkan (melepaskan) karbon dioksida (CO2) yang terikat pada larutan benfield yang berasal dari Absorber CO2 (D-306).
Stripper (STP) didesain berbentuk bejana (tangki) vertikal dengan tutup dan alas berupa segmen torispherical. Pada Absorber CO2 Laju alir massa gas masuk (F17)
= 25.169,98 kg/hari
Berat molekul rata-rata gas ( BM ) = 36,58 kg/kmol Laju mol gas masuk (G1)
=
F 17 BM
=
25.169,98 kg/hari 36,58 kg/kmol
= 687,97 kmol/hari = 7,96 x 10-3 kmol/s 17 Laju massa CO2 masuk ( FCO ) 2
= 18.505,05 kg/hari
Universitas Sumatera Utara
17 Laju mol CO2 masuk ( N CO ) 2
=
=
17 FCO 2
BM CO 2
18.505,05 kg/hari 44 kg/kmol
= 420,56 kmol/hari = 4,86 x 10-3 kmol/s Fraksi CO2 masuk (y1)
=
=
17 N CO 2
G1
4,86 x 10 -3 kmol/s 7,96 x 10 -3 kmol/s
= 0,61 Y1
=
y1 (1 − y1 )
=
0,61 (1 − 0,61)
= 1,57 kmol CO2/kmol gas Laju mol gas yang tidak larut masuk (Gs): Gs
= G1 (1-y1) = 7,96 x 10-3 kmol/s (1 – 0,61) = 3,09 x 10-3 kmol/s
Gas CO2 yang dihilangkan = 99 % Y2
= 0,010 (Y1) = 0,010 (1,57 kmol CO2/kmol gas) = 0,0157 kmol CO2/kmol gas
Laju alir massa total cairan benfield masuk (F23) = 191.527,29 kg/hari Berat molekul rata-rata cairan ( BM )
= 53,99 kg/kmol
Laju mol total cairan masuk (N23)
= =
F 23 BM 191.527,29 kg/hari 53,99 kg/kmol
= 3.546,80 kmol/hari = 4,10 x 10-2 kmol/s
Universitas Sumatera Utara
Fraksi CO2 masuk (x1)
= =
17 N CO 2
N 23 4,86 x 10 -3 kmol/s 4,10 x 10 -2 kmol/s
= 0,13 X1
=
x1 (1 − x1 )
=
0,13 (1 − 0,13)
= 0,13 kmol CO2/kmol cairan Densitas larutan benfield (ρ):
ρ
= 1,4290 g/cm3 = 1429 kg/m3
Laju sirkulasi larutan benfield yang digunakan (Ls): Ls
= =
F 23
ρ 191.527,29 kg/hari 1.429 kg/m 3
= 134,02 m3/hari = 1,55 x 10-3 m3/s = 4,10 x 10-2 kmol/s X2
=
Gs (Y1 − Y2 ) + X1 Ls
=
3,09 x 10 -3 kmol/s (1,57 − 0,01) + 0,13 kmol CO 2 /kmol cairan 4,10 x 10 -2 kmol/s
= 0,25 kmol CO2/kmol cairan Pada Stripper X1
= X1 pada Absorber CO2 = 0,13 kmol CO2/kmol cairan
X2
= X2 pada Absorber CO2 = 0,25 kmol CO2/kmol cairan
Universitas Sumatera Utara
Stripper beroperasi pada keadaan konstan atau kondisi operasi masuk sama dengan kondisi operasi keluar, yaitu pada: Tekanan (P)
= 1 atm
Temperatur (T) = 100 oC Sehingga: Y1
= Y2
Laju alir massa steam masuk
= 266,69 kg/jam
Laju mol steam masuk ( N H 2O )
= =
FH 2O BM H 2O
266,69 kg/jam 18 kg/kmol
= 14,80 kmol/jam = 4,11 x 10-3 kmol/s 19 Laju alir massa CO2 masuk ( FCO ) 2
Laju alir mol CO2 masuk ( N
19 CO 2
)
= 18.320 kg/hari =
=
19 FCO 2
BM CO 2
18.320 kg/hari 44 kg/kmol
= 416,36 kmol/hari = 4,81 x 10-3 kmol/s Fraksi mol CO2 terhadap steam (y1) =
=
19 N CO 2
N H 2O 4,81 x 10 -3 kmol/s 4,11 x 10 -3 kmol/s
= 1,17 kmol CO2/kmol steam Y1
= y1 = 1,17 kmol CO2/kmol steam
Y2
= 1,17 kmol CO2/kmol steam
Stripper beroperasi pada tekanan yang konstan, yaitu pada: P
= 1 atm = 760 mmHg
Universitas Sumatera Utara
= 101,30 kN/m2 Persamaan kurva keseimbangannya adalah 101,30 X Y* = * 101,30 1 + X 1+Y Sehingga kurva keseimbangan menjadi: X
= Y*
Menentukan Desain Stripper Laju alir gas yang keluar = F20 = 18.320 kg/hari Kapasitas Stripper selama 1 jam beroperasi (W) adalah W
= 763,33 kg/jam x 1 jam = 763,33 kg
V
=
n RT P
dimana: V
= volume gas (m3)
n
= molar gas (kmol)
R
= tetapan gas ideal = 0,0821 m3.atm/kgmol.K
T
= temperatur (K)
P
= tekanan (atm)
n
=
W BM
=
763,33 kg 44 kg/kmol
= 17,34 kmol T
= 100 oC = 373 K
P
= 1 atm
V
=
= 14,70 psi
(17,34 kmol) (0,0821 m 3 .atm/kgmol.K) (373 K) 1 atm
= 530,98 m3 Laju alir cairan keluar (L)
= 134.069,10 kg/hari
Densitas cairan (ρL)
= 1,429 g/cm3
Universitas Sumatera Utara
= 1.429 kg/m3 Volume yang ditempati cairan (VL) = =
L ρL 134.069,10 kg/hari 1.429 kg/m 3
= 93,82 m3/hari
Untuk 1 jam operasi maka: VL
= 3,90 m3/jam x 1 jam = 3,90 m3
Volume total Stripper (Vt): Vt
= V + VL = 530,98 m3 + 3,90 m3 = 534,89 m3
Volume tutup dan alas = 2 (0,0778 Di3 ) Diambil: L/Di = 1/1 r/Di = 1/5 H/Di = 3/1 Volume tangki
= volume tutup dan alas + volume silinder
534,89 m3
=
π Di2 H 2 (0,0778 Di3 ) + 4
534,89 m3
=
3,14 (3 / 1) 3 2 (0,0778 Di3 ) + Di 4
534,89 m3
= 2,5106 Di3
Di
= 5,97 m
Diameter tangki (Di) = 5,97 m = 235,14 in r
= (1/5) 5,97 m = 1,19 m
L
= (1/1) 5,97 m = 5,97 m
Universitas Sumatera Utara
= 235,14 in H
= (3/1) 5,97 m = 17,91 m
Material Stripper
:
Low alloy steel SA 202 (A), dengan:
Stress yang diizinkan (S) = 17.700 psi (230 oC) Efisiensi sambungan (E) = 0,85 Faktor korosi (C)
= 0,025 in/tahun
Umur alat (A)
= 10 tahun
(Perry and Green, 1997)
Tebal Silinder (ts) Tebal silinder (ts) =
PR + C A (Brownell and Young, 1959) S E − 0,6 P
Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10%, maka: P
= 1 atm + 1 x 0,1 atm = 1,1 atm = 16,16 psi =
ts
(16,16 psi) (235,14 in/2) + (0,025 in/tahun) (10 tahun) (17.700 psi) (0,85) − 0,6 (16,16 psi)
= 0,37 in = 0,009 m Tebal Head (th) Bentuk head th
= torispherical dished head
=
0,885 P L +CA S E − 0,1 P
=
0,885 (16,16 psi) (235,14 in) + (0,025 in/tahun) (10 tahun) (17.700 psi) (0,85) − 0,1 (16,16 psi)
(Brownell and Young, 1959)
= 0,47 in = 0,01 m
C.22
Kompressor (G-313) Fungsi : Menaikkan tekanan dari kolom stripper menuju tangki CO2 Jenis
: centrifugal compressor
p 2,78 × 10 − 4 k .N s P= p1 m v.1 2 (k - 1).η p1
( k −1) / k . N s
− 1
(Timmerhaus,2004; hal 528)
Universitas Sumatera Utara
di mana:
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 1 atm
= 101,325 kPa
p2
= tekanan keluar
= 20 atm
= 2025,5 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
=1
k
= rasio panas spesifik
= 1,4
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 3 tahap
T1
= 100 0C
= 373,15 K
= 75 %
Data: Laju alir massa = 18.320 kg/hari = 763,33 kg/jam BM = 44 kg/kmol ρ
= 2,814 Kg / m 3 = 0,17 lbm / ft 3
mv.1 =
763,33 kg / jam m3 = 2,66 ft3/detik = 271 , 26 3 jam 2,184kg / m
a. Menghitung Daya Kompresor 2026,5 2,78 × 10 − 4 × 1,4 × 3 P= (101,325) × (271,26 m 3 /jam) (1,4 - 1) × 0,75 101,325
(1, 4 −1) / 1, 4×.3
− 1
= 35,31 kW = 47,36 Hp.jam. Maka dipilih kompresor dengan daya 47,36 Hp.jam.
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k −1
P 2 k × Nst ) T 2= T1 ( P1
(Timmerhaus, 2004; hal 528)
1, 4 −1
20 T2 = 352,54 x( ) 1, 4 x 3 1 T2 = 468,94 oK = 195,79 oC
Universitas Sumatera Utara
c. Menghitung Diamter pipa ekonomis Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13
De
(Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (2,66 ft3/detik)0,45(0,17 lbm/ft3) 0,13 = 4,83 in
Dipilih material pipa commercial steel 5 inci Schedule 120 : •
Diameter dalam (ID) = 4,563 in = 0,38 ft
•
Diameter luar (OD)
•
Luas Penampang (A) = 1,436 ft2
= 5,563 in = 0,46 ft (Brownell, 1959)
C.23 Tangki Penyimpanan CO2 (F-314) Fungsi
:Sebagai
wadah
penyimpanan
gas
CO2
sebelum
didistribusikan. Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Kondisi operasi : Tekanan
= 20 atm
Temperatur
= 100 oC = 373,15 K
Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor kelonggaran
= 20%
Faktor kompresibilitas (z)=1 Laju alir
= 18.320 kg/hari
BM
= 44 kg/kmol
Densitas gas : ρ =
ρ=
P × BM zRT
(Lyman, 1982)
20 × 44 = 29,10 kg/m 3 1 × 82,05 × 10 3 × 373,15
Universitas Sumatera Utara
Volume gas untuk penyimpanan 1 hari (24 jam) =
18.320 × 1 = 629,49 m 3 29,10
Faktor kelonggaran 20%, maka : Volume tangki, Vl
= 1,2 x 629,49 = 755,39 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
= 3:2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D)
= 1:4
Volume silinder
=
π 4
Volume tutup elipsoidal =
Vt
= Vs + Vh
Vt
=
× D2H s =
π 24
3π 3 D 8
× D3
10π × D3 24
24 Vt = 10π
24 × 755,39 = 8,62 m 10 × 3,14
Diameter tangki
=
3
Tinggi tangki
=
3 × 8,62 = 12,93 m 2
Tinggi tutup elipsoidal =
1 × 12,93 = 2,15 m 4
Tinggi total tangki
= Hs + He
3
= 15,09 m
Tebal tangki
t
Allowable stress(S)
= 13700 psi
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Corrosion factor (CA)
= 0,125 in/tahun
Tekanan operasi
= 20 x 14,696 = 293,92 psia
n (tahun pemakaian)
= 10 tahun
= =
1 293,92 × ( 169,77) 2 + (0,125 in / tahun × 10 tahun ) 13700 × 0,8 − 0,6 × 293,92 5,87 in = 0,14 m
Universitas Sumatera Utara
C.24
Cooler (E-315) Fungsi Jenis
: Menurunkan suhu sebelum masuk ke tangki larutan benfield : DPHE
Dipakai : pipa 3 x 2 in IPS, 15 ft hairpin Jumlah : 1 unit Fluida panas (Air,K2CO3) : Laju alir fluida masuk
= 191.527,28 kg/hari = 7.980,30 kg/jam = 17.593,64 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 88 °C
= 190,40 °F
Temperatur akhir (T2)
= 60 °C
= 140 °F
Fluida dingin (air pendingin) : Laju alir fluida dingin
= 151.446,48 kg/hari = 6.310,27 kg/jam = 13.911,83 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 28 °C
= 82,4 °F
Temperatur akhir (t2)
= 55 °C
= 131 °F
Panas yang diserap (Q)
= 17.083.163,33 kJ/hari = 711.798,4 kJ/jam = 674.652,12 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 190,4°F T2 = 140°F T1 – T2 = 50,4°F
LMTD =
(1)
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah
Fluida Dingin t2 =131°F t1 = 82,4°F
Selisih ∆t1 = 59,4°F ∆t2 = 57,6°F
Selisih
t2 – t1 =48,6°F
∆t2 – ∆t1 = -1,8°F
∆t 2 − ∆t1 − 1,8 = = 58,50 0 F ∆t 57,6 ln 2 ln 59 , 4 ∆ t 1
Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 190,4 + 140 = = 165,2 °F 2 2
Universitas Sumatera Utara
t 1 + t 2 82,4 + 131 = = 106,7 °F 2 2
tc =
Fluida dingin : anulus, air pendingin (3) flow area D2 =
3,068 = 0,26 ft 12
D1 =
2,38 = 0,14 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
(Tabel 11, kern)
) = 3,14 (0,26
(D Equivalen diam =
2
− 0,14 2
4
− D1 D1
2 2
2
) = (0,26
) = 0,04 ft
2
)
− 0,14 2 = 0,33 0,14
2
A’=0,622 ft2
(Tabel 11, kern)
(4) kecepatan massa
Ga =
W aa
Ga =
17.593,64 lbm/jam lbm = 484.806,74 2 0,04 ft jam . ft 2
(5) Pada tc = 106,7 0F , μ = 0,69 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,69 cP = 0,693x 2,42 = 1,67 lbm/ft.jam Re a = Re a =
Da × G a
µ 0,26 × 484.806,74 = 74.229,80 1,67
(6) JH = 215
(Gbr.24, kern) 0
0
(7) Pada tc = 106,7 F , c = 0,44 Btu/lbm . F
(Gbr.3, kern)
k = 0,413 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c.µ k
1
3
(8) h o = J H
0,44 × 1,67 = 0,413 k c.µ De k
1
3
1
3
= 1,21
µ µW
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
Universitas Sumatera Utara
= 215 ×
0,413 × 1,21 × 1 0,33
= 321,95 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, larutan benfield (3’)
2,067 = 0,17 ft 12
D=
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 0,02 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp =
W ap
Gp =
13.991,83 lbm = 597.305,29 0,02 jam . ft 2
(5’) Pada tc = 165,2 0F , μ =0,354 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 0,354 cP = 0,354 x 2,42 =0,86 lbm/ft.jam
Re p = Re p =
Dp × G p
µ 0,17 × 597.305,29 = 120.098,32 0,86
(6’) JH = 210
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 165,2 0F , c = 1,004 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 0,3685 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)
c.µ k
1
3
(8’) h i = J H
1,004 × 0,86 = 0,3685 k c.µ De k
= 210 ×
1
3
1
3
µ µW
= 1,33
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
0,3685 × 1,33 × 1 0,17
= 595,94 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F) (9’) h io = h i ×
ID 2,067 = 595,94 × = 517,57 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) OD 2,38
(10) clean averall coefficient, Uc
Universitas Sumatera Utara
UC =
h io × h o 517,57 × 321,95 = = 198,48 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 517,57 + 321,95
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 198,48 U D = 142,08 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A=
Q 674.652,12 = = 81,17 ft 2 U D × ∆t 142,08 + 58,50
Panjang yang diperlukan =
81,17 = 130,50 ft 0,622
Berarti diperlukan 5 pipa hairpin ukuran 15 ft. (13) luas sebenarnya = 5 x 12 x 2 x 0,622 = 93,3 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, air pendingin (1) De’ = 0,12 Rea’ = =
De' × Ga
µ
F = 0,0035 +
=
0,12 × 484.806,74 = 34.066,35 1,67
0,264 = 6,8 × 10 -3 0,42 34.066,35
(pers.(3.47b),kern)
s = 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 4 fG a L 4 × 6,8 × 10 −3 × 484.806,74 2 × 150 = = 2,50 ft 2 × 4.18 × 10 8 × 62,5 2 × 0,12 2 gρ 2 D e 2
(2) ΔFa = (3) V =
Ga 484.806,74 = = 2,15 Fps 3600 ρ 3600 × 62,5
V 2 (2,15) 2 = 5 × = 0,36 ft Fi = 5 × 2g' 2 × 32,2
ΔPa =
(2,50 + 2 × 0,36) × 62,5 = 1,24 psi 144
∆Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : inner pipe, larutan benfield (1’) Rep’= 120.098,32 F = 0,0035 +
0,264 = 5,44 × 10 −3 120.098,32 0,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 1,01 , ρ = 1,01 x 62,5 =63,44 4 fGp 2 L 4 × 5,44 × 10 −3 × 597.305,29 2 × 150 (2’) ΔFp = = = 2,01 ft 2 gρ 2 D 2 × 4.18.10 8 × 63,44 2 × 0,17
(3’) ΔPp =
2,01 × 63,44 = 0,88 psi 144
∆Pp yang diperbolehkan = 10 psi
C.25
Pompa (P-317) Fungsi : Mengalirkan komponen-komponen dari tangki penyimpanan larutan Benfield ke adsorber. Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 60 0C
Laju alir massa (F)
= 191.527,28 kg/hari = 4,88 lbm/s
Densitas (ρ)
= 1.429 kg/m3
= 89,21 lbm/ft3
Viskositas (µ)
= 0,76 cP
= 5,07.10-4 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
4,88 lbm/s 89,21 lbm/ft 3
= 0,05 ft3/s = 1,55x10-3 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100),
Universitas Sumatera Utara
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 ρ
dengan : Di,opt = diameter optimum (m) Q
(Peters,2004) = densitas (lbm/ft3)
= laju volumetrik (ft3/s)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 = 3,9 (0,05 ft3/s )0,45 (89,21 lbm/ft3)0,13 = 1,89 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in
Diameter Luar (OD)
: 1,9 in
= 0,13 ft = 0,04 m = 0,16 ft -2
: 1,04x10 ft
Inside sectional area
2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,05 ft 3 /s = 3,87 ft/s 1,04.10 -2 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
=
(89,21 lbm/ft 3 )(3,87 ft/s)(0,13 ft ) 5,07.10 -4 lbm/ft.s
= 91.374,75 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 91.374,75 dan ε/D = 1,12x10-3, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 7x10-3
(Geankoplis,2003)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 − 2 A1 2α .g c
= 0,5 (1 − 0 ) v2 4 elbow 90° = hf = n.Kf. 2.g c
3,87 2 2(1)(32,174 )
3,87 2 = 4(0,75) 2(32,174)
= 0,11 ft.lbf/lbm
= 0,69 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2 check valve = hf = n.Kf.
3,87 2 v2 = 2(2,0) 2(32,174) 2.g c
= 0,93 ft.lbf/lbm
∆L.v 2 Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f D.2.g c -3
= 4(7x10
2 ( 50 )( . 3,87 ) ) (0,13).2.(32,174)
= 2,43 ft.lbf/lbm
2
2 Sharp edge exit = hex
A v2 = 2 − 1 A2 2.α .g c = (2 − 0 )
2
3,87 2 2(1)(32,174 )
Total friction loss : ∑ F
= 0,93 ft.lbf/lbm = 5,11 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
(
)
P − P1 2 1 2 + ∑ F + Ws = 0 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 2α ρ
(Geankoplis,2003)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P2 = 101,325 kPa
∆P
ρ
= 0 ft.lbf/lbm
∆Z = 10 ft
Maka : 32,174 ft/s 2 (10 ft ) + 0 ft.lbf/lbm + 5,11 ft.lbf/lbm + Ws = 0 0+ 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = -15,11 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , η= 75 % Ws
= - η x Wp
-15,11
= -0,75 x Wp
Wp
= 20,15 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
Universitas Sumatera Utara
= 4,88 lbm/s × 20,15 ft.lbf/lbm x
1 hp 550 ft.lbf / s
= 0,17 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,2 hp
C.26
Tangki Akumulasi Gas CH4 (F-401) Fungsi
: Mengakumulasikan gas CH4 dari kolom absorpsi.
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A Kondisi operasi: Tekanan
= 1 atm
Temperatur
= 79,39 0 C
Laju alir massa: 6.849,98 kg/ hari = 0,07 kg/detik Waktu tinggal : 10 menit = 600 detik ρCH4 = 0,6 kg/m3
(Perry, 1999)
Faktor kelonggaran: 20% Perhitungan: a. Volume tangki
0,07 kg/detik x 600 detik = 79,28 m 3 3 0,6 kg/m Volume tangki, Vt = (1+0,2) x 79,28 = 95,13 m3 Volume CH4, V1 =
b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan:
-
•
Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4)
•
Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 2)
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π Di2 H = 5/16 π D3
-
Volume tutup tangki (Vh) Vh = π/24 D3
-
(Brownell, 1959)
Volume tangki (V)
Universitas Sumatera Utara
V = Vs + 2Vh 95,13 m3 = 19/48 π D3 Di = 4,24 m = 167,16 in Hs = 5,30 m = 208,95 in c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 4,24 m H 1 Hh = h x D = x 4,24 = 2,12 m 2 D Ht (tinggi tangki) = Hs + Hh = 7,43 m d. Tebal shell tangki Poperasi = Po +
nRT V
(0,06 × 600)kg (0,082057 L.atm / mol.K ) (352,54 K ) 16 gr / mol = 1 atm + 79,28 m 3
= 2,08 atm = 211,23 kPa Pdesain = (1 + 0,2) × 2,08 atm = 2,50 atm = 253,48 kPa Joint efficiency (E) = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress (S) = 120.658,248 kPa
(Brownell, 1958)
Tebal shell tangki: t=
(246,22 kPa )(4,23) PD = = 0,005 m = 0,21 in 2 SE − 1,2 P 2(0,8)(120.658,248) − 1,2(246,22 )
Faktor korosi = 1/8 in Umur alat direncanakan = 10 tahun Maka tebal shell yang digunakan = 0,21 + (1/8 x 10) = 1,46 in Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
(Brownell, 1958)
e. Tebal tutup tangki Tutup tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup adalah 2 in.
Universitas Sumatera Utara
f. Tinggi flange lurus / straight flange Dari tabel 5.11 Brownell, ukuran straight flange untuk tangki dengan diameter 246,22 in dan tebal 2 in adalah 4 in.
C.27
Kompressor (G-402) Fungsi : Menaikkan tekanan produk gas dari tangki akumulasi metana. Jenis
: centrifugal compressor
p ( k −1) / k . N s 2,78 × 10 − 4 k .N s P= p1 m v.1 2 − 1 (k - 1).η p1
di mana:
(Timmerhaus,2004; hal 528)
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 1 atm
= 101,325 kPa
p2
= tekanan keluar
= 20 atm
= 2025,5 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
=1
k
= rasio panas spesifik
= 1,4
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 3 tahap
T1
= 79,39 0C
= 352,54 K
= 75 %
Data: Laju alir massa = 6.849,98 kg/hari = 285,41 kg/jam BM campuran = ∑xi Bmi = 16,76 kg/kmol ρcampuran
mv.1 =
=
P × BM 1 kg ×16,76 kg / kmol = = 0,58 Kg / m 3 = 0,04 lbm / ft 3 1x0,08206 × 352,54 zRT
285,41 kg / jam m3 = 4,83 ft3/detik = 492 , 76 3 jam 0,58 kg / m
a. Menghitung Daya Kompresor P=
2026,5 (1, 4 −1) / 1, 4×.3 2,78 ×10 − 4 ×1,4 × 3 (101,325) × (492,76 m 3 /jam) − 1 (1,4 - 1) × 0,75 101,325
= 64,16 kW = 86,04 Hp.jam. Maka dipilih kompresor dengan daya 86 Hp.jam.
Universitas Sumatera Utara
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k −1
P 2 k × Nst ) T 2= T1 ( P1
(Timmerhaus, 2004; hal 528)
1, 4 −1
20 T2 = 352,54 x( ) 1, 4 x 3 1 T2 = 468,94 oK = 195,79 oC
c. Menghitung Diamter pipa ekonomis Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13
De
(Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (4,83 ft3/detik)0,45(0,04 lbm/ft3) 0,13 = 5,14 in
Dipilih material pipa commercial steel 5 inci Schedule 120 :
C.28
•
Diameter dalam (ID) = 4,563 in = 0,38 ft
•
Diameter luar (OD)
•
Luas Penampang (A) = 1,436 ft2
= 5,563 in = 0,46 ft (Brownell, 1959)
Cooler (E-403) Fungsi
: Menurunkan suhu gas (CH4 dan CO2) sebelum dimasukkan ke dalam tabung CNG.
Jenis
: DPHE
Dipakai : pipa 2 x 1 1
4
in IPS, 12 ft hairpin
Jumlah : 1 unit Fluida panas (gas) : Laju alir fluida masuk
= 6.849,98 kg/hari = 285,41 kg/jam = 629,23 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 79,39 °C
= 174,90 °F
Temperatur akhir (T2)
= 15 °C
= 59 °F
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin (propana) : Laju alir fluida dingin
= 1.832,74 kg/hari = 76,36 kg/jam = 168,35 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= -103,15 °C = -153,67 °F
Temperatur akhir (t2)
= -53,15 °C
Panas yang diserap (Q)
= 998.735,02 kg/hari
= -63,67 °F
= 41.613,95 kg/jam = 39.442,26 lbm/jam (1) ∆t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 174,90°F T2 = 59°F T1 – T2 = 115,90°F
LMTD =
(2)
Fluida Dingin t2 = -63,67°F t1 = -153,67°F
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih rendah
Selisih ∆t1 = 238,57°F ∆t2 = 212,67°F ∆t2 – ∆t1 = -25,90°F
t2 – t1 = 90°F
Selisih
∆t 2 − ∆t1 − 25,90 = = 225,37 0 F ∆t 212,67 ln 2 ln 238,57 ∆t1
Tc dan tc
Tc =
T1 + T2 174 + 59 = = 116,95 °F 2 2
tc =
t 1 + t 2 − 153,67 + (−63,67) = = −108,67 °F 2 2
Fluida dingin : anulus, propana (3) flow area D2 =
2,067 = 0,17 ft 12
D1 =
1,65 = 0,14 ft 12
aa =
(
π D 2 2 − D1 2 4
) = π (0,17
(D Equivalen diam = A’=0,435 ft2
(Tabel 11, kern)
− D1 D1
2 2
2
)
− 0,14 2 = 8,3.10 − 2 ft 2 4
2
) = (0,17
)
− 0,14 2 = 0,08 0,14
2
Tabel 11. kern
Universitas Sumatera Utara
(4) kecepatan massa
Ga =
W aa
Ga =
168,35 lbm = 20.359,44 -2 8,3 × 10 jam . ft 2
(5) Pada tc = -108,67 0F , μ = 5,4x10-3 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 5,4x10-3cP = 5,4x10-3 x 2,42 = 1,31x10-2 lbm/ft.jam Da × G a
Re a =
µ 0,1723 × 20.359,44 = 268.358,91 1,31 × 10 -2
Re a =
(6) JH = 410
(Gbr.24, kern)
(7) Pada tc = -108,67 0F , c = 0,56 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 8,7x10-3 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c.µ k
1
3
(8) h o = J H
0,56 × 1,31 × 10 − 2 = 8,7 × 10 -3 k c.µ De k
= 410 ×
1
3
µ µW
1
3
= 0,944
0 ,14
(pers. (6.15b), kern)
8,7 × 10 -3 × 0,944 × 1 0,0761
= 44,22 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F)
Fluida panas : inner pipe, gas (CH4. CO2) (3’)
D=
1,38 = 0,12 ft 12
ap =
πD 2 4
(Tabel 11, kern)
= 1,04 × 10 − 2 ft 2
(4’) kecepatan massa
Gp =
W ap
Gp =
629,23 lbm = 60.610,72 -2 1,04 × 10 jam . ft 2
Universitas Sumatera Utara
(5’) Pada tc = 108,5 0F , μ = 1,11x10-2 cP
(Gbr. 15, kern)
μ = 1,11x10 cP = 1,11x10 x 2,42 = 2,68x10 -2
Re p = Re p =
-2
-2
lbm/ft.jam
Dp × G p
µ 0,115 × 60.610,72 = 259.704,13 2,68 × 10 -2
(6’) JH = 425
(Gbr.24, kern)
(7’) Pada tc = 108,5 0F , c = 0,53 Btu/lbm .0F
(Gbr.3, kern)
k = 2,06x10-2 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) c.µ k
1
3
(8’) h i = J H
0,53 × 2,68 × 10 -2 = -2 2,06 × 10 k c.µ De k
= 425 ×
1
3
µ µW
1
3
= 0,88
0 ,14
(pers. (6.15a), kern)
2,06 × 10 -2 × 0,88 × 1 0,12
= 67,38 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F) (9’) h io = h i ×
1,38 ID = 67,38 × = 56,35 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) (pers.6.5,kern) 1,66 OD
(10) clean averall coefficient, Uc
UC =
h io × h o 56,35 × 44,22 = = 24,78 Btu/(jam)(ft 2 )( 0 F ) h io + h o 56,35 + 44,22
(11) UD Rd ketentuan = 0,002
1 1 1 = + RD = + 0,002 UD UC 24,78 U D = 23,61 btu/jam ft2 F (12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t
A=
Q 39.442,26 = = 7,41 ft 2 U D × ∆t 23,61 + 225,37
Universitas Sumatera Utara
Panjang yang diperlukan =
7,41 = 17,04 ft 0,435
Berarti diperlukan 1 pipa hairpin ukuran 12 ft. (13) luas sebenarnya = 1 x 12 x 2 x 0,435 = 10,44 ft2 Pressure drop Fluida dingin : anulus, propana (1) De’ = 0,0339 Rea’ = =
De' × Ga
µ
F = 0,0035 +
=
0,0339 × 20.359,44 = 52.840,86 13,1 × 10 -2
0,264 = 6,2 × 10 -3 0,42 52.840,86
(pers.(3.47b),kern)
s = 0,59, ρ = 0,59 x 62,5 = 36,88 4 fG a L 4 × 6,2 × 10 −3 × 20.359,44 2 × 24 = = 6,4 × 10 −3 ft 2 8 2 2 gρ De 2 × 4.18 × 10 × 36,88 × 0,0339 2
(2) ΔFa = (3) V =
Ga 20.359,44 = = 1,53 × 10 −1 Fps 3600 ρ 3600 × 36,88
V 2 (1,52 × 101) 2 = 1 × Fi = 1 × 2g ' 2 × 32,2
= 3,65 × 10 − 4 ft
(6,4 × 10 -3 + 3,65 × 10 −4 ) × 36,88 ΔPa = = 1,74 × 10 −3 psi 144 ∆Pa yang diperbolehkan = 10 psi
Fluida panas : inner pipe, gas (CH4. CO2) (1’) Rep’= 259.704,13 F = 0,0035 +
0,264 = 0,0049 259.704130,42
(pers.(3.47b),kern)
s = 0,58 , ρ = 0,58 x 62,5 =36,24 (2’) ΔFp =
4 fGp 2 L 4 × 0,0049 × 60.610,72 2 × 24 = = 1,37 × 10 − 2 ft 2 8 2 2 gρ D 2 × 4.18.10 × 36,24 × 0,115
(3’) ΔPp =
1,37 × 10 -2 × 36,24 = 3,44 × 10 −3 psi 144
∆Pp yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
C.29
Tangki Penyimpanan CNG (F-404) Fungsi
: Menyimpan CNG
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA –285 Grade C
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Komponen
Laju massa
BM
(kg/hari)
(kg/kmol)
xi
BM.xi (kg/kmol)
CH4
6.664,93
16
0,03
1,19
CO2
185,05
44
0,97
15,57
Total
6.849,98
ρ=
Densitas gas
P × BM zRT
16,76
(Lyman, 1982)
Kondisi operasi : Tekanan
= 20 atm
Temperatur
= 15 oC = 288,15 K
Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor kelonggaran
= 20%
Faktor kompresibilitas (z)=1
ρ=
20 × 16,76 = 14,17 kg/m 3 3 1 × 82,05 × 10 × 288,15
Volume gas untuk penyimpanan 1 hari (24 jam) =
6.849,98 kg / hari × 1 hari = 483,31 m 3 3 14,17 kg / m
Faktor kelonggaran 20%, maka : Volume 1 tangki, Vl = 1,2 x 483,31 = 579,97 m3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
= 3:2
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) Volume silinder
=
π 4
Volume tutup elipsoidal = Vt
= Vs + Vh
Vt
=
× D2H s =
π 24
= 1:4
3π 3 D 8
× D3
10π × D3 24
24 Vt = 10π
24 × 579,97 = 7,89 m 10 × 3,14
Diameter tangki
=
3
Tinggi tangki
=
3 × 7,89 =11,84 m 2
3
1 × 11,84 = 1,97 m 4
Tinggi tutup elipsoidal
=
Tinggi total tangki
= Hs + He = 13,82 m
Tebal tangki
t
Allowable stress(S)
= 13700 psi
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Corrosion factor (CA)
= 0,125 in/tahun
Tekanan operasi
= 197 x 14,696 = 2.895,11 psia
n (tahun pemakaian)
= 10 tahun
= =
293,92 × (155,45) + (0,125 in / tahun × 10 tahun ) 13.700 × 0,8 − 0,6 × 293,92 5,48 in = 0,14 m
Universitas Sumatera Utara
C.30
Kompressor (G-405) Fungsi : Menaikkan tekanan produk gas dari tangki penampung cng. Jenis
: centrifugal compressor
p 2,78 × 10 − 4 k .N s P= p1 m v.1 2 (k - 1).η p1
di mana:
( k −1) / k . N s
− 1
(Timmerhaus,2004; hal 528)
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 20 atm
= 2.026,5 kPa
p2
= tekanan keluar
= 197 atm
= 19.961,03 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
=1
k
= rasio panas spesifik
= 1,4
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 5 tahap
T1
= 15 0C
= 288,15 0K
= 75 %
Data: Laju alir massa = 6.849,98 kg/hari = 285,41 kg/jam BM campuran = ∑xi Bmi = 16,76 kg/kmol ρcampuran
mv.1 =
=
P × BM 20 atm ×16,76 kg / kmol = = 14,17 Kg / m 3 = 0,88 lbm / ft 3 zRT 1x0,08206 × 288,15
285,41 kg / jam m3 = 0,19 ft3/detik = 20 , 13 jam 14,17 kg / m 3
a. Menghitung Daya Kompresor P=
19.961,03 (1, 4 −1) / 1, 4×.5 2,78 × 10 − 4 × 1,4 × 5 (2.026,5) × (20,13 m 3 /jam) − 1 (1,4 - 1) × 0,75 2.026,5
= 36,96 kW = 49,57 Hp.jam. Maka dipilih kompresor dengan daya 49,57 Hp.jam.
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k −1
P 2 k × Nst ) T 2= T1 ( P1
(Timmerhaus, 2004; hal 528)
Universitas Sumatera Utara
1, 4 −1
197 1, 4 x 5 ) 20
T2 = 288,15 x(
T2 = 328,39 oK = 55,24 oC
c. Menghitung Diamter pipa ekonomis Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13
De
(Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (0,19 ft3/detik)0,45(0,88 lbm/ft3) 0,13 = 1,85 in
Dipilih material pipa commercial steel 2 inci Schedule 40 :
C.31
•
Diameter dalam (ID) = 2,469 in = 0,20 ft
•
Diameter luar (OD)
•
Luas Penampang (A) = 0,753 ft2
= 2,375 in = 0,19 ft (Brownell, 1959)
Tangki Penyimpanan Propana (F-407) Fungsi
: Menyimpan propana
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Bahan Konstruksi
: Carbon Steels SA-212 grade A
Kondisi operasi : Tekanan
: 1 atm
Temperatur
: -103,15ºC
Laju alir massa
: 1.832,74 kg/hari
ρpropana cair
: 647,25 kg/m3
(Anonim, 2007)
Faktor kelonggaran : 20 % Perhitungan: 1. Volume tangki Volume propana (V1) =
1.832,74 kg / hari = 2,83 m3 3 647,25 kg / m
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki (V2) = (1+0,2) x 2,83 = 3,39 m3 2. Diameter dan tinggi sheel Direncanakan : a. Tinggi shell : Diameter ( Hs : D = 5 : 4 ) b. Tinggi head : diameter ( Hh : D = 2 : 1 ) c. Volume shell tangki (Vs) 5 1 Vs = πDi2 H = πD 2 16 4 d. Volume tutup tangki (Vh) Vh =
π
D3
(Brownell,1959)
24 e. Volume tangki (V)
V = Vs + Vh 19 πD 3 48 D = 1,39 m = 55,04 in 3,39 =
Hs = 1,74 m = 68,81 in 3. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,39 m H 1 = h × D = × 1,39 = 0,69 m 2 D Tinggi tangki (Ht) = Hs + Hh = 2,44 m
Hh
4. Tebal shell tangki Tinggi cairan dalam tangki =
2,83 × 2,44 = 2,03 m 3,39
Tekanan hidrostatik : P
= ρ×g×h = 647,25 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,03 m = 12.934,34 Pa
Ptotal
= 101.325 Pa + 12.934,34 Pa = 114.259,34 Pa
Pdesign = (1+0,2) x 114.259,34 = 137.111,21 Pa = 137,11 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint Efficiency (E) = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 120658,248 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki : t
=
(137,11 kPa ) (1,39 m ) PD = 2(120.658,248 kPa ) (0,8) − 1,2(137,11 kPa ) 2 SE − 1,2 P
= 0,0009 m = 0,03 in Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,03 in + 0,125 in = 0,16 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell,1959)
5. Tebal tutup tangki Tutup atas dan alas terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup atas dan alas adalah ¼ in. 6. Tinggi flange lurus / straight flange Dari tabel 5.11 Brownell, ukuran straight flange untuk tangki dengan diameter 55,04 in dan tebal ¼ in adalah 2 ¼ in.
C.32
Tangki Penyimpanan Propana Bekas (F-408) Fungsi : Menyimpan propana bekas Bentuk: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit Bahan Konstruksi
: Carbon Steels SA-212 grade A
Kondisi operasi : Tekanan
: 1 atm
Temperatur
: -53,15ºC
Laju alir massa: 1.832,74 kg/hari ρpropana cair
: 593,12 kg/m3
(Gas encyclopedia, 2010)
Faktor kelonggaran : 20 %
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan: 1. Volume tangki
1.832,74 kg / hari = 3,09 m3 593,12 kg / m 3 Volume tangki (V2) = (1+0,2) x 3,09 = 3,70 m3 Volume metana (V1) =
2. Diameter dan tinggi sheel Direncanakan : a. Tinggi shell : Diameter ( Hs : D = 5 : 4 ) b. Tinggi head : diameter ( Hh : D = 2 : 1 ) c. Volume shell tangki (Vs) 1 5 Vs = πDi2 H = πD 2 4 16 d. Volume tutup tangki (Vh) Vh =
π
D3
(Brownell,1959)
24 e. Volume tangki (V)
V = Vs + Vh 19 πD 3 48 D = 1,43 m = 56,67 in
3,70 =
Hs = 1,79 m = 70,84 in 3. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,43 m Hh
H 1 = h × D = × 1,43 = 0,71 m 2 D
Tinggi tangki (Ht) = Hs + Hh = 2,51 m 4. Tebal shell tangki Tinggi cairan dalam tangki =
3,09 × 2,51 = 2,09 m 3,70
Tekanan hidrostatik : P
= ρ×g×h = 593,12 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,09 m = 12.202,76 Pa
Universitas Sumatera Utara
Ptotal
= 101.325 Pa + 12.202,76 Pa = 113.527,76 Pa
Pdesign = (1+0,2) x 113.527,76 = 136.233,31 Pa = 136,23 kPa Joint Efficiency (E) = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 120658,248 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki : t
(136,23 kPa ) (1,43 m ) PD = 2 SE − 1,2 P 2(120.658,248 kPa ) (0,8) − 1,2(136,23 kPa ) = 0,001 m =
= 0,04 in Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,04 in + 0,125 in = 0,16 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell,1959)
5. Tebal tutup tangki Tutup atas dan alas terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup atas dan alas adalah ¼ in. 6. Tinggi flange lurus / straight flange Dari tabel 5.11 Brownell, ukuran straight flange untuk tangki dengan diameter 56,67 in dan tebal ¼ in adalah 2 ¼ in.
Universitas Sumatera Utara
5.33
Pompa (P-104) Fungsi
: Memompa POME dari bak netralisasi ke tangki pencampur nutrisi
Jenis
: Pompa screw
Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P
= 1 atm
T
= 55,11 0C
Laju alir massa (F) = 593.260,27 kg/hari = 15,13 lbm/s Densitas (ρ)
= 1.002,99 kg/m3
= 62,61 lbm/ft3
Viskositas (µ)
= 1 cP
= 6,76.10-4 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q)
=
15,13 lbm/s 62,61 lbm/ft 3
= 0,24 ft3/s = 0,006 m3/s
Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >2100), De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18
(Walas, 1988)
Untuk aliran laminar ,
dengan : D = diameter optimum (in) Q = laju volumetrik (ft3/s)
ρ
= densitas (lbm/ft3)
µ
= viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 3,9 × (0,24)
0,45
× (62,61)
(Walas, 1988) 0,13
= 3,52 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 3,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 3,54 in
= 0,29 ft = 0,08 m
Diameter Luar (OD)
: 4 in
= 0,3 ft
Inside sectional area
: 0,0687 ft2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan rata – rata fluida dalam pipa :
v=
0,24 ft 3 /s Q = = 3,51ft/s A 0,0687 ft 2
Sehingga : Bilangan Reynold, N Re =
ρ v D 62,61× (3,51)× (0,29 ) = = 96.352,15 μ 6,77 × 10 -4
Asumsi benar bentuk aliran adalah turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10-5
(Geankoplis,2003)
Pada NRe = 96.352,15 dan ε/D = 0,0005, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 0,0045
(Geankoplis,2003)
D. Panjang ekivalen total perpipaan (ΣL) Instalasi pipa: − Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft − 1 buah gate valve fully open ; L
D
= 13
(App. C–2a, Foust, 1979)
L2 = 1 × 13 × 0,29 = 3,84 ft − 4 buah elbow 900 standard (L/D = 30)
(App. C–2a, Foust, 1979)
L3 = 4 × 30 × 0,29 = 35,47 ft − 1 buah sharp edge entrance K= 0,5 ; L L4 = 0,5 × 20 × 0,29 = 2,95 ft − 1 buah sharp edge exit K = 1 ; L
D
D
=20
(Foust, 1979)
= 40 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1979)
L5 = 1,0 × 40 × 0,29 = 11,82 ft ΣL
= L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 84,10 ft
E. Friksi Faktor gesekan, ΣF = =
f v 2 ΣL 2 gc D
(0,0045)(3,51)2 (84,10) = 0,24 2(32,174 )(0,29 )
ft ⋅ lb f /lb m
(Foust, 1979, App C1 dan C2)
Universitas Sumatera Utara
F. Kerja yang diperlukan Tinggi pemompaan, ∆z = 40 ft Static head, Δz
Δv 2 =0 2gc
Velocity head,
Pressure head,
- Wf = Δz
g = 3040 ft ⋅ft.lb lb f /lb f /lb mm gc
∆P
ρ
=0
v 2 ΔP g + + ΣF + ∆ gc 2 gcα ρ
(Foust, 1979)
= 40 ft.lbf /lbm + 0 + 0,24 ft.lbf /lbm = 40,24 ft.lbf /lbm Daya pompa, P =
3 3 Wf × Q × ρ = (40,24 ft.lbf/lbm)(0,24 ft /s)( 62,61 lbm/ft ) 550 ft.lbf/s.hp 550
= 1,10 hp Untuk efisiensi pompa 80 %, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan = (1,10 hp)/(0,8) = 0,88 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 Hp
5.34
Kompressor (G-303) Fungsi : Menaikkan tekanan dari water trap menuju tangki penampung biogas Jenis
: centrifugal compressor
p ( k −1) / k . N s 2,78 × 10 − 4 k .N s P= p1 m v.1 2 − 1 (k - 1).η p1
di mana:
(Timmerhaus,2004; hal 528)
mv.1
= laju alir (m3/jam)
p1
= tekanan masuk
= 1 atm
= 101,325 kPa
p2
= tekanan keluar
= 2 atm
= 202,65 kPa
η
= efisiensi kompresor
z
=1
= 75 %
Universitas Sumatera Utara
k
= rasio panas spesifik
= 1,4
Ns
= jumlah tahapan kompresi
= 1 tahap
T1
0
= 300,15 0K
= 27 C
Data: Laju alir massa = 25.169,98 kg/hari = 1.048,74 kg/jam BM campuran = ∑xi Bmi = 16,76 kg/kmol
a. Menghitung Daya Kompresor P=
101,325 (1, 4 −1) / 1, 4×.5 2,78 × 10 − 4 × 1,4 × 1 (101,325) × (1.541,56 m 3 /jam) − 1 (1,4 - 1) × 0,75 201,65
= 44,38 kW = 59,51 Hp.jam. Maka dipilih kompresor dengan daya 59,51 Hp.jam.
b. Menghitung Temperatur Output Kompresor k −1
P 2 k × Nst ) T 2= T1 ( P1
(Timmerhaus, 2004; hal 528)
1, 4 −1
20 T2 = 300,15 x( ) 1, 4 x1 1 T2 = 365,88 oK = 92,73 oC
c. Menghitung Diamter pipa ekonomis Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13
De
(Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (15,12 ft3/detik)0,45(0,04 lbm/ft3) 0,13 = 8,78 in Dipilih material pipa commercial steel 8 inci Schedule 40 : •
Diameter dalam (ID) = 7.981 in = 0,66 ft
•
Diameter luar (OD)
•
Luas Penampang (A) = 0,34 ft2
= 8.625 in = 0,71 ft (Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS D.1
Screening (SC)
Fungsi
: menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: stainless steel
Kondisi operasi : •
Temperatur
: 30ºC
•
Densitas air (ρ)
: 995,68 kg/m3
•
Laju alir massa (F)
: 1.382,49 kg/jam
Laju alir volume (Q)
=
(Geankoplis, 2003)
1.382,49 kg / jam × 1 jam / 3600 s 995,68 kg / m 3
= 0,0004 m3/s Dari
tabel 5.1 Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater,
direncanakan: -
Ukuran bar :
Lebar
= 5 mm
Tebal
= 20 mm
Slope
= 30º
Bar clear spacing : 20 mm -
Direncanakan ukuran ukuran screening
Panjang
= 0,5 m
Lebar
= 0,5 m
Misalkan, jumlah bar = x Maka, 20 x + 20 (x + 1)
= 500
40 x
= 480
x
= 12 buah
Luas bukaan (A2) = 20 (12 + 1) (500) = 130.000 mm2 = 0,13 m2
Universitas Sumatera Utara
Asumsi, Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd (coeffisient of discharge) = 0,6 dan 30% screen tersumbat (Metcalf dan Eddy, 1991). Head loss (∆h)
=
Q2 2
2 g Cd A 2
2
=
(0,0004) 2 2 (9,8) (0,6) 2 (0,13) 2
= 1.10-6 m dari air = 0,001 mm dari air 500
500
20
Gambar LD-1: Sketsa sebagian bar screen , satuan mm (dilihat dari atas)
D.2
Pompa Screening (PU-01)
Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak pengendapan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: commercial steel
Kondisi operasi: -
Temperatur
: 30°C
-
Densitas air (ρ)
: 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
: 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
Laju alir massa (F) Laju alir volumetrik, Q = Diameter optimum, De
(Geankoplis, 2003)
: 1.382,49 kg/jam = 0,84 lbm/detik
F 0,84 lb m /detik = 0,01 ft3/s = 0,0004 m3/s = 3 ρ 62,15 lb m /ft = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,01 ft3/s)0,45× (62,15 lbm/ ft3)0,13 = 0,97 in
Universitas Sumatera Utara
Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 3/4 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,824 in = 0,0687 ft
- Diameter luar (OD)
= 1,050 in
= 0,0876 ft
- Luas penampang dalam (At) = 0,00371 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v =
= commercial steel
0,01 ft 3 /s Q = = 3,67 ft/s A t 0,0037 ft 2
Bilangan Reynold :
N Re =
ρ v D (62,15)(3,67 )(0,06 ) = = 29.122,63 μ 0,0005
Aliran adalah turbulen, maka dari gambar 2.10-3 Halaman 94, Geankoplis, 2003 diperoleh ε (commercial steel) = 4,6.10-5 m = 1,5 x 10-4 ft
1,5.10 −4 ft = = 0,002 D 0,06 ft
ε
Friction factor, f = 0,0072
(gambar2.10-3,Geankoplis 2003)
Instalasi pipa : 1 sharp edge entrance hc
A v2 3,67 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2 α gc
= 0,10 ft lbf/lbm 1 elbow 90°
hf
= n.Kf.
3,67 2 v2 = 1(0,75) = 0,15 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
1 check valve
hf
= n Kf
3,67 2 v2 = 1(2) = 0,41 lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
Ff
(70)(. 3,67 ) ∆L v 2 = 4f = 4(0,0072) (0,06)2(32,174) D 2 gc 2
Pipa lurus 70 ft
= 6,14 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A1 v 2 3,67 2 2 = n 1 − = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2 α gc
Universitas Sumatera Utara
= 0,20 ft lbf/lbm ∑ F = 7,03 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
2 1 g P −P 2 v 2 − v1 + (z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + Ws = 0 2 gc gc ρ
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan ∆z = 50 ft 0+
32,174 (50) + 0 + 7,03 + Ws = 0 32,174
Ws = 57,03 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, η= 80 % Wp = Ws / η = 71,29 ft lbf/lbm Daya pompa : P =
F × Wp 3600 × 0,45 × 550
=
(1.382,49)(71,29) 3600 × 0,45 × 550
= 0,10 hp
Digunakan daya motor standar 0,1 hp
D.3
Bak Sedimentasi (BS)
Fungsi
: untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah
: 1 unit
Jenis
: Grift Chamber Sedimentation
Bentuk
: bak dengan permukaan persegi
Bahan kontruksi
: beton kedap air
Kondisi penyimpanan : Temperatur
: 30 ºC
Tekanan
: 1 atm
Laju massa air
: 1.382,49 kg/jam
Densitas air
: 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
F 1.382,49 kg/jam = 0,0004 m3/det = 0,81 ft3/menit = 3 ρ 995,68 kg/m
Laju alir volumetrik, Q = 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 Lebar tangki 1 ft Kecepatan aliran v =
Q 0,81 ft 3 /min = = 0,08 ft/min At 10 ft x 1 ft
Desain panjang ideal bak :
h L = K υ0
v
(Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 12 ft. Maka :
L
= 1,5 (12/1,57) . 0,08 = 0,93 ft
Diambil panjang bak = 1 ft = 0,30 m Uji desain : Waktu retensi (t) : t =
Va Q
= panjang x lebar x tinggi laju alir volumetrik
=
(1 x 1 x 10) ft 3 = 12,23 menit 0,81 ft 3 / min
Universitas Sumatera Utara
Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991). Surface loading :
Q laju alir volumetrik = A luas permukaan masukan air
0,81 ft3/min (7,481 gal/ft3) = 1 ft x 1 ft
= 6,11 gpm/ft2 Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991). Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : ∆h = K v2 2g = 0,12 [0,81 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808ft) ]2 2 (9,8 m/s2) = 1,01.10-7 m dari air.
D.4
Pompa Sedimentasi (PU-02)
Fungsi
: memompa air dari bak pengendapan ke Clarifier
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: commercial steel
Kondisi operasi: : 30 °C
-
Temperatur
-
Densitas air (ρ) : 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
: 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
-
Laju alir massa (F)
: 1.382,49 kg/jam = 0,84 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q = Diameter optimum, De
(Geankoplis, 2003)
F 0,84 lb m /detik = 0,01 ft3/s = 3 ρ 62,15 lb m /ft = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
Universitas Sumatera Utara
= 3,9 × (0,01 ft3/s)0,45× (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,96 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 3/4 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,824 in = 0,0687 ft
- Diameter luar (OD)
= 1,050 in
= 0,0876 ft
- Luas penampang dalam (At) = 0,00371 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v =
= commercial steel
0,01 ft 3 /s Q = = 3,67 ft/s A t 0,0037 ft 2
Bilangan Reynold :
N Re =
ρ v D (62,15)(3,67 )(0,06 ) = = 29.122,63 μ 0,0005
Aliran adalah turbulen, maka dari gambar 2.10-3 Halaman 94, Geankoplis, 2003 diperoleh ε (commercial steel) = 4,6.10-5 m = 1,5 x 10-4 ft
1,5.10 −4 ft = 0,002 D 0,06 ft
ε
=
Friction factor, f = 0,0072
(Gambar 2.10-3,Geankoplis 2003)
Instalasi pipa : 1 sharp edge entrance hc
A v2 3,67 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2 α gc
= 0,10 ft lbf/lbm 1 elbow 90°
1 check valve
3,67 2 v2 = 3(0,75) = 0,47 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
hf
= n.Kf.
hf
3,67 2 v2 = n Kf = 1(2) = 0,41 lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
Ff
(30)(. 3,67 ) ∆L v 2 = 4f = 4(0,0072) (0,06)2(32,174) D 2 gc 2
Pipa lurus 30 ft
= 2,63 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 sharp edge exit
hex
A1 v 2 3,67 2 2 = n 1 − = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2 α gc = 0,20 ft lbf/lbm
∑ F = 3,84 ft lbf/lbm
Total friction loss
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
2 1 g P −P 2 v 2 − v1 + (z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + Ws = 0 2 gc gc ρ
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan ∆z = 30 ft 0+
32,174 (30) + 0 + 3,84 + Ws = 0 32,174
Ws = 33,84 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, η= 80 % Wp = Ws / η = 42,30 ft lbf/lbm Daya pompa : P =
F × Wp 3600 × 0,45 × 550
=
(1.382,49)(42,30) 3600 × 0,45 × 550
= 0,06 hp
Digunakan daya motor standar 0,1 hp
D.5
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
Kondisi pelarutan : Temperatur
: 30°C
Tekanan
: 1 atm
Al2(SO4)3 yang digunakan
: 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Al2(SO4)3
: 0,06 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 %
: 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Viskositas Al2(SO4)3 30 %
: 6,72 10-4 lbm/ft s = 1 cP
Kebutuhan perancangan
: 30 hari
Faktor keamanan
: 20 %
(Othmer, 1968)
Perhitungan: Ukuran Tangki Volume larutan, Vl =
0,06 kg/jam × 24 jam/hari × 30 hari 0,3 × 1.363 kg/m 3
= 0,12 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,12 m3 = 0,14 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 1 : 1 1 πD 2 H 4 1 0,14 m 3 = πD 3 4 V=
Maka: D = 0,57 m H = 0,57 m Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,12 m 3 × 0,57 m = 0,47 m 0,14 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik : P = ρxgxl = 1363 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,47 m = 6,35 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (P operasi) = 1,05 ( 6,35 + 101,325) = 113,06 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C -
Allowable working stress (S) : 87.218,7 kPa
-
Joint efficiency (E)
: 0,8
(Brownell & Young, 1959) (Peters et.al., 2004)
Universitas Sumatera Utara
-
Corossion allowance (C)
: 0,1250 in/tahun
-
Umur alat
: 10 tahun
t=
PD 2SE − 1,2P
(Perry&Green,1999)
(113,06 kPa) (0,57 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) − 1,2(113,06 kPa) = 0,0005 m = 0,01 in
t=
Faktor korosi = 1/8 in .Tebal shell yang dibutuhkan = 0,01 in + 1/8 in = 0,14 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
Daya pengaduk Jenis pengaduk
: Flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe dkk, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,57 m = 0,19 m E/Da = 1
; E
= 0,19 m
L/Da = ¼
; L
= ¼ x 0,19 m = 0,04 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,19 m = 0,03 J/Dt
= 1/12 ; J
= 1/12 x 0,57 m = 0,04 m
dengan : Dt
= diameter tangki
Da
= diameter impeller
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Al2(SO4)3 30 % = 6,72⋅10-4 lbm/ft⋅detik
( Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
Universitas Sumatera Utara
N Re = N Re =
ρ N (D a )2 μ
(Geankoplis, 2003)
(85,0889)(1)(0,62)2 6,72 ⋅ 10 − 4
= 49.355,11
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: K .n 3 .D a ρ P= T gc 5
(McCabe dkk,1999)
KT = 4,3
(McCabe dkk,1999)
4,3 × (1 put/det) 3 × (0,62 ft) 5 × 85,0889 lbm/ft 3 1Hp × 2 550 ft.lbf / det 32,174 lbm.ft/lbf.det = 0,002hp
P=
Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak =
0,002 = 0,002 hp 0,8
Daya motor stanndar yang dipilih adalah 1/20 hp D.6
Pompa Alum (PU-03)
Fungsi
: memompa larutan alum dari tangki pelarutan alum ke clarifier
Jenis
: pompa injeksi
Bahan konstruksi
: commercial steel
Kondisi operasi: Temperatur
: 30°C
Laju massa Al2(SO4)3
: 0,06 kg/jam = 4,23 x 10-5 lbm/s
Densitas Al2(SO4)3 30 %
: 1.363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3
Viskositas Al2(SO4)3 30 %
: 6,72 10-4 lbm/ft s = 1 cP
Laju alir volume, Q = Diameter optimum, De
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
F 4,23 × 10 -5 lb m /s = = 4,97 × 10 −7 ft 3 /s = 1,40 × 10 -8 m 3 / s ρ 85,0889 lb m /ft 3 = 3,0 × Q0,36 × μ0,18
(Walas, 1988)
= 3,0 × (4,97.10-7 ft3/s)0,36× (1 cP)0,18 = 0,004 m
Universitas Sumatera Utara
Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1/8 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0337 ft
- Luas penampang dalam (At) = 0,0004 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v =
= commercial steel
Q 4,97 × 10 −7 ft 3 /s = = 0,001 ft/s At 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, N Re =
ρ v D (85,0889 )(0,001)(0,0224 ) = = 3,53 μ 6,72 ⋅ 10 − 4
Aliran adalah laminar , maka Friction factor, f =
16 = 4,53 N Re
(Geankoplis, 2003)
Instalasi pipa : 1 sharp edge entrance hc
A v2 0,0012 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(0,5)(32,174) A1 2 α gc
= 2,40 x 10-8 ft lbf/lbm 2 elbow 90°
1 check valve
0,001 2 v2 = 2(0,75) = 3,61 x 10-8 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
hf
= n.Kf.
hf
0,001 2 v2 = n Kf = 1(2) = 4,81 x 10-8 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
Ff
(30)(. 0,001) ∆L v 2 = 4f = 4(4,53) (0,0224)2(32,174) D 2 gc 2
Pipa lurus 30 ft
= 0,0006 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 0,0012 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2 α gc = 2,40 x 10-8 ft lbf/lbm
Total friction loss
∑ F = 0,0006 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
2 1 g P −P 2 v 2 − v1 + (z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + Ws = 0 2 gc gc ρ
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan ∆z = 20 ft 0+
32,174 (20) + 0 + 0,0006 + Ws = 0 32,174
Ws = 35,20 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, η= 80 % Wp = Ws / η = 44 ft lbf/lbm Daya pompa : P =
F × Wp 3600 × 0,45 × 550
=
(0,06)(44) 3600 × 0,45 × 550
= 3,38 × 10 −6 hp
Digunakan daya motor standar 1/20 hp
D.7
Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02)
Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–285 grade C
Kondisi pelarutan : -
Temperatur
: 30°C
-
Tekanan
: 1 atm
(Na2CO3) yang digunakan
: 27 ppm
(Na2CO3) yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa (Na2CO3)
: 0,03 kg/jam
Densitas (Na2CO3) 30 %
: 1.327 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, 1997) (Othmer, 1968)
Perhitungan: Ukuran Tangki
Universitas Sumatera Utara
Volume larutan, Vl =
0,03 kg/jam × 24 jam/hari × 30 hari 0,3 × 1.327 kg/m 3
= 0,06 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,06 m3 = 0,07 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 1 : 1 1 πD 2 H 4 1 0,07 m 3 = πD 2 (D ) 4 V=
Maka: D = 0,46 m H = 0,46 m Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,06 m 3 × 0,46 m = 0,39 m 0,07 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik : P = ρxgxl = 1327 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,39 m = 5,08 kPa Faktor kelonggaran
= 20 %
Maka, Pdesain
= (1,2) (P operasi) = 1,2 ( 106,40) = 111,72 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C -
Allowable working stress (S) : 87.218,7 kPa
(Brownell & Young, 1959)
-
Joint efficiency (E)
: 0,8
(Peters et.al., 2004)
-
Corossion allowance (C)
: 0,1250 in/tahun
(Perry&Green,1999)
-
Umur alat
: 10 tahun
t=
PD 2SE − 1,2P
t=
(111,72 kPa) (0,46 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) − 1,2(111,72 kPa)
= 0,0004 m = 0,01 in
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi = 1/8 in. Tebal shell yang dibutuhkan = 0,01 in + 1/8 in = 0,14 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
Daya pengaduk Jenis pengaduk
: Flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe dkk, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,46 m = 0,15 m E/Da = 1
; E
= 0,15 m
L/Da = ¼
; L
= ¼ x 0,15 m = 0,03 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,15 m = 0,03 J/Dt
= 1/12 x 0,45 m = 0,03 m
= 1/12 ; J
dengan : Dt
= diameter tangki
Da
= diameter impeller
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 % = 3,69⋅10-4 lbm/ft⋅detik
(Othmer, 1968)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N (D a )2 = μ
2 ( 82,8423)(1)(0,51) =
3,69 ⋅ 10 − 4
(Geankoplis, 2003) = 59.073,93
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: K T .n 3 .D a ρ P= gc KT= 4,4 5
(McCabe,1999) (McCabe,1999)
Universitas Sumatera Utara
4,4.(1 put/det) 3 .(0,51 ft) 5 (82,8423 lbm/ft 3 ) 1hp × 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det = 0,0007 hp
P=
Efisiensi motor penggerak = 80%
0,0007 = 0,0009 hp 0,8 Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp Daya motor penggerak =
D.8
Pompa Soda Abu (PU-04)
Fungsi
: memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu ke clarifier
Jenis
: pompa injeksi
Bahan konstruksi
: commercial steel
Kondisi operasi: -
Temperatur
: 30°C
-
Tekanan
: 1 atm
Densitas soda abu (ρ)
: 1.327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas alum (µ)
: 3,69⋅10-4 lbm/ft⋅detik = 0,55 cP
(Othmer, 1968)
Laju massa (Na2CO3)
: 0,03 kg/jam = 2,29.10-5 lbm/s
Laju alir volume, Q =
F 2,29.10 -5 lb m /detik = = 2,76.10 −7 ft 3 /s = 7,81 × 10 -9 m 3 / s 3 ρ 82,8423 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,0 × Q0,36 × μ0,18
(Walas, 1988)
= 3,0 × (2,76.10-7 ft3/s)0,36× (0,55 cP)0,18 = 0,01 in
Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1/8 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (At) = 0,0004 ft2
Universitas Sumatera Utara
- Bahan konstruksi Kecepatan linier, v =
= commercial steel
Q 2,76.10 −7 ft 3 /s = = 0,0007 ft/s At 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, N Re =
ρ v D (82,8423)(0,0007 )(0,0224 ) = = 3,47 μ 3,69 ⋅ 10 − 4
Aliran adalah laminar , maka Friction factor, f =
16 = 4,60 N Re
(Geankoplis, 2003)
Instalasi pipa: 1 sharp edge entrance hc
A v2 0,0007 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A 1 2 α gc
= 3,70.10-9 ft lbf/lbm 2 elbow 90°
hf
= n.Kf.
0,0007 2 v2 = 2(0,75) = 1,11.10-8 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
1 check valve
hf
= n Kf
0,0007 2 v2 = 1(2) =1,48.10-8 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
Ff
(30)(. 0,0007 ) ∆L v 2 = 4f = 4(4,60) (0,0224)2(32,174) D 2 gc 2
Pipa lurus 30 ft
= 0,0002 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 0,0007 2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2 α gc = 7,40.10-9 ft lbf/lbm
Total friction loss
∑ F = 0,0002 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
2 1 g P −P 2 v 2 − v1 + (z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + Ws = 0 2 gc gc ρ
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = 2222,39 lbf/ft2 P2 = 3542,85 lbf/ft2
Universitas Sumatera Utara
P2 − P1
ρ
= 15,93 ft.lbf / lbm
tinggi pemompaan ∆z = 20 ft 0+
32,174 (20) + 15,93 + 0,0002 + Ws = 0 32,174
Ws = 35,93 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, η= 80 % Wp = Ws / η = 44,92 ft lbf/lbm Daya pompa : P =
F × Wp 3600 × 0,45 × 550
=
(0,03)(44,92) 3600 × 0,45 × 550
= 1,87 × 10 −6 hp
Digunakan daya motor standar 0,05 hp
D.9
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
Data: Laju massa air (F1)
= 1.382,49 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,06 kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,03 kg/jam
Laju massa total, m
= 1.382,60 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3
= 2.710 kg/m3
Densitas Na2CO3
= 2.533 kg/m3
Densitas air
(Perry, 1999) (Perry, 1999) 3
= 995,68 kg/m
(Geankoplis,2003)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Perhitungan: Dari Metcalf dan Eddy (1991), diperoleh : Untuk clarifier tipe upflow (radial):
Universitas Sumatera Utara
Kedalaman air = 5-10 m Settling time = 1-3 jam Dipilih : kedalaman air (H) = 7 m, waktu pengendapan = 2 jam
Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan,
ρ=
(971,31) 971,24 0,04 0,02 + + 995,68 2710 2533
ρ = 995,72 kg/m3 Volume cairan, V =
1.382,49 kg / jam × 2 jam = 2,77 m 3 995,72
V = 1/3 π D2H D= (
3V 1 / 2 3 × 2,77 ) = πH 3,14 × 7
1/ 2
= 0,67 m
Maka, diameter clarifier = 0,67 m Tinggi clarifier = 1,5 D = 1,01 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik : P = ρxgxl = 995,72 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 7 m = 68.306,92 Pa = 68,30 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (P operasi) = 1,05 ( 68,30 + 101,32) = 178,11 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C -
Allowable working stress (S) : 87.218,71
(Brownell & Young, 1959)
-
Joint efficiency (E)
: 0,8
(Peters et.al., 2004)
-
Corossion allowance (C)
: 0,1250 in/tahun
(Perry&Green,1999)
-
Umur alat
: 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
PD 2SE − 1,2P (178,11 kPa) ( 0,67 m) = 2(87218,71 kPa)(0,8) − 1,2(178,11 kPa)
t=
= 0,0009 m = 0,03 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell&Young,1959)
Tebal real = t + Corossion allowance (C) = 0,03 in + 0,1250 in = 0,15 in
Daya clarifier P = 0,006 D2 (kW)
(Ullrich, 1984)
P = 0,006 × (0,67)2 = 0,0027 kW = 0,003 Hp Digunakan daya motor standar 0,05 hp
D.10
Sand Filter (SF)
Fungsi
: Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–283 grade C
Kondisi penyaringan: -
Temperatur
: 30°C
-
Tekanan
: 1 atm
-
Densitas air (ρ)
: 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Laju alir air (F)
: 1.382,49 kg/jam
Tangki filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi. Direncanakan volume bahan penyaring =1/3 volume tangki Perhitungan: Ukuran Tangki Volume air,
Vl =
1.382,49 kg/jam ×1/4 jam 995,68 kg/m 3
= 0,34 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,46 m3
Universitas Sumatera Utara
= 0,55 m3 Volume total = (1+0,3) x 0,34 m3 = 0,46 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 3 : 4 1 πD 2 H 4 1 4 0,55 m 3 = πD 2 D 4 3 V=
Maka: D = 0,80 m H = 1,07 m Tinggi penyaring = ¼ x 1,07 = 0,26 m Tinggi air =
0,34 m 3 × 1,07 m = 0,67 m 0,55 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik : P = ρxgxl = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,67 m = 6.583.08 Pa = 6,58 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (P operasi) = 1,05 ( 113,72) = 119,41 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C -
Allowable working stress (S) : 87.218,71 kPa
(Brownell & Young, 1959)
-
Joint efficiency (E)
: 0,8
(Peters et.al., 2004)
-
Corossion allowance (C)
: 0,1250 in/tahun
(Perry&Green,1999)
-
Umur alat
: 10 tahun
PD 2SE − 1,2P (119,41 kPa) ( 0,80 m) = 2(87218,71 kPa)(0,8) − 1,2(119,41 kPa) = 0,0007 m = 0,02 in
t=
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell standar yang digunakan = 0,25 in
D.11
(Brownell&Young,1959)
Pompa Filtrasi (PU-05)
Fungsi
: memompa air dari tangki filtrasi ke tangki utilitas-01
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: commercial steel
Kondisi operasi: -
Temperatur
: 30°C
-
Densitas air (ρ)
: 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
: 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
Laju alir massa (F)
(Geankoplis, 2003)
: 1.382,49 kg/jam = 0,84 lbm/detik
Laju alir volumetrik, Q =
F 0,84 lb m /detik = 0,01 ft3/s = 3 ρ 62,15 lb m /ft
Diameter optimum, De
= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,01 ft3/s)0,45× (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,96 in
Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 3/4 in
(Geankoplis, 2003)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,824 in = 0,0687 ft
- Diameter luar (OD)
= 1,050 in
= 0,0876 ft
- Luas penampang dalam (At) = 0,00371 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v =
= commercial steel
0,01 ft 3 /s Q = = 3,67 ft/s A t 0,0037 ft 2
Bilangan Reynold :
N Re =
ρ v D (62,15)(3,67 )(0,06 ) = = 29.122,63 μ 0,0005
Universitas Sumatera Utara
Aliran adalah turbulen, maka dari gambar 2.10-3 Halaman 94, Geankoplis, 2003 diperoleh ε (commercial steel) = 4,6.10-5 m = 1,5 x 10-4 ft
1,5.10 −4 ft = = 0,002 D 0,06 ft
ε
Friction factor, f = 0,0072
(gambar2.10-3,Geankoplis 2003)
Instalasi pipa : 1 sharp edge entrance hc
A v2 3,67 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A 1 2 α gc
= 0,10 ft lbf/lbm 1 elbow 90°
1 check valve
3,67 2 v2 = 3(0,75) = 0,47 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
hf
= n.Kf.
hf
3,67 2 v2 = n Kf = 1(2) = 0,41 lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
Ff
(30)(. 3,67 ) ∆L v 2 = 4f = 4(0,0072) (0,06)2(32,174) D 2 gc 2
Pipa lurus 30 ft
= 2,63 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 3,67 2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2 α gc = 0,20 ft lbf/lbm
Total friction loss
∑ F = 3,84 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
2 1 g P −P 2 v 2 − v1 + (z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + Ws = 0 2 gc gc ρ
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ;
Universitas Sumatera Utara
P1 = 2375,23 lbf/ft2 P2 = 2635,91 lbf/ft2
P2 − P1
ρ
= 4,19 ft.lbf / lbm s
tinggi pemompaan ∆z = 30 ft 0+
32,174 (30) + 4,19 + 3,84 + Ws = 0 32,174
Ws = 38,03 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, η= 80 % Wp = Ws / η = 47,54 ft lbf/lbm Daya pompa : P =
F × Wp 3600 × 0,45 × 550
=
(1.382,49)(47,54) 3600 × 0,45 × 550
= 0,07 hp
Digunakan daya motor standar 0,10 hp
D.12 Tangki Utilitas (TU-01) Fungsi
: Menampung air dari sand filter
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
: 30oC
Laju massa air
: 1.382,49 kg/jam
Densitas air
: 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
Kebutuhan perancangan
: 24 jam
Ukuran Tangki Volume air,
Vl =
1382.49 kg/jam × 24 jam 995,68 kg/m 3
= 33,32 m3
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = 1,2 × 33,32 m3 = 39,98 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3 1 πD 2 H 4 1 3 39,98 m 3 = πD 2 D 4 2 V=
Maka: D = 3,23 m H = 4,85 m Tinggi air dalam tangki =
33,23 m 3 × 4,85 m = 4,04 m 39,98 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik : P = ρxgxl = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 4,08 m = 39,49 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (P operasi) = 1,05 ( 147,86) = 147,86 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C -
Allowable working stress (S) : 87.218,71 kPa
(Brownell & Young,
1959)) -
Joint efficiency (E)
: 0,8
-
Corossion allowance (C)
: 0,1250 in/tahun
-
Umur alat
: 10 tahun
(Peters et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
Universitas Sumatera Utara
PD 2SE − 1,2P (147,86 kPa) ( 3,23 m) = 2(87218,71 kPa)(0,8) − 1,2(147,86 kPa) = 0,003 m = 0,13 in
t=
= 1/8 in
Faktor korosi
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,13 in + 1/8 in = 0,26 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/3 in
D.13
(Brownell,1959)
Pompa ke Cation Exchanger (PU-06)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki utilitas (TU-01) ke Cation Exchanger (CE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi: Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F)
= 131,04 kg/jam = 0,08 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
F 0,08 lb m /detik = ρ 62,15 lb m /ft 3
= 1,29.10-3 ft3/s = 3,65.10-5 m3/s Desain pompa Di,opt = 3,9 (Q)0,4(ρ)0,2
(Walas, 1988)
= 3,9 × (1,29.10-3 ft3/s)0,45 × (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,33 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 1/4 in
-
Schedule number
: 40
Universitas Sumatera Utara
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,364 in = 0,0303 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,540 in = 0,0450 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0007 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 1,29 × 10 -3 ft 3 / s = A 0,0007 ft 2
= 1,79 ft/s Bilangan Reynold: NRe
=
ρ ×v× D µ
(62,15 lbm / ft 3 )(1,79 ft / s)(0,03 ft ) 0,0005 lbm/ft.s = 6.283,69
=
maka aliran turbulen. Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari Geankoplis, 2003: -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 Untuk NRe = 6.283,69 dan ε
D
= 0,005, diperoleh f = 0,009
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
3 elbow 90°: 1 check valve:
hf hf
A v2 1,79 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,02 ft.lbf/lbm 1,79 2 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,11 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
1,79 2 v2 = n.Kf. = 1(2) = 0,10 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(20)(. 1,79) ∆L.v 2 = 4f = 4(0,009) (0,02).2.(32,174) D.2.g c 2
Pipa lurus 20 ft:
Ff
= 1,18 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
A1 1,79 2 v2 2 = n 1 − = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,05 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
∑ F = 1,47 ft.lbf/lbm
Total friction loss :
Dari persamaan Bernoulli:
(
)
P − P1 2 1 2 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 + ∑ F + Ws = 0 2α ρ
(Geankoplis,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2.635,91 lbf/ft2 P2 = 2.271,64 lbf/ft2
∆P
ρ
= -5,86 ft.lbf/lbm
∆Z = 20 ft maka: 0 +
32,174 ft / s 2 (20 ft ) − 5,86 ft.lbf / lbm + 1,47 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 15,61 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 15,61
= 0,8 × Wp
Wp Daya pompa: P
= 19,51 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 131,04 lbm / s × 19,51 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,003 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp
D.14
Pompa ke Menara Pendingin Air (PU-07)
Fungsi
: Memompa air dari tangki utilitas (TU-01) ke Menara Pendingin (CT)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi: Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
Universitas Sumatera Utara
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
(Geankoplis, 2003)
= 231,44 kg/jam = 0,14 lbm/detik
Laju alir massa (F)
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
F 0,14 lb m /detik = ρ 62,15 lb m /ft 3
= 0,002 ft3/s = 6,45.10-5 m3/s
Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,002 ft3/s)0,45 × (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,43 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel: -
Ukuran nominal
: 3/8 in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,49 in = 0,04 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,67 in = 0,05 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0013 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 0,002 ft 3 / s = = 1,71 ft/s A 0,0013 ft 2
Bilangan Reynold: NRe
=
ρ ×v× D µ
(62,15 lbm / ft 3 )(1,71 ft / s)(0,04 ft ) 0,0005 lbm/ft.s = 8.136,91 =
maka aliran turbulen. Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari Geankoplis 2003: -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 Untuk NRe = 8.136,91 dan ε
D
= 0,004, diperoleh f = 0,009 (Geankoplis,
2003)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
2 elbow 90°:
hf
1 check valve:
hf
A v2 1,712 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,02 ft.lbf/lbm 1,712 v2 = n.Kf. = 2(0,75) = 0,06 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
1,712 v2 = n.Kf. = 1(2) = 0,09 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(50)(. 1,71) ∆L.v 2 = 4f = 4(0,009) (0,02).2.(32,174) D.2.g c 2
Pipa lurus 50 ft:
Ff
= 2 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
A ,712 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,04 ft.lbf/lbm
Total friction loss:
∑ F = 2,22 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli: P − P1 2 1 2 + ∑ F + Ws = 0 v 2 − v1 + g ( z 2 − z1 ) + 2 2α ρ
(
)
(Geankoplis,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2635,91 lbf/ft2 P2 = 2116,22 lbf/ft2
∆P
ρ
= -8,36 ft.lbf/lbm
∆Z = 40 ft maka: 0 +
32,174 ft / s 2 (40 ft ) − 8,36 ft.lbf / lbm + 2,22 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 33,86 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: Ws 33,86 Wp
= η × Wp = 0,8 × Wp = 42,33 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa: P
= m × Wp =
1 hp 231,44 lbm / s × 42,33 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,01 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
D.15
Pompa ke Tangki Utilitas (PU-08)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki utilitas (TU-01) ke (TU-02)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi: Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F)
= 1.020 kg/jam = 0,62 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
F 0,62 lb m /detik = ρ 62,15 lb m /ft 3
= 0,01 ft3/s = 0,0003 m3/s Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,01 ft3/s)0,45 × (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,84 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 0,75 in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,82 in = 0,06 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 1,05 in = 0,08 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,003 ft2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linier: v =
Q 0,01 ft 3 / s = = 2,70 ft/s A 0,003 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
(62,15 lbm / ft 3 )(2,70 ft / s)(0,06 ft ) = 0,0005 lbm/ft.s = 21.486,57 Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari Geankoplis, 2003: -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015
-
Untuk NRe = 21.486,57 dan ε
D
= 0,002, diperoleh f = 0,002
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
A2 v 2 2,70 2 = 0,5 1 − = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,05 ft.lbf/lbm 2,70 2 v2 = n.Kf. = 1(0,75) = 0,08 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
1 elbow 90°:
hf
1 check valve:
hf
= n.Kf.
Pipa lurus 30 ft:
Ff
= 4f
2,70 2 v2 = 1(2) = 0,22 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(30)(. 2,70) ∆L.v 2 = 4(0,006) (0,06).2.(32,174) D.2.g c 2
= 1,29 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
A 2,70 2 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,11 ft.lbf/lbm
Total friction loss:
∑ F = 1,77 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2.635,91 lbf/ft2 P2 = 2.861,65 lbf/ft2
Universitas Sumatera Utara
∆P
ρ
= 3,64 ft.lbf/lbm
∆Z = 20 ft 32,174 ft / s 2 maka: 0 + (20 ft ) + 3,64 ft.lbf / lbm + 1,77 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = 25,41 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 25,41
= 0,8 × Wp
Wp Daya pompa: P
= 31,76 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 1020 lbm / s × 31,76 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,03 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
D.16
Tangki Pelarutan Asam Sulfat (H2SO4) (TP-03)
Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low Alloy Steel SA-203 grade A
Jumlah
: 1 unit
Kondisi pelarutan: Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 5% (% berat) Laju massa H2SO4
= 0,02 kg/hari
Densitas H2SO4
= 1061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1999)
Desain Tangki
Universitas Sumatera Utara
a. Diameter tangki
0,02 kg/hari × 30 hari = 0,27 m3 3 0,05 × 1061,7 kg/m Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,27 m3 = 0,32 m3
Volume larutan, Vl =
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3.
1 πD 2 H 4 1 3 0,32 m 3 = πD 2 D 4 2 3 0,32 m 3 = πD 3 8 V=
Maka:
D = 0,51 m H = 0,77 m
b. Tebal Dinding Tangki Tinggi larutan H2SO4 dalam tangki =
0,27 m 3 × 0,77 m = 0,65 m 0,32 m 3
Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 1061,7 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,65 m = 6,75 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 6,75 kPa + 101,325 kPa = 108,07 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (108,07 kPa) = 113,48 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,7140 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE − 1,2P (113,48 kPa) (0,51 m) = 2(87218,714 kPa)(0,8) − 1,2(113,48 kPa) = 0,0004 m = 0,01 in
t=
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,01 in + 1/8 in = 0,13 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell, 1959)
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 × 0,51 m = 0,17 m
E/Da = 1
; E = 0,17 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,17 m = 0,04 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,17 m = 0,03 m
= 1/12
; J = 1/12 × 0,51 m = 0,04 m
J/Dt
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas H2SO4 5% = 0,012 lbm/ft⋅detik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold: ρ N (D a )2 μ ( 66,2801)(1) (0,56) 2 = 1.780,50 = 0,012
N Re =
N Re
(Geankoplis, 2003)
Untuk NRe < 10000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: K L .n 2 .D a µ P= gc
(McCabe,1999)
KL = 4,1
(McCabe,1999)
3
P=
4,1.(1 put/det) 3 .(0,57 ft) 5 (0,01 lbm/ft.s) 1hp × 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det
= 9,06 × 10 - 4 hp Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak =
9,06 × 10 - 4 = 0,001 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp.
Universitas Sumatera Utara
D.17
Pompa H2SO4 (PU-09)
Fungsi
: Memompa larutan asam sulfat dari Tangki Pelarutan Asam Sulfat (TP-03) ke Cation Exchanger (CE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi: Commercial steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas H2SO4 (ρ)
= 1061,7 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
-
Viskositas H2SO4 (µ) = 0,012 lbm/ft⋅detik = 1,786.10-2 Pa.s
(Geankoplis, 1997) (Othmer, 1968)
= 0,02 kg/jam = 1,24.10-5 lbm/detik
Laju alir massa (F)
F 1,24.10 −5 lb m /detik = ρ 66,2801 lb m /ft 3 = 1,87 × 10-7 ft3/s = 5,30 × 10-9 m3/s
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
Desain pompa Di,opt
= 3,0 (Q)0,36(μ)0,18
(Walas, 1988)
= 3,0 × (1,87× 10-7 ft3/s)0,36 × (17,86 cP)0,18 = 0,01 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 1/8 in
-
Schedule number
: 80
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in = 0,0338 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 1,87 × 10 -7 ft 3 / s = = 4,68.10-4 ft/s 2 A 0,0004 ft
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
Universitas Sumatera Utara
(66,2801 lbm / ft 3 )(4,68.10 −4 ft / s)(0,0224 ft ) 0,012 lbm/ft.s = 0,05 =
Aliran adalah laminar, maka: f = 16/NRe = 16/0,05 = 276,32
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
(
)
A v2 4,68.10 -4 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) (1)(32,174) A1 α
2
= 3,40.10-9 ft.lbf/lbm
(4,68.10 -4 ) v2 = n.Kf. = 3(0,75) 2(32,174) 2.g c -9 = 7,65.10 ft.lbf/lbm
2
3 elbow 90°:
hf
hf
(4,68.10 -4 ) v2 = n.Kf. = 1(2) 2(32,174) 2.g c -9 = 6,80.10 ft.lbf/lbm
Ff
(30).(4,68.10 -4 ) ∆L.v 2 = 4f = 4(276,32) (0,0224).2.(32,174) D.2.g c
2
1 check valve:
2
Pipa lurus 30 ft:
= 0,005 ft.lbf/lbm -4 A1 v2 2 (4,68.10 ) = n 1 − = 1 (1 − 0) 2(0,5)(32,174 ) A2 2.α .g c
2
1 Sharp edge exit:
hex
2
= 6,80.10-9 ft.lbf/lbm Total friction loss:
∑ F = 0,005 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,2003)
dimana: v1 = v2 P1 = 2.257,25 lbf/ft2 P2 = 2.271,64 lbf/ft2
∆P
ρ
= -0,21 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
∆Z = 20 ft maka: 0 +
32,174 ft / s 2 (20 ft ) − 0,21 ft.lbf / lbm + 0,005 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 19,78 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 19,78
= 0,8 × Wp
Wp
Daya pompa: P
= 24,73 ft.lbf/lbm
= m × Wp =
1 hp 0,02 lbm / s × 24,73 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 5,57 × 10-7 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
D.18
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
= 131,04 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 2003)
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
Tinggi silinder = (1 + 0,2) × 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Rasio axis
= 2:1
Tinggi tutup =
1 0,6096 = 0,1524 m 2 2
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 2 × 0,9144 m + 0,1524 m = 1,9812 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,43 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 7,43 kPa + 101,325 kPa = 108,7664 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (108,7664 kPa) = 114,20 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE − 1,2P (114,20 kPa) (0,6069 m) = 2(87.218,714 kPa)(0,8) − 1,2(114,20 kPa) = 0,0005 m = 0,0197 in
t=
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0197 in + 1/8 in = 0,1447 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup
¼ in.
Universitas Sumatera Utara
D.19
Pompa Cation Exchanger (PU-10)
Fungsi
: memompa air dari Cation Exchanger (CE) ke Anion Exchanger (AE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
(Geankoplis, 2003)
= 131,05 kg/jam = 0,08 lbm/detik
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q =
(Geankoplis, 2003)
F 0,08 lb m /detik = = 1,29.10 -3 ft 3 /s = 3,65.10-5 m3/s ρ 62,15 lb m /ft 3
Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (1,29.10-5 ft3/s)0,36 × (62,15 lbm/ft3)0,18 = 0,33 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: ½ in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,62 in = 0,05 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in = 0,07 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0021 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 1,29.10 −3 ft 3 / s = = 0,61 ft/s A 0,0021 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold: NRe
=
ρ ×v× D µ
(62,15 lbm / ft 3 )(0,61 ft / s)(0,05 ft ) 0,0005 lbm/ft.s = 3.663,98 =
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari (Geankoplis, 2003): -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015
-
Untuk NRe = 3.663,98dan ε
D
= 0,002, diperoleh f = 0,009
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
A2 v 2 0,612 = 0,5 1 − = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,002 ft.lbf/lbm 0,612 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,01 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
3 elbow 90°:
hf
1 check valve:
hf
= n.Kf.
Pipa lurus 20 ft:
Ff
= 4f
0,612 v2 = 1(2) = 0,01 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(20)(. 0,61) ∆L.v 2 = 4(0,009) (0,0,02).2.(32,174) D.2.g c 2
= 0,08 ft.lbf/lbm 2
A 0,612 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,005 ft.lbf/lbm
1 Sharp edge exit:
hex
Total friction loss :
∑ F = 0,11 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2.271,64 lbf/ft2 P2 = 2.271,64 lbf/ft2
∆P
ρ
= 0 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
∆Z = 20 ft maka: 0 +
32,174 ft / s 2 (20 ft ) − 0 ft.lbf / lbm + 0,11 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 20,11 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 20,11
= 0,8 × Wp
Wp Daya pompa: P
= 25,14 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 131,05 lbm / s × 25,14 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,003 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp
D.20
Tangki Pelarutan NaOH (TP-04)
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
= 0,04 kg/jam
Waktu regenerasi
= 24 jam
NaOH yang dipakai berupa larutan 4% (% berat) Densitas larutan NaOH 4%
= 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1999)
Desain Tangki a. Diameter tangki Volume larutan, V1 =
(0,04 kg / jam)(24 jam / hari )(30 hari ) = 0,50 m3 3 (0,04)(1518 kg / m )
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki
= 1,2 × 0,50 m3 = 0,61 m3
Ditetapkan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki D : H = 1 : 1
1 πD 2 H 4 1 0,61 m 3 = πD 2 (D ) 4 V=
Maka:
D = 0,92 m H = 0,92 m
b. Tebal dinding tangki
0,50 m 3 × 0,92 m = 0,76 m 0,61 m 3
Tinggi larutan NaOH dalam tangki = Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h
= 1518 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,76 m = 11,40 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 11,40 kPa + 101,325 kPa = 110,78 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (110,78) = 112,73 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,7140 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE − 1,2P (112,73 kPa) (0,92 m) = 2(87218,714 kPa)(0,8) − 1,2(112,73 kPa)
t=
= 0,0008 m = 0,04 in
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,04 in + 1/8 in = 0,15 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell, 1959)
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 × 0,92 m = 0,30 m
E/Da = 1
; E = 0,30 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,30 m = 0,07 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,30 m = 0,06 m
= 1/12
; J = 1/12 × 0,92 m = 0,07 m
J/Dt
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas NaOH 4% = 4,302.10-4 lbm/ft.det
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold: ρ N (D a )2 N Re = μ (94,7662)(1) (1,006) 2 = 223.062,15 N Re = 0,0004
(Geankoplis, 2003)
Untuk NRe > 10000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: K T .n 3 .D a ρ gc 5
P=
(McCabe,1999)
KT = 4,4
(McCabe,1999)
4,4.(1 put/det) 3 .(1,0063 ft) 5 (94,7662 lbm/ft 3 ) 1hp × 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf.det = 0,02 hp
P=
Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak =
0,02 = 0,03 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp.
Universitas Sumatera Utara
D.21
Pompa NaOH (PU-11)
Fungsi
: Memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan NaOH (TP-04) ke Anion Exchanger (AE)
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas NaOH (ρ)
= 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
-
Viskositas NaOH(µ)
= 4,3020⋅10-4 lbm/ft⋅detik = 6,4.10-4 Pa.s =0,64 cP
(Perry, 1999)
(Othmer, 1967) = 0,04 kg/jam = 2,63.10-5 lbm/detik
Laju alir massa (F)
F 2,63.10 −5 lb m /detik Laju alir volume, Q = = = 2,78.10 −7 ft 3 /s 3 ρ 94,7662 lb m /ft = 7,87.10-9 m3/s Desain pompa Di,opt
= 3,0 (Q)0,36(μ)0,18
(Walas, 1988)
= 3,0 × (2,78.10-7 ft3/s)0,4 × (0,64 cP)0,18 = 0,01 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 1/8 in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in = 0,0338 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 2,78 × 10 -7 ft 3 / s = = 6,94.10-4 ft/s A 0,0004 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
(94,76 lbm / ft 3 )(6,94.10 −4 ft / s)(0,0224 ft ) 0,0004 lbm/ft.s = 3,42 =
Aliran adalah laminar, maka: f = 16/NRe = 16/3,42= 4,66 Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
(
)
A v2 6,94.10 -4 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) (2)(32,174) A1 α 2
= 3,75.10-9 ft.lbf/lbm
(6,94.10 -4 ) v2 = n.Kf. = 3(0,75) 2(32,174) 2.g c -8 = 1,69.10 ft.lbf/lbm
2
3 elbow 90°:
hf
hf
(6,94.10 -4 ) v2 = n.Kf. = 1(2) 2(32,174) 2.g c -8 = 1,50.10 ft.lbf/lbm
Ff
(30).(6,94.10 -4 ) ∆L.v 2 = 4f = 4(4,66) (0,0224).2.(32,174) D.2.g c
2
1 check valve:
2
Pipa lurus 30 ft:
= 1,87.10-4 ft.lbf/lbm -4 A1 v2 2 (6,94.10 ) ( ) = n 1 − = 1 1− 0 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c
2
1 Sharp edge exit:
hex
2
= 7,49.10-9 ft.lbf/lbm Total friction loss:
∑ F = 0,0002 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,2003)
dimana: v1 = v2 P1 = 2354,47 lbf/ft2 P2 = 2271,64 lbf/ft2
Universitas Sumatera Utara
∆P
ρ
= -0,87 ft.lbf/lbm
∆Z = 20 ft maka: 0+
32,174 ft / s 2 (20 ft ) − 0,87 ft.lbf / lbm + 0,0002 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 19,12 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 19,12
= 0,8 × Wp
Wp Daya pompa: P
= 23,90 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 0,04 lbm / s × 23,90 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 1,14 × 10-6 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
D.22
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
= 28oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 131,05 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: -
Diameter penukar kation
-
Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2
Tinggi resin dalam cation exchanger
= 2 ft = 0,6096 m
= 2,5 ft
Tinggi silinder = (1 + 0,2) × 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m Rasio axis
= 2:1
Tinggi tutup =
1 0,6096 = 0,1524 m 2 2
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 2 × 0,9144 m + 0,1524 m = 1,9812 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,7620 m = 7,43 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa PT = 7,43 kPa + 101,325 kPa = 108,76 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (108,76 kPa) = 114,20 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress
= 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE − 1,2P (114,20 kPa) (0,60 m) = 2(87.218,714 kPa)(0,8) − 1,2(114,20 kPa) = 0,0005 m = 0,0197 in
t=
Faktor korosi = 1/8 in
Universitas Sumatera Utara
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0197 in + 1/8 in = 0,1447 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell, 1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup ¼ in.
D.23
Pompa Anion Exchanger (PU-12)
Fungsi
: Memompa air dari Anion Exchanger (AE) ke Deaerator (DE)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q =
(Geankoplis, 2003) (Geankoplis, 2003)
= 131,05 kg/jam = 0,08 lbm/detik
F 0,08 lb m /detik = = 0,0013 ft 3 /s = 3,65.10-5 m3/s ρ 62,15 lb m /ft 3
Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,0013 ft3/s)0,45 × (62,15 kg/m3)0,13 = 0,33 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 1/4 in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,364 in = 0,03 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,54 in = 0,04 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0007 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 0,0013 ft 3 / s = = 1,79 ft/s A 0,0007 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold: NRe
=
ρ ×v× D µ
(62,15 lbm / ft 3 )(1,79 ft / s)(0,03 ft ) 0,0005 lbm/ft.s = 6.283,69
=
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari Geankoplis, 2003: -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015
-
Untuk NRe = 6.283,69 dan ε
D
= 0,005, diperoleh f = 0,002
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
A2 v 2 1,79 2 = 0,5 1 − = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,02 ft.lbf/lbm 1,79 2 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,11 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
3 elbow 90°:
hf
1 check valve:
hf
= n.Kf.
Pipa lurus 20 ft:
Ff
= 4f
1,79 2 v2 = 1(2) = 0,09 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(20)(. 1,79) ∆L.v 2 = 4(0,002) (0,0,02).2.(32,174) D.2.g c 2
= 0,33 ft.lbf/lbm 2
A 1,79 2 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,05 ft.lbf/lbm
1 Sharp edge exit:
hex
Total friction loss :
∑ F = 0,62 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2.271,64 lbf/ft2 P2 = 2.492,36 lbf/ft2
∆P
ρ
= 3,55 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
∆Z = 20 ft maka: 0 +
32,174 ft / s 2 (20 ft ) + 3,55 ft.lbf / lbm + 0,62 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 241,34 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 241,34
= 0,8 × Wp
Wp Daya pompa: P
= 301,68 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 131,04 lbm / s × 301,68 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,04 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp
D.24
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
= 0,003 kg/jam
Densitas larutan kaporit 70% = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Perry, 1997)
Desain Tangki a. Diameter tangki
Universitas Sumatera Utara
Volume larutan, V1 = Volume tangki
(0,003 kg / jam)(24 jam / hari )(90 hari ) = 0,007 m3 3 (0,7)(1272 kg / m )
= 1,2 × 0,007 m3 = 0,008 m3
Ditetapkan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki D : H = 1 : 1
1 πD 2 H 4 1 0,008 m 3 = πD 2 (D ) 4 V=
Maka:
D = 0,22 m H = 0,22 m
b. Tebal dinding tangki Tinggi larutan Ca(ClO)2 dalam tangki =
0,007 m 3 × 0,22 m = 0,18 m 0,008 m 3
Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h = 1.272 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,18 m = 2,29 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 2,29 kPa + 101,325 kPa = 103,62 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (103,62) = 108,80 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,7140 kPa
(Brownell, 1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE − 1,2P (108,80 kPa) (0,22 m) = 2(87218,714 kPa)(0,8) − 1,2(108,80 kPa) = 0,0002 m = 0,006 in
t=
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,006 in + 1/8 in = 0,13 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell, 1959)
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 × 0,22 m = 0,09 m
E/Da = 1
; E = 0,09 m
L/Da = ¼
; L = ¼ × 0,09 m = 0,02 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,09 m = 0,01 m
= 1/12
; J = 1/12 × 0,22 m = 0,02 m
J/Dt
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas kaporit = 0,0007 lbm/ft.det
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold: ρ N (D a )2 N Re = μ (79,4088)(1) (0,29) 2 = 10.211,61 N Re = 0,0007
(Geankoplis, 1997)
Dari grafik 3.4-4, Geankoplis,2003 untuk NRe = 10.211,61diperoleh Np = 4,05, sehingga: P
=
N p N 3 Da 5 ρ gc
(4,05)(1) 3 (0,29) 5 (0,0006) = 32,174(550)
= 3,37.10-10 Hp Efisiensi motor penggerak = 80%
3,37.10 −10 Daya motor penggerak = = 4,21.10-10 Hp 0,8 Digunakan daya pompa standar 0,05 hp.
Universitas Sumatera Utara
D.25
Pompa Kaporit (PU-13)
Fungsi
: memompa larutan kaporit dari Tangki Pelarutan Kaporit (TP-05) ke Tangki Utilitas (TU)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas kaporit (ρ)
= 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3
-
Viskositas kaporit (µ) = 4,5156⋅10-7 lbm/ft⋅detik = 6,72.10-4 cP
(Perry, 1997)
-6
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q =
(Perry, 1997)
= 0,002 kg/jam = 1,78.10 lbm/detik F 1,78.10 -6 lb m /detik = = 2,24.10 −8 ft 3 /s 3 ρ 79,4088 lb m /ft = 6,36.10-10 m3/s
Desain pompa Di,opt
= 3 (Q)0,36(μ)0,18
(Walas, 1988)
= 3 × (2,24.10-10 ft3/s)0,45 × (6,72.10-4 cP)0,13 = 0,001 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel: Ukuran nominal
: 1/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,269 in = 0,0224 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,405 in = 0,0337 ft
Inside sectional area
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v = Q/A =
Bilangan Reynold : NRe
2,24.10 -8 ft 3 / s = 5,62.10-5 ft/s 2 0,0004 ft =
ρ ×v× D µ
=
(79,4088 lbm / ft 3 ) × (5,62.10 -5 ft / s ) × (0,0224 ft ) 4,5156.10 -7 lbm/ft.s
= 221,49
Universitas Sumatera Utara
Aliran adalah laminar, maka f = 16/NRe = 16/221,49= 0,07 Friction loss: A2 v 2 5,62.10 -5 = 0,5 1 − = 0,5 (1 − 0) 2(0,5)(32,174) A1 2α 2
1 Sharp edge entrance: hc
= 4,91.10-11 ft.lbf/lbm 2
5,62.10 -5 v2 1 elbow 90°: hf = n.Kf. = 1(0,75) = 3,68.10-11 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c 2
1 check valve:
hf = n.Kf.
5,62.10 -5 v2 = 1(2) = 9,81.10-11 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(30).(5,62.10 -5 ) ∆L.v 2 = 4f = 4(0,07) (0,0224).2.(32,174) D.2.g c 2
Pipa lurus 30 ft:
Ff
= 1,9.10-8 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
A1 5,62.10 -5 v2 2 ( ) = n 1 − = 1 1− 0 2(0,5)(32,174 ) A2 2.α .g c 2
= 9,91.10-11 ft.lbf/lbm Total friction loss:
∑ F = 1,93.10-8 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2164,19 lbf/ft2 P2 = 2861,65 lbf/ft2
∆P
ρ
= 8,78 ft.lbf/lbm
∆Z = 20 ft maka: 0+
32,174 ft / s 2 (20 ft ) + 8,78 ft.lbf / lbm + 1,93.10 -8 ft.lbf / lbm + Ws = 0 2 32,174 ft.lbm / lbf .s
Ws = 28,78 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka:
Universitas Sumatera Utara
= η × Wp
Ws 28,78
= 0,8 × Wp Wp
Daya pompa: P
= 35,97 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 0,003 lbm / s × 35,97 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 1,16.10-7 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
D.26
Tangki Utilitas (TU-02)
Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
: 30oC
Laju massa air
: 1020 kg/jam
Densitas air
: 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
Kebutuhan perancangan
: 24 jam
Ukuran Tangki Volume air,
Vl =
1020 kg/jam × 24 jam 995,68 kg/m 3
= 24,58 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 24,58 m3 = 29,50 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 3 29,50 m 3 = πD 2 D 4 2 V=
Maka: D = 2,92 m H = 4,38 m Tinggi air dalam tangki =
24,58 m 3 × 4,38 m = 3,65 m 29,50 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik : P = ρxgxl = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,65 m = 35,69 kPa Faktor kelonggaran
= 5%
Maka, Pdesain
= (1,05) (P operasi) = 1,05 ( 137,01) = 143,86 kPa
Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C -
Allowable working stress (S) : 87.218,71 kPa
(Brownell & Young,
1959)) -
Joint efficiency (E)
: 0,8
-
Corossion allowance (C)
: 0,1250 in/tahun
-
Umur alat
: 10 tahun
(Peters et.al., 2004) (Perry&Green,1999)
PD 2SE − 1,2P (143,86 kPa) ( 2,92 m) = 2(87218,71 kPa)(0,8) − 1,2(143,86 kPa) = 0,003 m = 0,11 in
t=
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,11 in + 1/8 in = 0,24 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
D.27
(Brownell,1959)
Pompa Domestik (PU-14)
Fungsi
: memompa air dari Tangki Utilitas (TU) ke kebutuhan domestik
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F)
= 1.020 kg/jam = 0,62 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
F 0,62 lb m /detik = ρ 62,15 lb m /ft 3
= 0,01 ft3/s = 0,0003 m3/s Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,01 ft3/s)0,45 × (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,84 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 0,75 in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,82 in = 0,06 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 1,05 in = 0,08 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0037 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 0,01 ft 3 / s = = 2,70 ft/s A 0,0037 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold : NRe
=
ρ ×v× D µ
(62,15 lbm / ft 3 )(2,70 ft / s)(0,06 ft ) 0,0005 lbm/ft.s = 21.486,57
=
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari (Geankoplis, 2003): -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015
-
Untuk NRe = 21.486,57 dan ε
D
= 0,002, diperoleh f = 0,006
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
A v2 2,70 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,05 ft.lbf/lbm 2,70 2 v2 = n.Kf. = 1(0,75) = 0,08 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
1 elbow 90°:
hf
1 check valve:
hf
= n.Kf.
Pipa lurus 40 ft:
Ff
= 4f
2,70 2 v2 = 1(2) = 0,22 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(40)(. 2,70) ∆L.v 2 = 4(0,006) (0,06).2.(32,174) D.2.g c 2
= 1,72 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
A 2,70 2 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,11 ft.lbf/lbm
Total friction loss:
∑ F = 2,21 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 ≈ P2 ∆Z = 30 ft maka: 0 +
32,174 ft / s 2 (30 ft ) + 2,21 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Universitas Sumatera Utara
Ws = 32,21 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 32,21
= 0,8 × Wp Wp
= 40,26 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m × Wp =
1 hp 1020 lbm / s × 40,26 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,04 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
D.28
Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT)
Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 55oC menjadi 28oC
Jenis
: Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–53 Grade B
Kondisi operasi: Suhu air masuk menara (TL2) = 550C = 131 0F Suhu air keluar menara (TL1) = 280C = 82,4 0F = 280C = 82,4 0F
Suhu udara (TG1)
Dari Gambar 12-14, Perry (1999) diperoleh suhu bola basah, Tw = 770F. 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 (500C)
= 993,60 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 7.310,60 kg/jam
Laju volumetrik air pendingin
= 7.310,60 / 993,60 = 7,35 m3/jam
Kapasitas air, Q
(Geankoplis, 2003)
= 7,35 m3/jam × 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam = 32,39 gal/menit = 0,0020 m3/s
Faktor keamanan
= 20%
Luas menara, A
= 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (32,39 gal/menit/(1,7 gal/ft2.menit) = 16,90 ft2
Universitas Sumatera Utara
Laju alir air tiap satuan luas (L) =
7.310,60 kg/jam × 1 jam × (3,2808 ft) 2 16,90 ft 2 × 3600 s ×1 m 2
= 1,29 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 1,07 kg/s.m2 Perhitungan Tinggi Menara Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis (2003): Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,02).103 (28 – 0) + 2,501.106 (0,02) = 79.212,8 J/kg Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis (2003) diperoleh: 1,07 (Hy2 – 79.212,8) = 1,29 (4,187.103).(55-28) Hy2 = 214.871,60 J/kg 600
Entalpi Hy [J/kg x10-3]
500 400 garis kesetimbangan
300
garis operasi
200 100 0 10
20
30
40
50
60
70
Temperatur Cairan (oC)
Gambar D.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT)
Ketinggian menara, z =
Hy
2 dHy G . M.kG.a.P Hy∫ Hy * − Hy 1
(Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
Tabel D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin hy hy* 79.212,8 90.000 100.000 116.000 120.000 140.000 140.000 172.000 160.000 204.000 180.000 236.000 200.000 268.000 214.871,6 291.794,56
1/(hy*-hy) 9.27.10-5 6.25.10-5 5.00.10-5 3.12.10-5 2.27E-05 1.78.10-5 1.47.10-5 1.30.10-5
0.1000 0.0900
1/(Hy*-Hy) x10 3
0.0800 0.0700 0.0600 0.0500 0.0400 0.0300 0.0200 0.0100 0.0000 20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Hy x10-3
Gambar D.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*–Hy) Luasan daerah di bawah kurva dari Hy = 45.486 sampai 196.218 pada Gambar D.3 adalah
Hy 2
∫
Hy1
dHy Hy * − Hy
= 7,71
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =
1,07 × 73,64 29 × 1,207 × 10 −7 × 1,013 × 10 −5
= 11,06 m Diambil performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry (1999) diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2 × 16,90 ft2 = 0,50 hp Digunakan daya standar 1 hp.
Universitas Sumatera Utara
D.29
Pompa Menara Pendingin Air (PU-15)
Fungsi
: memompa air pendingin dari Menara Pendingin Air (CT) ke unit proses
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi:
-
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15lbm/ft3
(Geankoplis, 2003)
-
Viskositas air (µ)
= 0,0005 lbm/ft⋅detik
(Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q =
= 7.542,05 kg/jam = 4,61 lbm/detik
F 4,61 lb m /detik = = 0,07 ft 3 /s = 0,002 m3/s 3 ρ 62,15 lb m /ft
Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,07 ft3/s)0,45 × (62,15 lbm/ft3)0,13 = 2,07 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis,2003, dipilih pipa commercial steel: Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in = 0,13 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,90 in = 0,15 ft
Inside sectional area
: 0,0141 ft2
Kecepatan linier, v = Q/A =
Bilangan Reynold: NRe
0,07 ft 3 / s = 5,25 ft/s 0,0141 ft 2 =
ρ ×v× D µ
Universitas Sumatera Utara
=
(62,15 lbm / ft 3 ) × (5,25 ft / s ) × (0,04 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 81.447,84 Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari Geankoplis (2003): -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015
-
Untuk NRe = 81.447,84 dan ε
D
= 0,001, diperoleh f = 0,008
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
A2 v 2 5,25 2 = 0,5 1 − = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,21 ft.lbf/lbm 5,25 2 v2 = 2(0,75) = 0,64 ft.lbf/lbm hf = n.Kf. 2(32,174) 2.g c
2 elbow 90°: 1 check valve:
hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft:
Ff
5,25 2 v2 = 1(2) = 0,85 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(30)(. 5,25) ∆L.v 2 = 4(0,008) (0,04).2.(32,174) D.2.g c 2
= 4f
= 3,26 ft.lbf/lbm 2
1 Sharp edge exit:
hex
A 5,25 2 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,42 ft.lbf/lbm
Total friction loss :
∑ F = 5,40 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 ∆Z = 30 ft
Universitas Sumatera Utara
maka: 0+
32,174 ft / s 2 (30 ft ) + 5,40 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2
Ws = 35,40 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 35,40
= 0,8 × Wp
Wp
= 44,26 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m × Wp =
1 hp 7.542,05 lbm / s × 44,26 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,37 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,5 hp.
D.30
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
= 900C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 131,05 kg/jam
Densitas air
= 965,34 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 hari
Faktor keamanan
= 20%
(Geankoplis, 2003)
Perhitungan: a. Ukuran tangki Volume air, Va =
131,05 kg/jam × 24 jam = 3,15 m3 3 965,34 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 × 3,15 m3 = 3,79 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 3 3,79 m 3 = πD 2 D 4 2 3 3,79 m 3 = πD 3 8 V=
Maka: D = 1,47 m H = 2,21 m Tinggi cairan dalam tangki
=
3,15 × 2,21 = 1,84 m 3,79
b. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,47 m Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1 Tinggi tutup =
1 × 1,47 m = 0,37 m 4
(Brownell,1959)
Tinggi tangki total = 1,83+ 2(0,37) = 2,95 m c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = ρ×g×h = 965,34 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,95 m = 18 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 18 kPa + 101,325 kPa = 119,33 kPa Faktor kelonggaran = 5% Maka, Pdesign
= (1,05) × (119,33 kPa) = 125,30 kPa
Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE − 1,2P (125,30 kPa) (1,47 m) = 2(87218,714 kPa)(0,8) − 1,2(125,30 kPa) = 0,001 m = 0,05 in
t=
Faktor korosi = 1/8 in
Universitas Sumatera Utara
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,05 in + 1/8 in = 0,17 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in
(Brownell,1959)
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/2 in.
D.31
Pompa Deaerator (PU-16)
Fungsi
: Memompa air dari Tangki Deaerator (DE) ke Ketel Uap (KU)
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30°C
-
Densitas air (ρ)
= 995,68 kg/m3 = 62,15 lbm/ft3
-
Viskositas air (µ)
= 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q =
(Geankoplis, 2003) (Geankoplis, 2003)
= 131.05 kg/jam = 0,08 lbm/detik
F 0,08 lb m /detik = = 0,0013 ft 3 /s = 3,65.10-5 m3/s 3 ρ 62,15 lb m /ft
Desain pompa Di,opt
= 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 × (0,0013 ft3/s)0,45 × (62,15 lbm/ft3)0,13 = 0,33 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (2003), dipilih pipa commercial steel : -
Ukuran nominal
: 1/4 in
-
Schedule number
: 40
-
Diameter Dalam (ID)
: 0,36 in = 0,03 ft
-
Diameter Luar (OD)
: 0,54 in = 0,04 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,0007 ft2
Kecepatan linier: v =
Q 0,0013 ft 3 / s = A 0,0007 ft 2
= 1,79 ft/s
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold: NRe
=
ρ ×v× D µ
(66,15 lbm / ft 3 )(1,79 ft / s)(0,03 ft ) 0,0005 lbm/ft.s = 6.283,69
=
maka aliran turbulen. Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen. Dari Geankoplis (2003): -
Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 Untuk NRe = 6.283,69 dan ε
D
= 0,005, diperoleh f = 0,009
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: hc
3 elbow 90°:
hf
1 check valve:
hf
A v2 1,79 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2α
= 0,02 ft.lbf/lbm 1,79 2 v2 = n.Kf. = 3(0,75) = 0,11 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
1,79 2 v2 = n.Kf. = 1(2) = 0,10 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2.g c
(30)(. 1,79) ∆L.v 2 = 4f = 4(0,009) (0,02).2.(32,174) D.2.g c 2
Pipa lurus 30 ft:
Ff
= 1,77 ft.lbf/lbm 2
A 1,79 2 v2 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0 ) 2(1)(32,174 ) A2 2.α .g c = 0,05 ft.lbf/lbm
1 Sharp edge exit:
hex
Total friction loss :
∑ F = 2,06 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,2003)
dimana : v1 = v2 P1 = 2.492,36 lbf/ft2 P2 = 2.116,22 lbf/ft2
Universitas Sumatera Utara
∆P
ρ
= -6,05 ft.lbf/lbm
∆Z = 20 ft 32,174 ft / s 2 maka: 0 + (20 ft ) − 6,05 ft.lbf / lbm + 2,06 ft.lbf / lbm + Ws = 0 32,174 ft.lbm / lbf .s 2 Ws = 26,01 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80%, maka: = η × Wp
Ws 26,01
= 0,8 × Wp
Wp Daya pompa: P
= 32,51 ft.lbf/lbm = m × Wp =
1 hp 131,05 lbm / s × 32,51 ft.lbf / lbm × (0,45359)(3600) 550 ft.lbf / s
= 0,004 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp
D.32
Ketel Uap (KU)
Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Water tube boiler
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Kondisi operasi : Uap jenuh yang digunakan bersuhu 2800C dan tekanan 1 atm. Dari steam table, Reklaitis (1983) diperoleh panas laten steam 3034,44 kJ/kg = 6.340,70 Btu/lbm. Kebutuhan uap = 655,24 kg/jam = 1.444,57 lbm/jam Menghitung Daya Ketel Uap W =
34 ,5 × P × 970 ,3 H
dimana:
P
= Daya boiler, hp
W
= Kebutuhan uap, lbm/jam
H
= Panas laten steam, Btu/lbm
Universitas Sumatera Utara
Maka,
P=
1.444,57 × 6340,70 = 273,62 hp 34,5 × 970,3
Menghitung Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A
= P × 10 ft2/hp = 273,62 hp × 10 ft2/hp = 2.736,22 ft2
Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: -
Panjang tube
= 30 ft
-
Diameter tube
= 6 in
-
Luas permukaan pipa, a’ = 1,73 ft2 / ft
(Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube: (2.736,22 ft 2 ) A = 30 ft ×1,73 ft 2 / ft L × a'
Nt
=
Nt
= 52,59
Nt
= 53 buah
D. 33. Tangki Bahan Bakar (TB) Fungsi
: Menyimpan bahan bakar Solar
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, grade B Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur 28 °C dan tekanan 1 atm
Laju volume solar
= 312,65 L/jam
Densitas solar
= 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft3
(Bab VII) (Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 7 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va) = 312,65 L/jam x 7 hari x 24 jam/hari = 52.525,64 L = 52,52 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 52,52 m3 = 63,03 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 1 : 2
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 63,03 m 3 = πD 2 (2D ) 4 3 63,03 m = 1,5708 D 3 V=
D = 3,42 m ; Tinggi cairan dalam tangki
H = 6,84 m =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(52,52)(6,84) = 5,70 m (63,08)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = ρ x g x l = 890,0712 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 5,70 m = 49,77 kPa Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 49,77 + 101,325 kPa = 151,09 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05)( 151,09 kPa) = 158,65 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
t=
PD 2SE − 1,2P
(158,09 kPa) (3,42 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) − 1,2(158,09 kPa) = 0,004 m = 0,15 in
t=
Faktor korosi = 1/8 in. Tebal shell yang dibutuhkan = 0,15 + 1/8 in = 1,40 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1½ in
Universitas Sumatera Utara
D.34 Pompa Tangki Bahan Bakar (PU-18) Fungsi
: Memompa bahan bakar solar dari TB ke Generator
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : = 28oC
Temperatur
Densitas Bahan bakar (ρ) = 890,0712 kg/m3 = 55,56679 lbm/ft3 Viskositas (μ)
= 0,0007392 lbm/ft s = 1,1 cP
Laju alir massa (F)
= 278,28 L/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q =
(Othmer, 1968)
278,28 L / jam F = 1000x3600 1000 m 3 / L × 3600 s / jam
= 8,68.10-5 m3/s = 0,0031 ft3/s Desain pompa : Di,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13
(Walas, 1988)
= 3,9 (0,0031 ft3/s)0,45 (55,56 lbm/ft3)0,13 = 0,48 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 3/8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,675 in = 0,0563 ft = 0,0171 m
Diameter Luar (OD)
: 0,4930 in = 0,0411 ft
Inside sectional area A
: 0,0013 ft2
Kecepatan linier, v =
Q 0,0031 ft 3 /s = = 2,30 ft/s A 0,0013 ft 2
Bilangan Reynold : NRe
ρ × v × D (55,66 lbm/ft 3 )(2,30 ft/s )(0,0563 ft ) = = µ 0,000739 lbm/ft s = 9.750,56
Universitas Sumatera Utara
Untuk aliran turbulen pada
NRe = 9.750,56 ,E/D = 0,0027diperoleh harga faktor
fanning, f = 0,01 (fig 2.10-3 geankoplis, 3003) Friction loss : A v2 2,30 2 = 0,5 1 − 2 = 0,5 (1 − 0) 2(1)(32,174) A1 2 α gc
1 sharp edge entrance : hc
= 0,04 ft lbf/lbm 2 elbow 90°
: hf = n.Kf.
2,30 2 v2 = 2(0,75) = 0,12 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
2,30 2 v2 = n Kf = 1(2) = 0,16 ft lbf/lbm 2(32,174) 2 gc
1 check valve
: hf
Pipa lurus 20 ft
: Ff = 4f
∆L v 2 (20).2,30 2 = 4(0,01) (0,05)2(32,174) D 2 gc
= 1,17 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
A v2 2,30 2 = n 1 − 1 = 1 (1 − 0) 2(1)(32,174) A2 2 α gc
: hex
= 0,08 ft lbf/lbm Total friction loss
: ∑ F = 1,58 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
(
)
2 1 g P −P 2 v 2 − v1 + (z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + Ws = 0 2 gc gc ρ
(Geankoplis, 2003)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan ∆z = 12 ft
0+
32,174 (12) + 0 + 1,58 + Ws = 0 32,174 Ws = -13,58 ft lbf/lbm
Efisiensi pompa, η= 80 % Wp = -Ws / η = 16,98 ft lbf/lbm Daya pompa : P =
Wp F 550
=
(16,98 )(0,17 ) = 0,0053 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/20 hp.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik Pembuatan CNG digunakan asumsi sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 365 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 216.000 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 8.555.- (Bank Indonesia. 13Mei 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 = 13.430 m2 Menurut data dari Raja Property. biaya tanah pada lokasi pabrik di Perbaungan berkisar Rp 225.000.-/m2 (Rumah.com. 2011) Harga tanah seluruhnya =13.430 m2 × Rp 225.000/m2 = Rp 3.021.750.000.Biaya perataan tanah diperkirakan 5% Biaya perataan tanah = 0.05 x Rp 3.021.750.000.- = Rp 151.087.500.Maka modal untuk pembelian tanah (A) adalah Rp 3.172.837.500.-
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan. dan Sarana Lainnya No 1 2 3 4
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga (Rp/m2)
Jumlah (Rp)
Pos keamanan
20
1.250.000
25.000.000
Areal bahan baku
400
1.250.000
500.000.000
Parkir *)
250
750.000
187.500.000
500
250.000
125.000.000
Taman
*)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan. dan Sarana Lainnya ................. (lanjutan) No Nama Bangunan Luas (m2) Harga Jumlah (Rp) (Rp/m2) 5 Ruang control 200 1.250.000 250.000.000 Areal proses 6 5.000 1.750.000 8.750.000.000 7 Areal produk 850 1.250.000 1.062.500.000 8 Perkantoran 300 1.250.000 375.000.000 9 Laboratorium 150 1.250.000 187.500.000 10 Poliklinik 80 1.250.000 100.000.000 11 Kantin 80 500.000 40.000.000 12 Tempat ibadah 100 1.250.000 125.000.000 13 Gudang peralatan 300 1.250.000 375.000.000 14 Bengkel 300 1.250.000 375.000.000 15 Unit pemadam kebakaran 100 1.250.000 125.000.000 16 Unit pengolahan Air 1.100 1.250.000 1.375.000.000 17 Unit pembangkit listrik 400 1.250.000 500.000.000 18 Unit pengolahan limbah 200 500.000 100.000.000 *) Areal perluasan 19 2.000 200.000 400.000.000 *) Jalan 20 1.000 500.000 500.000.000 Perpustakaan 21 100 1.250.000 125.000.000 TOTAL 13.430 21.950.000 15.602.500.000 Harga bangunan saja
= Rp 14.390.000.000.-
Harga sarana
= Rp 1.212.500.000.-
Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp.15.602.500.000.-
1.1.2 Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Timmerhaus et al. 2004) : X I Cx = Cy 2 x X 1 I y m
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
Universitas Sumatera Utara
Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat) 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 No. Tahun (Xi) Indeks (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 16 Total
2001 2002 31912
1093.9 1102.5 15846.4
2188893.9 2207205 31612010.5
(Montgomery. 1992)
Xi² 3948169 3952144 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000
Yi² 662596 725904 801025 837408.01 866016.36 889437.61 929681.64 986843.56 1055756.25 1079728.81 1116826.24 1127631.61 1141264.89 1185921
4004001 1196617.21 4008004 1215506.25 63648824 15818164.44
Sumber: Tabel 6-2. Timmerhaus et al. 2004 Data :
n = 16
∑Xi = 31912
∑XiYi = 31612010.5 ∑Xi² = 63648824
∑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
Universitas Sumatera Utara
≈ 0.9808 = 1 Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y. sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier. Y = a + b ⋅ X dengan:
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2011)
X
= variabel tahun ke n – 1
a. b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh : b=
(Montgomery. 1992)
(n ⋅ ΣX i Yi ) − (ΣX i ⋅ ΣYi ) (n ⋅ ΣX i 2 ) − (ΣX i )2
ΣYi. ΣXi 2 − ΣXi. ΣXi.Yi a = n.ΣXi 2 − (ΣXi) 2 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 = 1.299,32 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4.
Universitas Sumatera Utara
Timmerhaus et al. 2004. Untuk alat yang tidak tersedia. faktor eksponensialnya dianggap 0.6 (Timmerhaus et al. 2004).
Contoh perhitungan harga peralatan: a. Tangki Penyimpanan CNG (F-404) Kapasitas tangki . X2 = 49.06 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) 1.102.5.
Purchased cost, dollar
106
10
Capacity, gal 104 10
105
3
2
105
Mixing tank with agitator 304 Stainless stell
104
Carbon steel 310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)
103 10-1
P-82 Jan,2002
10
1
10
2
103
Capacity, m3
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan.(Peters et.al.. 2004) Indeks harga tahun 2011 (Ix) adalah 1.299.32. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 44.16 m3 adalah : 483,31 Cx = US$ 6.700 × 10 Cx = US$ 52,806.-
0 , 49
x
1.299,32 1.102,5
Cx = Rp 451.757.715.-/unit
Universitas Sumatera Utara
Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel LE.3 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel LE.4 untuk perkiraan peralatan utilitas.
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - Biaya transportasi - Biaya asuransi - Bea masuk - PPn - PPh - Biaya gudang di pelabuhan - Biaya administrasi pelabuhan - Transportasi lokal - Biaya tak terduga Total
= = = = = = = = = =
5% 1% 15 % 10 % 10 % 0.5 % 0.5 % 0.5 % 0.5 % 43 %
(Rusjdi. 2004) (Rusjdi. 2004) (Rusjdi. 2004)
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: - PPn - PPh - Transportasi lokal - Biaya tak terduga Total
= = = = =
10 % 10 % 0.5 % 0.5 % 21 %
(Rusjdi. 2004) (Rusjdi. 2004)
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Kode T-101 M-106 C-102 C-103 R-201 F-202 F-205 F-301
Unit 1 1 1 1 2 2 1 1
Ket*) I I I I I NI I I
Harga / Unit (Rp) 1.685.336.757 1.930.202.228 69.398 7.584 6.129.856.271,35 13.931.183.664,92 1.610.091.608 17.462.362
Harga Total (Rp) 1.685.336.757 1.930.202.228 69.398 7.584 12.259. 12.543 27.862.367.330 1.610.091.608 17.462.362
Universitas Sumatera Utara
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
F-304 F-314 F-401 F-404 F-407 F-408 E-305 E-311 E-315 E-403 G-303 G-307 G-313 G-402 G-405 P-104 P-105 P-107 P-203 P-309 P-310 P-317 D-306 D-308 D-312 H-204
1 1 1 1 1 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 NI NI NI NI NI NI NI I I I I
3.911.540.878 1.131.452.611 203.717.576 451.757.715 39.804.013 41.544.382 21.899.500 1.058.692 26.600.692 9.280.167 67.240.306 198.580.382 24.123.103 34.307.628 5.201.196 31.143.796 21.380.285 72.908.650 65.633.503 19.665.107 19.081.141 40.785.938 1.774.868.584 13.106.964 284.678.863 339.979.929
Harga Total Import Non import Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Kode No. Unit Ket*) Harga / Unit Alat 1 SC 1 NI Rp 5.335.772 2 BS 1 NI Rp 146.500.000 3 4 5 6
CL SF TU-01 CT
1 1 1 1
I I I I
Rp Rp Rp Rp
60.166.938 70.846.940 411.701.450 49.074.092
7
DE
1 I
Rp
1.011.363.396
3.911.540.878 1.131.452.611 203.717.576 451.757.715 39.804.013 41.544.382 21.899.500 1.058.692 26.600.692 9.280.167 67.240.306 198.580.382 24.123.103 34.307.628 5.201.196 31.143.796 21.380.285 72.908.650 65.633.503 19.665.107 19.081.141 40.785.938 1.774.868.584 13.106.964 284.678.863 339.979.929 54.216.591.410 25.743.645.731 28.472.945.679
Harga Total Rp Rp
5.335.772 146.500.000
Rp Rp Rp Rp
60.166.938 70.846.940 411.701.450 49.074.092
Rp 1.011.363.396
Universitas Sumatera Utara
8
KU
1 I
Rp
627.134.695
Rp
627.134.695
9
CE
1 I
Rp
17.214.189
Rp
17.214.189
10
AE
1 I
Rp
17.214.189
Rp
17.214.189
11
TP-01
1 I
Rp
26.318.033
Rp
26.318.033
12
TP-02
1 I
Rp
19.716.171
Rp
19.716.171
13
TP-03
1 I
Rp
39.211.737
Rp
39.211.737
14
TP-04
1 I
Rp
53.088.243
Rp
53.088.243
15
TP-05
1 I
Rp
6.525.875
Rp
6.525.875
16
TU-02
1 I
Rp
354.708.242
Rp
354.708.242
17
TB
1 I
Rp
514.540.923
Rp
514.540.923
18
PU-01
1 NI
Rp
1.657.453
Rp
1.657.453
19
PU-02
1 NI
Rp
1.657.453
Rp
1.657.453
20
PU-03
1 NI
Rp
2.500.000
Rp
2.500.000
21
PU-04
1 NI
Rp
2.500.000
Rp
2.500.000
22
PU-05
1 NI
Rp
1.657.453
Rp
1.657.453
23
PU-06
1 NI
Rp
761.684
Rp
761.684
24
PU-07
1 NI
Rp
918.948
Rp
918.948
25
PU-08
1 NI
Rp
2.500.000
Rp
2.500.000
26
PU-09
1 NI
Rp
41.203
Rp
41.203
27
PU-10
1 NI
Rp
2.500.000
Rp
2.500.000
28
PU-11
1 NI
Rp
46.942
Rp
46.942
29
PU-12
1 NI
Rp
761.684
Rp
761.684
30
PU-13
1 NI
Rp
20.475
Rp
20.475
31
PU-14
1 NI
Rp
1.499.202
Rp
1.499.202
32
PU-15
1 NI
Rp
2.901.307
Rp
2.901.307
33
PU-16
1 NI
Rp
761.684
Rp
761.684
34
PU-17
1 NI
Rp
1.013.388
Rp
1.013.388
35
Generator
1 NI
Rp
100.000
Rp
100.000
36
BP
1 I
Rp
796.476.528
Rp
796.476.528
37
BPA
1 I
Rp
296.751.527
Rp
296.751.527
38
BN
1 I
Rp
212.042.163
Rp
212.042.163
Harga Total
Rp 4.759.729.978
Import
Rp 4.584.095.332
Non import
Rp
175.634.646
Keterangan*) : I untuk peralatan impor. sedangkan N.I. untuk peralatan non impor.
Universitas Sumatera Utara
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah: = 1,43 x (Rp 25.743.645.731 +Rp 4.584.095.332) +1,21 x(Rp 28.472.945.679 + Rp 175.634.646 ) =
Rp. 78.033.451.913,-
Biaya pemasangan diperkirakan 39 % dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004). Biaya pemasangan = 0,39 × Rp. 78.033.451.913
= Rp 30.433.046.246.-
Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp. 78.033.451.913,- + Rp 30. 433.046.246.= Rp 108.466.498.158.-
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. 78.033.451.913.= Rp. 15.606.690.383,1.1.5 Biaya Perpipaan Diperkirakan
biaya
perpipaan
60%
dari
total
harga
peralatan
(Timmerhaus et al. 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,6 × Rp. 78.033.451.913.= Rp. 46.820.071.148.1.1.6 Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 × Rp. 78.033.451.913.= Rp 15.606.690.383.-
Universitas Sumatera Utara
1.1.7 Biaya Insulasi Diperkirakan biaya
insulasi
20%
dari
total
harga
peralatan
(Timmerhaus et al. 2004). Biaya insulasi (G)
= 0,2 × Rp. 78.033.451.913.=
Rp 15.606.690.383.-
1.1.8 Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 3% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). = 0,03 × Rp. 78.033.451.913.-
Biaya inventaris kantor (H)
= Rp 2.341.003.557.-
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 ) = 0,05 × Rp. 78.033.451.913.= Rp. 1.560.669.038.1.1.10 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
Jenis Kendaraan DewanKomisaris Direktur Manajer Bus Karyawan Truk Mobil pemasaran Mobil pemadam kebakaran
Unit
Tipe
Harga/ Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
3 1 4 2 3 3
ToyotaHarrier Sedan Kijang Innova Bus TrukMinibus Minibus L-300
350.000.000 300.000.000 210.000.000 300.000.000 300.000.000 120.000.000
1.050.000.000 300.000.000 840.000.000 600.000.000 900.000.000 360.000.000
2
Truk Tangki
300.000.000
600.000.000
Total
4.650.000.000
Universitas Sumatera Utara
Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 229.433.650.549.1.2
Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL)
1.2.1 Biaya Pra Investasi Diperkirakan 7% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). = 0,07 × Rp. 78.033.451.913.-
Biaya Pra Investasi (K)
= Rp. 5.462.341.634.1.2.2 Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 30% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,30 × Rp. 78.033.451.913.= Rp. 23.410.035.574.-
1.2.3 Biaya Legalitas Diperkirakan 4% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,04 × Rp. 78.033.451.913.=
Rp. 3.121.338.077.-
1.2.4 Biaya Kontraktor Diperkirakan 19% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,19 × Rp. 78.033.451.913.=
Rp. 14.826.355.863.-
1.2.5 Biaya Tak Terduga Diperkirakan 37% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,37 × Rp. 78.033.451.913.=
Rp. 28.872.377.208.-
Universitas Sumatera Utara
Total MITTL = K + L + M + N+O = Rp. 75.692.448.355.-
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 229.433.650.549.- + Rp. 75.692.448.355.=
2
Rp. 305.126.098.904.-
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.
Limbah Cair Kelapa Sawit (POME) Kebutuhan
= 24.657,53 kg/jam
Harga
= Rp100.- /L (PTP N IV. 2011)
Harga total
= 365 hari × 24 jam/hari× 24.657,53 L/jam × Rp100.- /L = Rp. Rp 21.600.000.000.-
2. NaHCO3 Kebutuhan
= 61,64 kg/jam
Harga
= Rp. 2.350.-/kg
Harga total
= 365 hari × 24 jam/hari × 61,64 kg/jam x Rp. 2.350.-/kg
(PT. Bratachem. 2011)
= Rp.1.269.000.000 .3. FeCl2 Kebutuhan
= 2,21 kg/ jam
Harga
= Rp. 2.000.-/kg
Harga total
= 365 hari × 24 jam/hari × 2,21 kg/ jam x Rp 2.000.-/kg
(PT. Bratachem. 2011)
= Rp. 38.750.400,4. K2CO3 Kebutuhan
= 2.394,09 kg/ jam
Universitas Sumatera Utara
Harga
= Rp. 0,80.-/kg
(Alibaba.com.2011)
Harga total
= 365 hari × 24 jam/hari × 2.394,09 kg/ jam x Rp 0,80.-/kg = Rp. 16.777.790,-
5. Propana Kebutuhan
= 76,36 kg/ jam = 127,27 L/jam
Harga
= Rp. 4.819.-/kg
Harga total
= 365 hari × 24 jam/hari × 127,27 L /jam x Rp. 4.819.-/kg
(Alibaba.com.2011)
= Rp. 5.372.793.334,-
2.1.2 Persediaan bahan baku utilitas 1. Alum. Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 0,06 kg/jam
Harga
= Rp 1.100 .-/kg
Harga total
= 365 hari × 24 jam/hari × 0,06 kg/jam × Rp 1.100.- /kg
(PT. Bratachem 2011)
= Rp 666.086 .2. Soda abu. Na2CO3 Kebutuhan = 0,3 kg/jam Harga
= Rp 2.500.-/kg
(PT. Bratachem 2011)
Harga total = 365 hari × 24 jam/hari × 0,3 kg/jam × Rp 2.500.-/kg = Rp 817.469.-
3. Kaporit Kebutuhan = 0,002 kg/jam Harga
= Rp 9.500.-/kg
(PT. Bratachem 2011)
Harga total = 365 hari × 24 jam/hari × 0,002 kg/jam × Rp 9.500.-/kg = Rp 242.527,-
4. H2SO4 Kebutuhan
= 0,02 kg/jam = 0.01 L/jam
Harga
= Rp 35.500-/L
Harga total
= 365 hari × 24 jam x 0,01 L/jam × Rp 35.500-/L
(PT. Bratachem 2011)
Universitas Sumatera Utara
= Rp 3.422.128.-
5. NaOH Kebutuhan
= 0,04 kg/jam
Harga
= Rp 3250.-/kg
Harga total
= 365 hari × 24 jam × 0,04 kg/jam × Rp 3250.-/kg
(PT. Bratachem 2011)
= Rp 1.223.670-
6. Solar Kebutuhan = 312,66 ltr/jam Harga solar untuk industri = Rp.5500.-/liter
(PT.Pertamina. 2011)
Harga total = 365 hari × 24 jam/hari × 312,66 ltr/jam × Rp. 5500.-/liter = Rp 15.070.369.854.-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun (365 hari) adalah =
Rp 43.367.691.378.-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 bulan (30 hari) adalah = Rp 43.367.691.378 .-/12 = Rp 3.613.974.281,46 .-
2.2
Kas
2.2.1 Gaji Pegawai Tabel LE.6 Perincian Gaji Karyawan Jabatan
Jumlah
Gaji/bulan (Rp.)
Jumlah gaji/bulan (Rp.)
Dewan Komisaris
3
18.000.000
54.000.000
Direktur
1
20.000.000
20.000.000
Staf Ahli
2
15.000.000
30.000.000
Sekretaris
1
3.000.000
3.000.000
Manajer Produksi
1
10.000.000
10.000.000
Manajer Teknik
1
10.000.000
10.000.000
Manajer Umum dan Keuangan
1
10.000.000
10.000.000
Universitas Sumatera Utara
Manajer Pembelian dan Pemasaran
1
10.000.000
10000000
Kepala Seksi Proses
1
7.000.000
7.000.000
Kepala Seksi Laboratorium dan R & D
1
7.000.000
7.000.000
Kepala Seksi Utilitas Kepala Seksi Mesin
1 1
7.000.000 7.000.000
7.000.000 7.000.000
Kepala Seksi Listrik dan Instrumentasi
1
7.000.000
7.000.000
Kepala Seksi Keuangan
1
7.000.000
7.000.000
Kepala Seksi Personalia
1
7.000.000
7.000.000
Kepala Seksi Keamanan
1
7.000.000
7.000.000
Kepala Seksi Pembelian dan Penjualan
1
7.000.000
7.000.000
Karyawan Produksi Karyawan Teknik Karyawan Umum dan Keuangan Karyawan Pembelian dan Pemasaran Dokter
60 25 20 10 1
3.500.000 3.500.000 3.500.000 3.500.000 5.000.000
210.000.000 87.500.000 70.000.000 35.000.000 5.000.000
Perawat Petugas Keamanan
2 12
3.000.000 2.500.000
6.000.000 30.000.000
Petugas Kebersihan Supir Jumlah
10 5 165
2.000.000 2.000.000
20.000.000 10.000.000 683.500.000
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 (Kep. Men. 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 Rp 3.950.867
= Rp 5.926.301.-
7 jam berikutnya
= 2 x 7 x Rp. 3.950.867
= Rp 55.312.139.-
Total gaji lembur dalam 1 bulan
= Rp 61.238.439.-
Jadi. gaji pegawai selama 1 bulan beserta lembur = Rp 61.238.439.- + Rp 683.500.000 = Rp 744.738.439.Total gaji pegawai selama 1 tahun beserta lembur = Rp 8.936.861.272.-
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 8.936.861.272 .= Rp 1.787.372.254 .2.2.3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 8.936.861.272 .= Rp 1.787.372.254 .-
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. Jenis Biaya
Jumlah (Rp)
1.
Gaji Pegawai
Rp 8.936.861.272 .-
2.
Administrasi Umum
Rp 1.787.372.254 .-
3.
Pemasaran
Rp 1.787.372.254 .Rp
Total Biaya kas untuk 1 bulan = Rp
12.511.605.780 .-
12.511.605.780.-/ 12 = Rp 1.042.633.815 .-
2.2 Biaya Start – Up Diperkirakan 8 % dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus et al. 2004). = 0.08 × Rp 305.126.098.904.= Rp
24.410.087.912.-
2.3 Piutang Dagang PD =
IP × HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Universitas Sumatera Utara
Penjualan : 1. Harga jual CNG
= Rp 5.500.- /kg
Produksi CNG
= 285,42 kg/jam
Hasil penjualan CNG tahunan = 285.42 kg/jam × 24 jam/hari × 365 hari/tahun × Rp 5.500.- /kg = Rp 13.751.340.908.2. Harga jual Pupuk padat Produksi Pupuk padat
= Rp 800.- /kg = 1.420,20 kg/jam
Hasil penjualan pupuk padat tahunan = 1.420,20 kg/jam × 24 jam/hari × 365 hari/tahun × Rp 3.756.- /kg = Rp 9.952.767.862.-
3. Harga jual Pupuk Cair Produksi Pupuk padat
= Rp 1.200.- /L = 22.249,81 kg/jam
Hasil penjualan pupuk cair tahunan = 22.249,81 L/jam × 24 jam/hari × 365 hari/tahun × Rp 1200.- /L = Rp 233.890.044.755.-
4. Harga jual CO2
= Rp 27.000.- /kg
Produksi Pupuk padat
= 763.33 kg/jam
Hasil penjualan CO2 tahunan = 763.33 kg/jam × 24 jam/hari × 365 hari/tahun × Rp 27.000.- /kg = Rp 180.543.612.513.-
Hasil penjualan total tahunan = Rp 438.137.766.039.-
Piutang Dagang =
1 × Rp 438.137.766.039.12
= Rp 36.511.480.503.-
Universitas Sumatera Utara
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. 1. 2. 3. 4.
Jumlah Bulanan (Rp) Bahan baku proses dan utilitas Kas Start up Piutang Dagang T
l
Total Modal Kerja
Rp Rp Rp Rp Rp
3.613.974.281,46.1.042.633.815.24.317.692.004.36.511.480.503.65.528.670.015.-
= Rp. 65.528.670.015,-
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 370.654.768.919.- + Rp
65.528.670.015 .-
= Rp 370.654.768.919 .-
Modal ini berasal dari: - Modal sendiri
= 60 % dari total modal investasi = 0,6 × Rp 370.654.768.919 .= Rp 222.392.861.352,-
- Pinjaman dari Bank
= 40 % dari total modal investasi = 0,4 × Rp 370.654.768.919.= Rp 148.261.907.568,-
3.
Biaya Produksi Total
3.1
Biaya Tetap (Fixed Cost = FC)
3.1.1 Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan. sehingga (P) Gaji total = (12 + 2) × Rp 744.738.439.= Rp 10.426.338.150.-
Universitas Sumatera Utara
3.1.2 Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 14,8 % dari total pinjaman (Bank Indonesia. 2011). = 0.148 × Rp 148.261.907.568.-
Bunga bank (Q)
= Rp 21.942.762.3203.1.3 Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan.
menagih.
dan
memelihara
penghasilan
melalui
penyusutan
(Rusdji.2004). Pada perancangan pabrik ini. dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia
No. 17 Tahun 2000 Pasal 11
ayat 6 dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta Berwujud
Masa Tarif (tahun) (%)
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
4
25
2. Kelompok 2
8
12.5
Mobil. truk kerja
3. Kelompok 3
16
6.25
Mesin industri kimia. mesin industri mesin
20
5
Mesin kantor. perlengkapan. alat perangkat/ tools industri.
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
Sumber : Waluyo. 2000 dan Rusdji.2004 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
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 Umur Komponen Biaya (Rp) Depresiasi (Rp) (tahun) Bangunan 15.602.500.000 20 780.125.000 Peralatan proses dan utilitas 108.466.498.158 17 6.779.156.135 Instrumentrasi dan pengendalian proses 15.606.690.383 5 1.950.836.298 Perpipaan 46.820.071.148 5 5.852.508.893 Instalasi listrik 15.606.690.383 5 1.950.836.298 Insulasi 15.606.690.383 5 1.950.836.298 Inventaris kantor 2.341.003.557 4 585.250.889 Perlengkapan keamanan dan kebakaran 1.560.669.038 5 195.083.630 Sarana transportasi 4.650.000.000 10 581.250.000 20.625.883.441 TOTAL Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi. sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan. menagih. dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UURI Pasal 11 ayat 1 No. Tahun 2000). Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak berwujud yang dimaksud (Rusdji. 2004). Untuk masa 4 tahun. maka biaya amortisasi adalah 25 % dari MITTL. sehingga : Biaya amortisasi
= 0.25 × Rp 75.692.448.355,= Rp 18.923.112.089.-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 20.625.883.441.- + Rp 18.923.112.089.= Rp 39.548.995.530.-
Universitas Sumatera Utara
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 108.466.498.158.= Rp 10.846.649.816.-
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 % dari harga bangunan (Timmerhaus et al. 2004). = 0,1 × Rp 15.602.500.000.-
Perawatan bangunan
= Rp 1.560.250.000 .-
3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 % dari harga kendaraan (Timmerhaus et al. 2004). = 0,1 × Rp 4.650.00..000.-
Perawatan kenderaan
= Rp 465.000.000 .-
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 % dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Timmerhaus et al. 2004). = 0,1 × Rp 15.606.690.383.-
Perawatan instrumen
=
Rp 1.560.669.038,-
5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 % dari harga perpipaan (Timmerhaus et al. 2004). = 0,1 × Rp 46.820.071.148.-
Perawatan perpipaan
= Rp 4.682.007.115-
6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 % dari harga instalasi listrik (Timmerhaus et al. 2004). Perawatan listrik
= 0,1 × Rp 15.606.690.383,=
Rp 1.560.669.038.-
Universitas Sumatera Utara
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 % dari harga insulasi (Timmerhaus et al. 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 × Rp 15.606.690.383,=
Rp 1.560.669.038,-
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 % dari harga inventaris kantor (Timmerhaus et al. 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 × Rp 2.341.003.557.=
Rp 234.100.356.-
9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 % dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus et al. 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 × Rp 1.560.669.038.= Total biaya perawatan (S)
Rp
Rp 156.066.904.22.626.081.305 .-
3.1.5 Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 % dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al. 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 x Rp 305.126.098.904.= Rp 61.025.219.781.-
3.1.6 Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = Rp. 1.787.372.254.-
3.1.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 1 tahun
= Rp. 1.787.372.254-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran. sehingga :
Universitas Sumatera Utara
Biaya distribusi = 0,5 x Rp. 1.787.372.254.- = Rp 893.686.127,Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 2.681.058.382.-
3.1.8 Biaya Laboratorium. Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5 % dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al. 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,05 x Rp 61.025.219.781.= Rp 3.051.260.989,-
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 305.126.098.904.= Rp 3.051.260.989.-
3.1.10 Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik. adalah 3.1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI. 2009). = 0,0031 × Rp 229.433.650.549.= Rp 711.244.317.-
2. Biaya asuransi karyawan. Biaya asuransi pabrik adalah 4.24% dari gaji (PT. Jamsostek. 2010). Maka biaya asuransi karyawan = 0,0424 x Rp 8.936.861.272 .= Rp 378.922.918, -
Total biaya asuransi (Y)
= Rp1.090.167.235.-
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:
Universitas Sumatera Utara
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 CNG Nilai Perolehan Objek Pajak • Tanah Rp 3.021.750.000.•
Bangunan
Rp 15.602.500.000.-
Total NPOP
Rp 17.411.750.000.-
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
(Rp.
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp 17.441.750.000.-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) (Z)
Rp
30.000.000.- )
872.087.500.-
Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y +Z = Rp 168.102.604.434.-
3.2
Biaya Variabel
3.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 365 hari adalah Rp 43.367.691.378.-
Universitas Sumatera Utara
Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku Biaya variabel perawatan
= 0,01 × Rp 43.367.691.378.= Rp 433.676.914.-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10 % dari biaya variabel bahan baku = 0,1 × Rp 43.367.691.378.-
Biaya pemasaran
= Rp 4.336.769.138.-
Total biaya variabel tambahan
= Rp 4.770.446.052.-
3.2.2 Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 % dari biaya variabel tambahan = 0.05 × Rp 4.770.446.052,= Rp 238.522.303,-
Total biaya variabel = Rp 48.376.659.732.Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 168.102.604.434,- + Rp 48.376.659.732= Rp 216.479.264.166.-
4
Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1
Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= total penjualan – total biaya produksi = Rp 438.137.766.039,- – Rp 216.479.264.166= Rp 221.658.501.873.-
Bonus perusahaan untuk karyawan 0.5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 221.658.501.873,= Rp 1.108.292.509,-
Universitas Sumatera Utara
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 221.658.501.873,- − Rp 1.108.292.509,= Rp 220.550.209.363-
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 220.550.209.363.- − Rp 100.000.000.-) = Rp
66.135.062.809,-
Total PPh
= Rp 66.147.562.809-
Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp 220.550.209.363,- – Rp 66.147.562.809,= Rp 154.402.646.554,-
Universitas Sumatera Utara
5
Analisa Aspek Ekonomi
5.1
Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak × 100 % total penjualan
Rp 220.550.209.363,Rp 438.137.766.039,-
PM =
x 100%
= 50,34 %
5.2
Break Even Point (BEP) BEP =
Biaya Tetap × 100 % Total Penjualan − Biaya Variabel
Rp 168.102.604.434,x 100% Rp 438.137.766.039,- - Rp 48.376.659.732,-
BEP =
= 43,13 % Kapasitas produksi pada titik BEP
= 43,13 % × 216.000 ton/tahun = 93.160,04 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 43,13 % x Rp 438.137.766.039 = Rp 188.967.288.886.-
5.3
Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak × 100 % Total modal investasi
ROI
=
Rp 154.402.646.554,x 100% Rp 370.654.768.919,-
= 41,66 %
5.4
Pay Out Time (POT)
1 x 1 tahun 0,4166
POT
=
POT
= 2.40 tahun
Universitas Sumatera Utara
5.5
Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak × 100 % Modal sendiri
RON =
Rp 154.402.646.554,x 100% Rp 222.392.861.352,-
RON = 69,43 %
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 = 58,74 %
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)
Thn
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Laba Sebelum Pajak (Rp)
Pajak (Rp)
Laba Sesudah
Penyusutan
Net Cash Flow
Pajak (Rp)
(Rp)
(Rp)
188.093.959.879 56.410.687.964 131.683.271.916 39.392.429.574 206.903.355.867 62.053.506.760 144.849.849.107 39.392.429.574 227.593.691.454 68.260.607.436 159.333.084.018 39.392.429.574 250.353.060.599 75.088.418.180 175.264.642.420 39.392.429.574 275.388.366.659 82.599.009.998 192.789.356.662 20.546.900.615 302.927.203.325 90.860.660.998 212.066.542.328 20.546.900.615 333.219.923.658 99.948.477.097 233.271.446.560 20.546.900.615 366.541.916.024 109.945.074.807 256.596.841.216 20.546.900.615 403.196.107.626 120.941.332.288 282.254.775.338 20.546.900.615 443.515.718.388 133.037.215.517 310.478.502.872 20.546.900.615
365.906.323.280 171.075.701.490 184.242.278.682 198.725.513.592 214.657.071.994 213.336.257.277 232.613.442.943 253.818.347.176 277.143.741.832 302.801.675.954 331.025.403.487
P/F pada i
P/F PV pada i = 52%
=52%
1 0,6579 0,4328 0,2848 0,1873 0,1232 0,0811 0,0533 0,0351 0,0231 0,0152
pada i
PV pada i = 53%
=53%
-365.906.323.280 112.549.803.612 79.744.753.584 56.587.807.076 40.213.405.144 26.293.399.005 18.861.372.045 13.539.976.049 9.726.495.108 6.991.429.506 5.028.349.362 3.630.467.211
1 0,6536 0,4272 0,2792 0,1825 0,1193 0,0780 0,0510 0,0333 0,0218 0,0142
365.906.323.280 111.814.183.980 78.705.745.090 55.485.478.490 39.172.336.617 25.445.296.602 18.133.691.562 12.932.515.155 9.229.403.424 6.590.758.482 4.709.198.700 -3.687.715.179
.
Universitas Sumatera Utara
500 biaya tetap
450
biaya variabel
Harga (Rp x10^9)
400
biaya produksi
350
total penjualan
300 250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40 50 60 Kapasitas Produksi (% )
70
80
90
100
Gambar LE.2 Kurva Break Even Point Pabrik Compressed Natural Gas (CNG)
Universitas Sumatera Utara
