4 0 4 MB
PRA RENCANA PABRIK KALSIUM KLORIDA DIHIDRAT DARI LIMESTONE DAN ASAM KLORIDA DENGAN PROSES NETRALISASI KAPASITAS 70.000 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Disusun oleh: Elmi Yuni Adi Maghfiroh Endah Via Dolorosa
NIM 0205010003 NIM 0305010034
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TRIBHUWANA TUNGGADEWI MALANG 2008
i
LEMBAR PERSETUJUAN
PRA RENCANA PABRIK KALSIUM KLORIDA DIHIDRAT DARI LIMESTONE DAN ASAM KLORIDA DENGAN PROSES NETRALISASI KAPASITAS 70.000 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Disusun oleh: Elmi Yuni Adi MaghfirohNIM 0205010003 Endah Via Dolorosa
NIM 0305010034
Menyetujui, Dosen Pembimbing Utama
Dosen Pembimbing Kedua
Ir. Achmad Chumaidi, M.T.
Zuhdi Ma’sum, S.T. Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik
Ketua Program Studi Teknik Kimia
Nawir Rasidi, ST., MT.
SP. Abrina Anggraini, ST. MT.
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PRA RENCANA PABRIK KALSIUM KLORIDA DIHIDRAT DARI LIMESTONE DAN ASAM KLORIDA DENGAN PROSES NETRALISASI KAPASITAS 70.000 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Disusun oleh: Elmi Yuni Adi MaghfirohNIM 0205010003 Endah Via Dolorosa
NIM 0305010034
Tim Penguji:
1. Ir. Achmad Chumaidi, M.T.
2. Zuhdi Ma’sum, S.T.
3. Ir. Taufik Iskandar
iii
SURAT PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini: Nama
: Elmi Yuni Adi Maghfiroh Endah Via Dolorosa
(0205010003) (0305010034)
Program studi : Teknik Kimia Menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul: Pra Rencana Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat Dari Limestone Dan Asam Klorida Dengan Proses Netralisasi. Merupakan karya tulis yang kami buat sendiri dan menurut perhitungan sendiri. Tugas perancangan pabrik ini tidak mengandung bagian atau karya tulis yang pernah ditulis oleh orang lain kecuali literatur yang dimuat dalam naskah tugas akhir ini. Apabila ternyata dikemudian hari pernyataan kami tidak benar, kami sanggup menerima sangsi akademik apapun dari Universitas Tribuwana Tunggadewi Malang.
Malang, 15 Mei 2008
Penyusun
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul pra rencana pabrik kalsium klorida dihidrat dari limestone dan asam klorida dengan proses netralisasi. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademis dalam menempuh program sarjana Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang. Kami menyadari tanpa bantuan dari berbagai pihak tidaklah mungkin semua ini dapat terlaksana dengan baik, untuk itulah pada kesempatan ini kami ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada yang terhormat : 1. Bapak Prof. DR. Ir. Wani Hadi Utomo, selaku Rektor Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang. 2. Bapak Nawir Rasidi, ST. MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang. 3. Ibu SP. Abrina Anggraini, ST. MT, selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang. 4. Ir. Ahmad Chumaidi.,MT., selaku dosen pembimbing I, Zuhdi Ma’sum, ST., selaku dosen pembimbing II dan Ir. Taufik Iskandar, selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dalam pelaksanaan dan penyusunan tugas akhir ini.
v
5. Bapak/Ibu dosen Program Studi Teknik Kimia Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang. 6. Yang tercinta Ayah dan Ibunda atas cintanya yang tulus serta segala bimbingan, perhatian dan dukungannya baik material maupun spritual. 7. Seluruh teman mahasiswa Program Studi Teknik Kimia Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu telah banyak membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kami sadar bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran kami harapkan untuk kesempurnaan tugas ini. Akhir kata dengan mengucapkan syukur atas rahmat-Nya kami berharap Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat bagi pembaca.
Malang,
Maret 2008
Penyusun
vi
DAFTAR ISI H alaman i
HALAMAN JUDUL ………………………………………………..………
ii
LEMBAR PERSETUJUAN………………………………………………………
iii
LEMBAR PENGESAHAN………………………………………………………
ivv
SURAT PERNYATAAN…………………………………………………….
KATA PENGANTAR …………………………………………………………….
vii
DAFTAR ISI …………………………………………………………………… DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………. DAFTAR TABEL ………………………………………………………………
ix x xi
I-1 ABSTRAK …………………………………………………………….…………. BAB I
II – 1 PENDAHULUAN …………………………………………………..
BAB II
III – 1 SELEKSI DAN URAIAN PROSES ………………………………..
BAB III
IV – 1 NERACA MASSA ………………………………………………….
BAB IV
V–1 NERACA PANAS …………………………………………………….
BAB V
VI – 1 SPESIFIKASI PERALATAN ……………………………………….
BAB VI
VII – 1 PERANCANGAN ALAT UTAMA …………………………………
VIII – 1 BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA …………… IX – 1 BAB VIII UTILITAS ……………………………………………………………. X-1
BAB IX
LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK …………………………..
BAB X
XI – 1 STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN ……………………..
BAB XI
XII - 1 ANALISIS EKONOMI ………………………………………………
vii
BAB XII KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………………. XII – 1 DAFTAR PUSTAKA APENDIKS A NERACA MASSA ……………………………..…………………. A–1 APENDIKS B NERACA PANAS ……………………………...…………………. B–1 APENDIKS C SPESIFIKASI PERALATAN …………………….………………. C–1 APENDIKS D UTILITAS ………………………………………...………………. D–1 APENDIKS E ANALISIS EKONOMI …………………………………………… E–1
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Netaralisasi …………………………...……….II-3 Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Solvey…………………………………..……. II-4 Gambar 9.1 Peta Indonesia…………… ………………………………………... IX-5 IX-5 Gambar 9.2 Peta Jawa Timur.. …………………………………………...………. IX-6 Gambar 9.3. Peta Tuban……… ………………………………………….…..……. Gambar 9.4. Tata Letak Pabrik …….. ………………………………………... IX-14 IX-17 Gambar 9.5. Tata Letak Peralatan ……….………………………………………... Gambar 9.4. Break Event Point (BEP) Pra Rencana Pabrik Kalsium Klorida XI-18 Dihidrat dari Limestone dan asam klorida…………………………… Gambar E. 1 Hubungan Antara Tahun dengan Cost Indek……………………
ix
E-1
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Import Kalsium Klorida Dihidrat ……………………………….I – 2 Tabel 2.1. Analisa Pemilihan Proses……….……………………………….. Tabel 7.1 Instrumentasi……………………………………………..……..
II – 5 VII – 4
VII – 10 Tabel 7.2 Alat Keselamatan Kerja……………………………… ……………… Tabel 8.1 Kebutuhan Steam…………………………………………………..VIII – 2 Tabel 8.2 Kebutuhan Air Proses ………………………………………….. VIII – 10 Tabel 8.3 Kebutuhan Air Pendingin… …………………………………….. VIII– 11 Tabel 9.1 Perencanaan Pabrik Kalsium Kloraida Dihidrat.. ……………………IX –8 X – 14 Tabel 10.1 Jadwal Kerja Karyawan Pabrik……………………………..………. Tabel 10.2 Jabatan dan Tingkat Pendidikan Tenaga Kerja………………… X – 17 Tabel 10.3 Daftar Upah (Gaji) Karyawan ………………………………….
X – 21
XI - 7 Tabel 11.1. Perhitungan Modal Sendiri……………………………………….…… XI – 7 Tabel 11.2. Perhitungan Modal Pinjaman………………………………………….. XI - 7 Tabel 11.3. Perhitungan Biaya Operasi……………………………………….…… XI - 11 Tabel 11.4. Cash Flow………………….………………………………………….. XI - 13 Tabel 11.5. Rate on Equity ……………………………….………………….… Tabel 11.6. Internal Rate of Return ………………………………………….. XI - 14 XI – 15 Tabel 11.7. Pay Out Time…………………………………………………….…… Tabel 11.8. Break Even Point….…………………………………………..
x
XI - 17
ABSTRAK Dewasa ini kebutuhan akan kalsium klorida dihidrat (CaCl2.2H2O) terus mengalami peningkatan sejalan meningkatnya kebutuhan industri sebagai bahan baku pembuatan pulp, paper, dan dapat pula dipakai sebagai bahan baku pendukung dalam industri kimia yang lainnya. CaCl2.2H2O juga dapat dikembangkan dalam bidang farmasi, dan dalam proses pembuatan pestisida. Desain proyek kalsium klorida dihidrat ini, mula-mula limestone yang telah dihaluskan diumpankan bersama-sama dengan asam klorida ke dalam reaktor pada suhu 30 0C. Kemudian larutan dipompa ke thickener untuk mengendapkan padatan-padatan yang tidak diinginkan, yaitu Mg(OH)2, Ca(OH)2 dan impurities yang ada. Kemudian masuk ke rotary drum vacuum filter , untuk memisahkan MgCl2 dan filtrat. Filtrat kemudian masuk ke tangki penampung CaCl2, setelah itu dipompa ke evaporator untuk dijenuhkan. Kemudian masuk ke kristalizer untuk dikristalkan, kristal basah yang keluar dari evaporator kemudian dipisahkan dari mother liquornya dengan centrifuge, sedangkan mother liquor dikembalikan ke tangki penampung CaCl2 dan kristalnya dialirkan melalui screw conveyor menuju ke rotary dryer. Udara dari blower yang telah dipanaskan dengan heater udara masuk rotary dryer. Solid yang keluar bersama dengan udara panas ditangkap oleh cyclone, dimana pada cyclone terjadi pemisahan antara solid dengan gas. Solid dengan gaya gravitasi turun ke bawah dan diumpankan bersama-sama kristal yang keluar dari rotary dryer diangkut dengan screw conveyor dan bucket elevator menuju ke silo untuk kemudian dipacking dan siap untuk dipasarkan. Pabrik kalsium klorida dihidrat ini direncanakan akan beroperasi 24 jam sehari, 330 hari kerja dalam setahun dan kapasitas 70.000 ton/tahun. Data-data pabrik adalah sebagai berikut: 1. Produksi • Sistem operasi : kontinu • Lama operasi : 330 hari kerja/tahun (24 jam per hari) • Kapasitas produksi : 70.000 ton/tahun • Bahan baku utama: - Limestone : 536181,782 ton/tahun - Asam klorida 27 % b/b : 38791,9818 ton/tahun • Bahan baku penunjang: - Lime (Ca(OH)2 : 356,6067 ton/tahun 2. Utilitas - Air sungai : 253,1117 m3/hari - Steam : 629867,7332 kg/hari - Kebutuhan air pendingin : 657,5176 m3/hari - Bahan bakar : 53270,9188 kg/hari - Listrik : 250 kW/hari 3. Lokasi Pabrik : Sidayu, Gresik, Jatim 4. Luas pabrik : 14 ha
xi
5. Jumlah tenaga kerja : 187 orang 6. Analisa ekonomi: a. Pembiayaan FCI (modal tetap) : WCI (modal kerja) : TCI (investasi total) : TPC(biaya produksi total) : b. Penerimaan Hasil penjualan produk per tahun c. Analisa ekonomi: - IRR : 22% - POT : 1,1133 tahun - BEP : 16,62 %
Rp. 331.670.239.701,84 Rp. 58.530.042.300,00 Rp. 390.200.000.000,00 Rp 676.660.000.000,00 : Rp. 1.469.580.000.000,00
Dari uraian di atas, baik dari segi teknik maupun ekonomis desain proyek kalsium klorida dihidrat ini dinyatakan layak dan dapat dilanjutkan ke tahap perencanaan.
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sesuai dengan tujuan pembangunan negara Indonesia menuju era industrialisasi maka diperlukan pembangunan industri untuk memperluas dan menciptakan lapangan kerja dengan memanfaatkan sumber daya alam. Indonesia sebagai salah satu negara berkembang yang sedang giatnya melaksanakan pembangunan baik dari sektor ekonomi dan industri. Saat ini Indonesia masih tergantung pada negara lain dalam memenuhi bahan baku, baik yang digunakan sebagai bahan baku maupun sebagai bahan pembantu. Oleh karena itu perlu adanya pembangunan dalam industri kimia. Industri kimia yang akhir-akhir ini mengalami peningkatan baik secara kualitas maupun kuantitasnya, sehingga kebutuhan akan bahan baku dan pembantu akan meningkat pula. Salah satu industri kimia yang sedang berkembang dengan pesatnya adalah industri kalsium klorida dihidrat. kalsium klorida dihidrat merupakan salah satu jenis kalsium klorida yang dapat diperoleh dari Calcium carbonate dan pemanfaatannya sebagai pupuk tanaman dan industri kimia lainnya. Dewasa ini kebutuhan kalsium klorida dihidrat dalam negeri menurut data yang diperoleh semakin meningkat, hal ini erat dengan penggunaan industri semen, industri
I- 1
I-2
paper, industri pulp juga semakin meningkat. Hal ini disebabkan juga karena faktor antara lain yaitu pertumbuhan penduduk semakin meningkat dan kebutuhan kalsium klorida dihidrat meningkat seiring dengan pertumbuhan di berbagai sektor industri.
1.2. Perkembangan Industri Kalsium Klorida Dihidrat (CaCl2.2H2O) Dilihat dari peningkatan akan bahan ini dari tahun ke tahun, dimana jumlah industri yang memproduksi kalsium klorida dihidrat akan teratasi baik dari dalam ataupun dari luar negeri. Mengingat kebutuhan kalsium klorida dihidrat yang cukup besar dan hingga saat ini Indonesia masih mengimport bahan tersebut, maka sangat diperlukan studi kelayakan yang akan menaikkan nilai tambah dari Calcium carbonate yang ada di Indonesia. Tabel 1.1 Data Import dari tahun 1998 sampai dengan tahun 2002 Tahun 1998 1999 2000 2001 2002
Import (kg/tahun) 586700 867600 969700 1989900 2290900
Kenaikan (%) 47,87 11,76 105,2 15,126
(Sumber: Biro Pusat Statistik, Surabaya)
Dari data yang tercantum diatas, maka kebutuhan Kalsium Klorida Dihidrat akan bertambah dari tahun ke tahun sehingga pabrik Kalsium Klorida Dihidrat ini layak untuk didirikan.
1.3. Pembuatan Kalsium Klorida Dihidrat (CaCl2.2H2O)
I-3
Dalam rencana pabrik kalsium klorida dihidrat melalui proses : 1. Persiapan bahan baku 2. Proses reaksi antara batu kapur dengan asam klorida 3. Proses netralisasi dan pengkristalan 4. Penanganan produk
1.4. Manfaat didirikan Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat (CaCl2.2H2O) Manfaat lebih lanjut dengan didirikannya pabrik ini diharapkan dapat mendukung dan mendorong pertumbuhan industri-industri kimia, menciptakan lapangan
pekerjaan,
mengurangi
pengangguran,
dan
diharapkan
dapat
menumbuhkan dan memperkuat perekonomian Indonesia. Adapun manfaat kalsium klorida dihidrat sebagai bahan pendukung dan membantu penyediaan bahan baku pada industri lain : 1. Industri pulp 2. Industri tanning agent 3. Industri coagulating agent 4. Industri drying agent 5. Industri peleburan batu bara 6. Industri kertas 7. Industri lem digunakan untuk menurunkan temperature gel 8. Industri semen untuk mengurangi kandungan alkali 9. Industri plastik untuk mengontrol ukuran dari partikel dan mencegah terjadinya gumpalan.
I-4
10. Kalsium klorida dihidrat juga banyak digunakan pada proses produksi beton dan pemboran minyak karena sifatnya yang stabil pada berbagai temperatur. 11. Pada proses pembuatan beton, kalsium klorida ditambahkan sekitar 1-2% dari berat semen yang dibutuhkan agar bahan cepat mengeras. Pada pembuatan beton di musim dingin, kalsium klorida dapat melindungi beton agar tidak membeku dengan cara menurunkan titik beku air dalam beton. 12. Sebagai pupuk 13. Proses pembuatan pestisida (Ullmann’s. Encyclopedia of Industrial Chemistry. 6th)
1.5 Sifat-sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku, Bahan Pembantu dan Produk 1.5.1 Sifat Bahan Baku 1.5.1.1 Limestone (Calcium Carbonate) a) Sifat Fisika :
Rumus molekul : CaCO3
Berat molekul
: 100,087 g/mol
Bentuk
: Padatan, tidak berbau
Warna
: putih
Titik didih
:-
Titik lebur
: 825 oC (18.98K)
Densitas
: 2,83 g/cm3
I-5
pH
: 9,5-10,5
b) Sifat Kimia :
Kelarutan
Stabilitas dan reaktifitas : Kondisi yang harus dihindari
: Tidak Larut Dalam Air
adalah pemanasan, bahan yang harus dihindari adalah asam, senyawa flourin, ammonium. Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/calcium_chloride
1.5.1.2 Asam Klorida (Hydrochloric acid / Hydrochloride / Chlorohydric acid) a)
Sifat Fisika :
Rumus molekul : HCl
Berat molekul
: 36,4606 g/mol
Bentuk
: Cair, berbau tajam
Warna
: tidak berwarna
Titik didih
: -85.1°C (187.9 K)
Titik lebur
: -114.2°C (158.8 K)
Densitas
: 1.477 g/l, gas (25°C)
pH
: 9,5-10,5
Tekanan uap
: 12 hPa (mmHg)
b) Sifat Kimia :
Kelarutan
Stabilitas dan reaktifitas : Kondisi yang harus dihindari
: 72 g/100 ml (20°C)
adalah pemanasan, bahan yang harus dihindari adalah
I-6
aluminum, amina, fluorin, karbida hidrida, logam, logam alkali, aldehid, sulfida. Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/HCl
I.5.2. Sifat-Sifat Produk I.5.2.1 Kalsium Klorida Dihidrat a)
Sifat Fisika :
Rumus molekul : CaCl2.2H2O
Berat molekul
: 147,02 g/mol
Bentuk
: Kristal padat, tidak berbau
Warna
: putih
Titik didih
: >1600 °C
Titik lebur
: 772 °C
Densitas
: 1,835 g/cm3
pH
: 4,5 - 6,5
Tekanan uap
: 12 hPa (mmHg)
c) Sifat Kimia :
Kelarutan
Stabilitas dan reaktifitas : Kondisi yang harus dihindari
: 74.5 g/100 ml (20 °C)
adalah lembab, bahan yang harus dihindari adalah vinilmetil eter. Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/calcium_chloride
I-7
I.6. Perkiraan Kapasitas Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat (CaCl2.2H2O) Dalam pendirian sebuah pabrik diperlukan suatu perkiraan kapasitas produksi agar produk yang dihasilkan sesuai dengan permintaan. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri akan produksi yang dihasilkan, meningkatkan devisa negara, maka ditentukan menurut nilai terhadap konsumsi setiap tahun dengan melihat perkembangan industri pada jangkauan tiga tahun kemudian. Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat direncanakan akan didirikan tahun 2010. Berdasarkan data statistik yang diperoleh dari BPS Surabaya tahun 1998 sampai 2002 prakiraan kebutuhan Kalsium Klorida Dihidrat di Indonesia pada tahun 2010 dapat ditentukan.
RUMUS: P = Po (1+i) n Dimana: P
: Jumlah kapasitas yang diperkirakan (kg)
Po
: Data Impor tahun terakhir (kg)
I
: Persentase kenaikan rata-rata impor (kg)
n
: Rencana pendirian pabrik (dihitung dari data terakhir)
Diketahui:
P
P
= 2.290.900 kg
i
= 44,989 %
n
=8 = Po (1+i) n
I-8
= 2.290.900 kg (1+44,989 %)8 = 2.290.900 kg(19,53) = 44739030,46 kg/tahun = 44.739.030 ton/tahun M M
= P + (P . M1) = Kapasitas produksi
M1 = perkiraan jumlah ekspor Diperkirakan jumlah ekspor tahun 2010 adalah 50% dari kapasitas produksi, maka: M
= P + (P . M1) = 44.739.030 ton + (44.739.030 ton x 0,5) = 67.108.545 ton/tahun
Maka kapasitas pabrik baru tahun 2010 sebesar 70.000 ton/tahun.
BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES
Untuk menghasilkan kualitas dan kuantitas Kalsium Klorida Dihidrat yang baik, maka harus dilakukan seleksi proses terhadap proses yang ada. seleksi didasarkan pada aspek teknis dan ekonomi.
2.1 Macam – Macam Proses Proses pembuatan Kalsium Klorida Dihidrat dapat dilakukan dengan dua macam proses, yaitu : 1.
Proses Netralisasi.
2.
Proses Solvay.
2.1.1 Proses Netralisasi Calcium carbonate yang telah dihaluskan diumpankan bersama-sama dengan asam klorida ke dalam reaktor. Calcium carbonate mudah larut dalam asam terutama asam kuat sebagai pelarut. Reaksi yang terjadi : CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2 HCl → MgCl2 + H2O + CO2 Karbondioksida yang keluar reaktor selanjutnya didinginkan dan ditampung sebagai produk samping. Kemudian larutan dipompa ke tangki netralizer untuk menghilangkan MgCl2 serta menambah produk yang terbentuk.
II-1
II-2
MgCl2 direaksikan dengan Ca(OH)2 yang akan menghasilkan CaCl2 dan Mg(OH)2. Adapun reaksinya adalah sebagai berikut : MgCl2 + Ca(OH)2→ CaCl2 + Mg(OH)2 Untuk Ca(OH)2 dibuat dengan mereaksikan CaO dengan air pada tangki pelarutan CaO. Adapun reaksinya adalah sebagai berikut : CaO + H2O → Ca(OH)2 Setelah dari netraliser CaCl2 dipisahkan dari komponen lainnya dengan menggunakan alat sedimentasi. Kemudian masuk ke filtrasi untuk menyaring MgCl2. Setelah dari filtrasi larutan yang mengandung CaCl2 dan air dipekatkan dengan evaporator. Setelah dari evaporator larutan masuk ke kristalizer untuk dikristalkan. Kemudian kristal dan mother liquornya dipisahkan di centrifuge dimana kristalnya akan dialirkan ke rotary dryer untuk dikeringkan sedangkan mother liquornya direcycle menuju tangki penampung. Dari rotary dryer didapatkan produk CaCl2.2H2O sedangkan kristal yang terikut udara di rotary dryer ditangkap oleh cyclone. Selanjutnya produk dari rotary dryer dan cyclone masuk ke dalam silo.
II-3
Limestone
HCl CO2
CaCl2 solution Filtration
Sedimentation
Milk of limeCaO
Contrentrated CaCl2 solution
pH adjusment Precipitation of Mg and transition metals
Bagging and storage
Fuel oil combustion gases
Steam
Rotary dryer Fuel oil combustion gases
CaCl2 solution
Evaporation
Flaking
Steam
Gambar 1. Diagram Alir Proses Netralisasi
2.1.2 Proses Solvay Pada proses ini digunakan bahan baku Calcium carbonate, ammonia, brine, dan coke. Garam-garam pada proses ini harus dimurnikan untuk menghilangkan kalsium, magnesium dan ion-ion logam berat dengan penambahan soda abu/soda ash, hal ini dilakukan untuk menghindari terdepositnya mineralmineral diatas pada peralatan. Brine yang sudah murni diumpankan menuju absorber untuk menyerap amonia yang masuk dari bawah absorber. Ammonited brine (campuran amonia yang tercampur oleh garam) meninggalkan absorber pada suhu 20-25oC. kemudian dipompa menuju deretan kolom carbonating yang disusun seri. Produk samping dari kolom absorber adalah larutan brine yang mengandung garam kalsium klorida untuk kemudian dimurnikan dengan
II-4
penambahan kalsium hidroksida sehingga mengendapkan garam lainnya, sedangkan kalsium klorida yang dihasilkan berupa larutan kalsium klorida 55%.
Solvay waste liquor Or purified brine
Multiple effect evaporator
HCl + Steam
Sodium Chloride
Finishing pan
Flaker
Furnace
Calcium Chloride (solution)
Calcium Chloride (solid)
Calcium Chloride (Flukes
Calcium Chloride (anhydrous
Gambar 2. Diagram Alir Proses Solvay (Keyes, Donald.B. Industrial Chemical. 2nd)
2.2 Seleksi Proses Untuk mendapatkan proses yang terbaik perlu menyeleksi macam proses yang ada. Dai kedua proses yang dijelaskan diatas didapat data operasi yang digunakan sebagai data perbandingan dan pertimbangan untuk mempermudah pemilihan atau menyeleksi proses mana yang akan digunakan, aspek yang perlu dipertimbangkan itu antara lain aspek ekonomi, teknik, mutu, pengaruh erhadap lingkungan, produk dan sebagainya. Dibawah ini adalah gambaran dari berbagai proses pembuatan Kalsium klorida dihidrat.
II-5
Tabel 2.1. Analisa Pemilihan Proses Permasalahan .1 Bahan baku .2 .3
Peralatan Teknik
Proses Solvay Lebih mahal
Proses Netralisasi Murah
Mudah didapat
Mudah didapat
Cukup sulit
Sederhana
Investasi mahal
Investasi rendah
Proses
pembuatan Proses pembuatan lebih
mudah .4
Kadar impurities sedikit
Produk Kadar impuritis banyak
.5
Dampak lingkungan Harga jual murah dan ekonomi
sederhana dan mudah
Kurang menguntungkan
Harga jual mahal Sesuai kondisi operasi Lebih
menguntungkan
karena harga jual mahal
Dari perbandingan kedua proses tersebut maka dipilih proses pembuatan kalsium klorida dihidrat dengan proses netralisasi dengan alasan sebagai berikut : 1. Bahan baku yang digunakan kalsium karbonat dan asam klorida, sehingga untuk biaya bahan baku lebih murah dan mudah didapat. 2. Secara ekonomi produk yang dihasilkan lebih murni sehingga dapat menaikkan harga produk.
2.3 Uraian Proses Proses pembuatan kalsium klorida dihidrat dari limestone dan asam klorida dengan proses netralisasi dibagi menjadi 5 tahap, yaitu: 1. Persiapan bahan baku 2. Proses reaksi antara limestone dan asam klorida
II-6
3. Proses netralisasi dan pengkristalkan 4. Penanganan produk
2.3.1 Persiapan bahan baku Limestone dari closed yard diangkut oleh belt conveyor (J-130) menuju ball mill (C-131) untuk dihaluskan. Limestone selanjutnya menuju vibrating screen (H-132). Limestone yang tidak lolos dikembalikan ke Ball mill dan diangkut oleh bucket elevator (J-133)
ke reaktor (R-110) untuk direaksikan
dengan asam klorida. Asam klorida dari tangki penampung (F-121) dialirkan ke tangki pengenceran (M-120) kemudian dipompa ke dalam reaktor (R-110). Sedangkan steam didapatkan dari utilitas dimasukan ke bagian atas reaktor.
2.3.2 Proses reaksi antara limestone dan asam klorida Dalam reaktor (R-110), limestone, steam dan asam klorida yang telah diencerkan akan bereaksi menghasilkan CaCl2, MgCl2, CO2 dengan konversi reaksi 100%. Reaksi yang terjadi pada reaktor setelah limestone, steam dan asam klorida dimasukan adalah : CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2 HCl → MgCl2 + H2O + CO2 (http.//www.tetraChemical.com)
II-7
2.3.3
Proses netralisasi dan pengkristalkan CaO dari silo (F-221) dialirkan dengan screw conveyor (J-222) dan bucket
elevator (J-223) ke tangki Ca(OH)2 (M-220), untuk membentuk Ca(OH)2 dengan mereaksikan CaO dengan air. Adapun reaksi pembuatan Ca(OH)2 adalah sebagai berikut : CaO + H2O → Ca(OH)2 Aliran produk dari reaktor (R-110) dan tangki penampung Ca(OH)2
(M-
220), direaksikan dalam reaktor netralizer (R-210) untuk menetralkan kandungan MgCl2. MgCl2 + Ca(OH)2→ CaCl2 + Mg(OH)2 Setelah dari reaktor netralizer (R-210) masuk ke thickener (H-230), untuk mengendapkan padatan-padatan yang tidak diinginkan, yaitu Mg(OH)2, Ca(OH)2 dan impurities yang ada. Kemudian masuk ke rotary drum vacuum filter (H-240) , untuk memisahkan MgCl2 dan filtrat.. Filtrat kemudian masuk ke tangki penampung CaCl2 (F-241), setelah itu dipompa ke evaporator (V-310) untuk dijenuhkan. Kemudian masuk ke kristalizer (X-320) untuk dikristalkan, kristal basah yang keluar dari evaporator (V-310) kemudian dipisahkan dari mother liquornya dengan centrifuge (H-320) sedangkan mother liquor dikembalikan ke tangki penampung CaCl2 (F-241) dan kristalnya dialirkan melalui screw conveyor (J-321) menuju ke rotary dryer (B-330). Udara dari blower (G-341) yang telah dipanaskan dengan heater udara (E-342) masuk rotary dryer. Kristal yang terikut dipisahkan oleh cyclone (H-343).
Calcium Chloride (Flukes) Calcium Chloride (anhydrous)
II-8
2.3.4
Penanganan Produk Produk berupa kristal kering CaCl2.2H2O dialirkan dengan screw conveyor
(J-344) dan bucket elevator (J-345) menuju ke silo CaCl2.2H2O untuk dikemas dan siap disalurkan ke konsumen.
(F-350)
BAB III NERACA MASSA
Kapasitas produksi
: 70000 ton/tahun
Waktu operasi
: 330 hari/tahun, 1 hari = 24 jam
Basis perhitungan
: 1 jam
Produksi kalsium klorida dihidrat =
1hari 70000ton 1000 1tahun x x x tahun 1ton 330hari 24 jam
= 8838,3838 kg/jam Tabel molekul : Nama Molekul
Berat Molekul
CaCO3
100,09
MgCO3
84,32
MgCl2
95,26
CaCl2
110,99
CO2
44
CaO
56,08
H2O
18
HCl
36,47
CaCl2.2H2O
147,03
Ca(OH)2
74,09
Mg(OH)2
58,32
Impurities (Fe2O3)
159,7
1. BALL MILL (C-131) III-1
III-2
Recycle (D=0,1 B) Neraca massa Ball Mill (C – 131) : Limestone B Ball Mill (A) Komponen Massa Masuk CaCO3
Vibrating Screen Komponen
(Kg/jam) 6594,3314 Ke Vibrating
Screw conveyor (Massa C)
Keluar
(Kg/jam)
MgCO3
67,2891 Screen:
Impurities
67,2891 CaCO3
7327,0349
6728,9096 MgCO3
74,7657
Dari Recycle
Impurities
74,7657
Vibratng Screen: CaCO3
732,7035
MgCO3
7,4766
Impurities
7,4766
Total masuk
747,6566 7476,5662 Total keluar
2. VIBRATING SCREEN (H-132)
7476,5662
III-3
Recycle Limestone Neraca massa Vibrating Screen Vibrating (H – 132) :Screen Komponen
Massa Masuk
Komponen
Screw Conveyor Massa Keluar
(Kg/jam) Ke Screw
(Kg/jam) 6594,3314
CaCO3
7327,0349 conveyor:
67,2891
MgCO3
74,7657 CaCO3
67,2891
Impurities
74,7657 MgCO3
6728,9096
Dari Ball Mill:
Impurities
Recycle ke Ball Mill:
Total masuk
CaCO3
732,7035
MgCO3
7,4766
Impurities
7,4766
7476,5662 Total keluar
3. TANGKI PENGENCER HCl (M – 120)
747,6566 7476,5662
III-4
H2 O HCl 26,7%
HCl 17,5%
Tangki Pengenceran
Neraca massa tangki pengencer HCl (M – 120) : Komponen
Massa Masuk
Komponen
(Kg/jam)
Massa Keluar (Kg/jam)
Larutan HCl
Larutan HCl
26,7% :
17,5% :
HCl
4868,2694
HCl
4868,2694
H2O
13373,2256
H2O
22950,4130
Air proses
9577,1874
Total masuk
27818,6824 Total keluar
4. REAKTOR (R – 110) HCl 17,5%
CaCO3 MgCO3 Impurities
Neraca massa Reaktor (R – 110) :
Reaktor
CaCl2 MgCl2 CO2 Impurities
27818,6824
III-5
Massa Masuk Komponen Dari Screw conveyor:
(Kg/jam)
Massa Keluar Komponen Produk Atas :
CaCO3
6594,3314
MgCO3
67,2891
Impurities
67,2891 Produk Bawah :
Larutan HCl 17,5 %
CO2
(Kg/jam) 2934,2994
CaCl2
7319,1280
MgCl2
76,0673
Impurities
67,2891
HCl
4868,2694
H2O
22950,4130
H2O
24150,8082
34547,5920
Total keluar
34547,5920
Total masuk
5. TANGKI Ca(OH)2 (M – 220) H2 O CaO
Tangki Ca(OH) 2
Ca(OH) 2
Neraca massa tangki Ca(OH)2 (M – 220) : Massa Masuk Komponen CaO Air proses Total masuk
(Kg/jam) 44,7530
Massa Keluar Komponen Ca(OH)2
(Kg/jam) 59,1174
14,3644 59,1174
6. REAKTOR NETRALISER (R – 210)
Total keluar
59,1174
III-6
Ca(OH)2 Neraca massa Reaktor Netraliser (R – 210): Netraliser CaCl CaCl2 Massa Masuk Massa Keluar MgCl2 MgCl2 Komponen (Kg/jam) Komponen H O (Kg/jam) HO Mg(OH) Impurties Dari reaktor : Ke Thickener: Ca(OH) 2
2
2
2
2
Impurties
CaCl2
7319,1280
MgCl2
76,0673
Mg(OH)2
41,8865
H2O
67,2891
Impurities
67,2891
Impurities
Ca(OH)2 Total masuk
7. THICKENER (H – 230)
24150,8082
59,1174 31672,4100
CaCl2
H2O
7398,9077
24150,8082
MgCl2
7,6067
Ca(OH)2
5,9118
Total keluar
31672,4100
III-7
Thickener Neraca massa
CaCl2 MgCl2 Thickener (H – 230) : H2O Mg(OH)2 Ca(OH)2 Massa Masuk Underflow: Impurties
Komponen Dari Netralizer : CaCl2
(Kg/jam)
CaCl2 Komponen MgCl Underflow: HO
Overflow:
CaCl2 MgCl Massa Keluar HO 2
2
(Kg/jam)
2
2
Mg(OH)2 Ca(OH)2 Mg(OH) 7398,9077 2 Impurties
41,8865
Mg(OH)2
41,8865
Ca(OH)2
5,9118
Impurities
67,2891
Impurities
67,2891
H2O
24150,8082
CaCl2
17,98889
Ca(OH)2
5,9118
MgCl2
0,0185
MgCl2
7,6067
H2O
58,7176
Overflow: CaCl2
7380,9189
MgCl2
7,5882
H2O Total masuk 31672,4100 Total keluar 8. ROTARY DRUM VACUUM FILTER (H-240)
24092,0906 31672,4100
III-8
Ke tangki Penampung
Dari Thickener
Rotary Drum Vacuum Neraca massa Rotary Drum Vacuum Filter Filter (– 240): CaCl2 MgCl 2 Massa Masuk H2O Komponen (Kg/jam) EndapanKomponen CaCl Dari Thickener : Ke2 Tangki MgCl2 CaCl2 7380,9189H2O Penampung: MgCl2
24092,0906
H2O
7,5882
CaCl2 H2O
CaCl2 H2O Massa Keluar (Kg/jam)
7380,3567 24090,2557
Cake: MgCl2
7,5882
Retention liq: CaCl2 H2O 31480,5977
Total masuk
9. TANGKI PENAMPUNG CaCl2 (F-241) Dari Rotary Drum Vacuum Filter (F) CaCl2 MgCl2 H2O
Total keluar
0,0562 2,3409 31480,5977
III-9
Tangki Penampung CaCl 2 Neraca massa Tangki Penampung CaCl 2 (F-241):
Ke Evaporator (A)
Massa Masuk Komponen Dari Rotary Drum
CaCl2 H2O
Massa Keluar
Recycle dari Centrifuge (Kg/jam) Komponen (R) Ke Evaporator:
Vacuum Filter:
CaCl2 H2O
CaCl2 7380,3567 H2O
(Kg/jam) 11376,5470 25164,3890
24090,2557
Dari recycle Centrifuge: CaCl2 H2O Total masuk
3996,190328 1074,1333 36540,9360
10. EVAPORATOR (V – 310)
Total keluar
36540,9360
III-10
Neraca massa Evaporator (V – 310) B : F
A
Evapo rator Massa Masuk
Tangki
penampung Komponen Dari Tangki
(Kg/jam)
C
Kristalizer
Komponen Produk atas:
D
E Centrifuge Massa Keluar
(Kg/jam)
Recycle dari Centrifuge (R) H2O
Penampung :
17714,1290
CaCl2
11376,5470
H2O
25164,3890 Produk Bawah: Ke Crystalizer CaCl2
11376,5470
H2O Total masuk
36540,9360
7450,2600
Total keluar
36540,9360
11. KRISTALIZER (X-320)
Dari Evaporator
Kristalizer
Neraca massa kristalizer CaCl (X-320): 2
Komponen
H2O
Massa Masuk
Ke Centrifuge
CaCl2.2H2O Mother Liquor: Komponen CaCl2Massa Keluar H2O
III-11
(Kg/jam)
(Kg/jam)
Dari Evaporator :
Ke Centrifuge:
CaCl2
11376,5470 CaCl2.2H2O
H2O
8532,4103
7450,2600 Mother Liquor:
Total masuk
18826,8070
CaCl2
4932,5701
H2O
5361,8267
Total keluar
18826,8070
12. CENTRIFUGE (H – 330)
Dari Crystalizer
Centrifuge
Ke Rotary Dryer
CaCl2.2H2O CaCl2.2H2O Mother Liquor: Retention Liquid: CaCl2 CaCl2 Recycle ke Tangki penampung H2O H2O Mother Liquor: CaCl2 H2O Neraca massa Centrifuge (H - 330) : Massa Masuk Komponen
(Kg/jam)
Massa Keluar Komponen
(Kg/jam)
III-12
Dari Kristalizer:
Cake :
CaCl2
4932,5701
CaCl2.2H2O
CaCl2.2H2O
5361,8267 Retention liquid:
H2O
8532,4103
8532,4103
CaCl2
222,2049
H2O
204,4156
Recycle ke Tangki Penampung:
Total masuk
18826,8070
CaCl2
4728,1544
H2O
5139,6218
Total keluar
18826,8070
13. ROTARY DRYER (B- 340)
Ke cyclone: - Udara basah CaCl2.2H 2O CaCl2 H2 O
Udara kering Rotary Dryer
CaCl2 CaCl2 .2H2O H 2O
Ke Screw Conveyor : H 2O CaCl2 CaCl2.2H 2O
Neraca massa rotary dryer (B – 340) : Massa Masuk Komponen
(Kg/jam)
Massa Keluar Komponen
(Kg/jam)
III-13
Dari Centrifuge:
Ke Screw
CaCl2
204,4156 Conveyor :
CaCl2.2H2O(s)
8532,4103
H2O
222,2049
CaCl2
204,2112
CaCl2.2H2O
8523,8779
H2O
88,1625
Ke Cyclone: CaCl2
0,2044
CaCl2.2H2O
8,5324
H2O
0,0883
H2O yang
133,9541
menguap Total masuk
8959,0308
Total keluar
8959,0308
14. CYCLONE (H – 343)
Udara CaCl2 CaCl2 .2H2O H 2O
Udara CaCl2.2H2 O CaCl2 H 2O Ke Tangki Penampung : Cyclone CaCl2 CaCl2.2H2 O H2 O
Neraca massa Cyclone (H – 343): Massa Masuk Komponen
(Kg/jam)
Massa Keluar Komponen
(Kg/jam)
III-14
Dari Rotary
Ke udara :
Dryer:
CaCl2
0,0020 0,0853
CaCl2
0,2044
CaCl2.2H2O
CaCl2.2H2O(s)
8,5324
H2O
H2O
120,5596
134,0424 Ke silo :
Total masuk
142,7792
CaCl2
0,2024
CaCl2.2H2O
8,4471
H2O Total keluar
13,4828 142,7792
15. SILO CaCl2.2H2O (F – 350)
Dari Cyclone: CaCl2 H2O CaCl2.2H2O Dari Rotary Dryer
Silo CaCl2 . 2H2O
CaCl2.2H2O Retention Liquid: CaCl2 H2O
Neraca massa silo CaCl2.2H2O (H – 350): Massa Masuk Komponen
(Kg/jam)
Massa Keluar Komponen
(Kg/jam)
III-15
Dari screw
Ke Silo :
conveyor: CaCl2 CaCl2.2H2O(s) H2O
CaCl2.2H2O 204,2112 8523,8779
8532,3250
CaCl2
204,4136
H2O
101,6453
88,1625
Dari Cyclone: CaCl2
0,2024
CaCl2.2H2O
8,4471
H2O Total masuk
13,4828 8838,3838
Total keluar
8838,3838
IV-1
BAB IV NERACA PANAS
Kapasitas produksi
: 70000 ton/tahun
Waktu operasi
: 330 hari/tahun, 1 hari = 24 jam
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Suhu referensi
: 25 oC = 273,15 0K
Satuan
: kkal
Tabel molekul : Nama Molekul CaCO3
Berat Molekul 100,09
MgCO3
84,32
MgCl2
95,26
CaCl2
111,08
CO2
44
CaO
56,08
H2O
18
HCl
36,47
CaCl2.2H2O
147,03
Ca(OH)2
74,09
Mg(OH)2
58,32
Impurities (Fe2O3)
159,7
Tabel Fasa :
IV-2
1.
Liquid Ca2Cl2
Fase Solid CaCO3
Gas CO2
H2O
MgCO3
Udara
MgCl2
Impurities (Fe2O3)
H2O
Ca(OH)2
HCl
Mg(OH)2
Tangki Pengencer HCl (M – 120) Q Larutan HCl 26,69% T = 30 o C H2 O T = 30 o C
Tangki Pengencer HCl
Larutan HCl 17,5% T = 30 oC
Neraca panas tangki pengencer HCl (M - 120) : Masuk
kkal 107556,7575
∆H1 Total masuk
107556,7575
Keluar ∆H2 Q Total keluar
2. Reaktor (R – 110)
Δ H1, T=30oC Δ H2, T=30 Q oC
Δ H3, T=40oC Q loss
kkal 102287,3969 4669,36064 107556,7575
IV-3
Neraca panas reaktor (R – 110) : Masuk
kkal 6659,2783 102887,3969
∆H1 ∆H2 Q steam Total masuk
110704,94 220251,62
Keluar ∆H3 ∆Hr
kkal 389922,4598 -190193,08
Q loss Total keluar
20522,2347 220251,62
3. Tangki Ca(OH)2 (M – 220) CaO padat T = 30 o C
Q Tangki Pelarut CaO
H2 O T = 30 o C
Larutan Ca(OH)2 T= 40 ºC
Neraca panas tangki Ca(OH)2 (M – 220) : Masuk ∆H1 ∆H2
Kkal Keluar 40,93942 ∆H3 71,88105 ΔH Reaksi Q
Total masuk
112,82
Total keluar
Kkal 256,1302 -12501,97 12358,66 112,82
IV-4
4. Reaktor netraliser (R – 210) Q
Umpan dari reaktor T = 40 oC
Produk T =45 oC
Netralizer
Ca(OH)2 T = 40 oC
Neraca panas reaktor netralizer (R – 210) : Masuk
Kkal Keluar 380808,7624 ∆H3 257,7277 ΔH Reaksi
∆H1 ∆H2 Q Steam Total masuk
Kkal 508049,0618 29726,31
183448,31 Q Loss 564514,80 Total keluar
26739,42431 564514,80
5. Evaporator (V – 310) Steam T = 148 o C
Uap Air (V) T = 90 o C
Umpan (F) T = 45 o C Recycle centrifuge (R) T = 45 oC
Evaporator
Produk (L) T =100 o C
Kondensat T = 148 o C
Neraca panas evaporator (V – 310) : Masuk
kkal
Keluar
kkal
IV-5
∆H1
540755,1759 ∆H2
11918585,74
Q steam
12005124,55 Q loss
627136,0913
Total masuk
1254879,73
Total keluar
1254879,73
6. Kristalizer ( X-320 )
Δ H1, T=90oC
Δ H3, T=60oC Kristalizer
o
Δ H2, T=30 C
Δ H4, T=48oC
Neraca panas kristaliser (X – 320) : Masuk ∆H1
Kkal Keluar 604938,0622 ∆H2
Kkal 299484,9601
Q loss Q serap Total masuk 604938,0622 Total keluar 7. Rotary Dryer (B – 340)
Udara keluar T = 51,5 oC
Udara masuk T = 100 o C Rotary Dryer
Kristal basah T = 60 o C
Neraca panas rotary dryer (B – 340) :
Kristal kering T = 80 o C
60493,80622 244959,2929 604938,0622
IV-6
Masuk CaCl2.2H2O CaCl2 H2O
H Udara masuk Total masuk
Kkal Keluar 8532,4103 Ke Screw : 1166,9876 CaCl2.2H2O 7783,5661 CaCl2 H2O Ke Cyclone : CaCl2.2H2O CaCl2 H2O H2O (v) 418565,9236 H Udara keluar 511023,6027
Total keluar
Kkal 131094,2575 1835,9070 4852,9244 63,2267 0,8827 2,3419 81749,4129 291424,6496 511023,6027
8. Heater udara (E – 342) Steam T = 148 o C
Udara in T = 30 oC
Udara out T = 120 o C
Pemanas Udara
Kondensat T = 148 o C
Neraca panas Heater udara (E – 342) : Masuk Udara masuk
kkal Keluar 7051903,041 Udara keluar
Q Steam
655228,4505 Q loss
385356,5746
7707131,492
7707131,492
Total masuk
Total keluar
kkal 7321774,917
BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK
9.1 Lokasi Pabrik Dalam perencanaan pabrik, penentuan lokasi pabrik merupakan faktor yang sangat penting. Hal ini disebabkan karena lokasi suatu pabrik berpengaruh terhadap perolehan bahan baku, perolehan tenaga kerja, fasilitas angkutan, distribusi produk, dan lain-lain. Mengingat alasan tersebut diatas, maka dalam mendirikan suatu pabrik perlu dipertimbangkan pemilihan lokasi pabrik yang sebaik mungkin. Dalam penentuan lokasi tersebut didasarkan pada pertimbanganpertimbangan teknis dan ekonomis, dan umumnya terdapat dua faktor yang digunakan dalam penentuan lokasi, yaitu: faktor utama dan faktor khusus. Faktor utama digunakan untuk menentukan region industri pabrik yang akan didirikan, sedangkan faktor khusus digunakan untuk memilih lokasi pabrik dalam region industri yang telah ditentukan. 1. Faktor Utama Yang termasuk faktor utama adalah: a. Bahan baku (Raw material) Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: −
Harga bahan baku
−
Besarnya persediaan bahan baku
−
Pengangkutan bahan baku dan biayanya
IX -1
IX -2
−
Kualitas bahan baku yang tersedia dan apakah kualitas yang tersedia itu memenuhi spesifikasi bahan yang diharapkan
b. Pemasaran (Marketing) Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: −
Besarnya kebutuhan pasar akan produk
−
Jarak dari pabrik ke pasaran
−
Fasilitas pergudangan
−
Kemungkinan naik turunnya kebutuhan pasar di kemudian hari
−
Adanya persaingan pada waktu sekarang maupun yang akan datang
c. Power dan persediaan bahan bakar Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: −
Adanya tenaga listrik dan bahan bakar
−
Kapasitas persediaan pada saat sekarang maupun yang akan datang
−
Harga listrik dan bahan bakar
d. Persediaan air Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai −
Persediaan air setiap saat
−
Kualitas air
−
Biaya (harga air dan biaya pengolahan air)
e. Iklim atau cuaca Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: −
Kelembaban udara
−
Sering tidaknya terjadi bencana alam
IX -3
−
Kecepatan angin rata-rata
−
Biaya pendirian yang berhubungan dengan faktor diatas
2. Faktor Khusus Yang termasuk faktor khusus adalah: a. Transportasi Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: -
Ada tidaknya berbagai macam angkutan (darat, laut, dan udara) baik untuk bahan baku, hasil produksi dan juga pegawai
-
Ada tidaknya jalan menuju lokasi pabrik
-
Ongkos pengangkutan
b. Pembuangan limbah (waste disposal) Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: -
Jenis buangan dapat berupa padat, cairan, slurry, maupun gas
-
Ada tidaknya tempat pembuangan
-
Pengolahan buangan
-
Hukum mengenai peraturan atau waste disposal yang ada
c. Tenaga kerja (labor) Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: -
Ada tidaknya tenaga ahli dan terampil.
-
Sistem perburuhan termasuk upah
-
Persatuan tenaga kerja
-
Apakah ada lembaga untuk training di daerah tersebut
IX -4
d. Peraturan Pemerintah Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: -
Peraturan pemerintah mengenai zone industri
-
Peraturan pemerintah mengenai penggunaan tanah, bangunan, jalan
-
Peraturan pemerintah mengenai buangan dan polusi
-
Peraturan pemerintah mengenai perpajakan, asuransi, dan perburuhan
e. Keadaan khusus dari lokal Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: -
Struktur alam
-
Luas tanah yang tersedia
-
Harga tanah di tempat itu
-
Fasilitas-fasilitas tertentu yang sudah ada di tempat itu
-
Kemungkinan untuk perluasan
f. Perpajakan dan Asuransi -
Harus mengetahui macam pajak dan sistem yang berlaku, misalnya pajak kekayaan, pajak upah, pajak penghasilan, pajak persero dan peraturanperaturan yang berhubungan dengan perpajakan.
-
Asuransi peralatan, asuransi jiwa, asuransi kecelakaan kerja, dan lainlain
g. Komunitas Pemilihan lokasi didasarkan pada pertimbangan mengenai: -
Aspek kultural dan keagamaan dari penduduk di sekitarnya
-
Apakah daerah tersebut merupakan daerah pertanian, perumahan,
IX -5
perindustrian, atau perdagangan -
Ada tidaknya fasilitas kesehatan (rumah sakit, dokter) dan fasilitas rekreasi
Dari faktor utama dan faktor khusus yang telah diuraikan di atas maka dipilih lokasi pabrik Kalsium Klorid Dihidrat di daerah Tuban, Jawa Timur
Gambar 9.1 Peta Indonesia
Gambar 9.2 Peta Jawa Timur
IX -6
Lokasi pabrik Gambar 9.3 Peta Gresik
9.2 Tata Letak Pabrik (Plant Lay out) Penyusunan tata letak pabrik merupakan hal yang cukup penting yang menentukan efisiensi dan kelancaran kegiatan operasi dalam suatu pabrik. Dalam penyusunan tata letak pabrik ini harus diatur sedemikian rupa sehingga dapat memberikan sistem operasi yang baik dan lancar, konstruksi yang baik dan ekonomis, pemeliharaan yang efektif, pengaturan peralatan dan bangunan yang fungsional, menciptakan suatu suasana kerja yang baik, menimbulkan kegairahan kerja dan menjamin keselamatan kerja para karyawan. Penyusunan tata letak dari pabrik ini, secara langsung akan berpengaruh sekali terhadap: - Efisiensi
IX -7
- Biaya pabrik (biaya produksi) - Keselamatan kerja - Investasi (modal kerja) Semua pabrik akan memiliki susunan tata letak yang berbeda meskipun pabrik tersebut sejenis, sebab untuk membuat tata letak harus mempertimbangkan factor-faktor antara lain: maintenance, safety, efisiensi, dan lain-lain. Tujuan dari tata letak pabrik ini adalah: -
Untuk mengatur peralatan pabrik seefisien mungkin
-
Untuk keselamatan kerja
-
Mempermudah pemeliharaan
-
Menekan biaya serendah mungkin
-
Menjamin gairah kerja para karyawan
-
Meningkatkan fungsi peralatan dan bangunan. Pada Pra Rencana Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat dari Limestone dan
asam klorida ini akan disediakan tanah seluas : 1400 m2 x 100 m2 = 140000 m2 Perencanaan Pabrik CaCl2.2H2O dapat dilihat pada tabel 9.1 dibawah ini:
IX -8
Tabel 9.1 Perencanaan Pabrik CaCl2.2H2O No. Bangunan 1 Pos keamanan 2 Parkir khusus tamu 3 Parkir karyawan 4 Parkir truk 5 Kantin 6 Poliklinik 7 Mushola 8 Toilet 9 Unti PMK 10 Gudang peralatan 11 Bengkel 12 Laboratorium quality control 13 Kantor umum 14 Departemen produksi 15 Departemen teknik 16 Kantor devisi litbang 17 Perpustakaan 18 Area pengolahan limbah 19 Boiler 20 Unit listrik/ generator
21 22 23 24 25 26 27 28
Ruang control Area penyimpanan bahan baku Area penyimpanan produk Area proses Area utilitas dan unit pengolahan air serba guna Area perluasan Jalan, taman dan halaman Total
Ukuran 15 x 20 30 x 20 20 x 50 50 x 50 25 x 20 25 x 20 50 x 20 25 x 20 40 x 10 50 x 40 50 x 40 50 x 40 50 x 40 20 x 42,5 20 x 42,5 20 x 42,5 25 x 20 60 x 50 20 x 35 20 x 50
Luas (m2) 300 600 1000 2500 500 500 1000 200 400 2000 2000 1500 2000 850 850 850 500 3000 750 1000
125 x 10 100 x 50 120 x 50 500 x 100 100 x 50 50 x 40 300 x 100 -
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengaturan tata letak pabrik: 1. Letak Tangki Storage
1250 5000 6000 50000 5000 2000 30000 18450 140000
IX -9
Storage penyimpanan bahan baku, intermediate produk dan hasil produk diletakkan di tempat berbeda-beda atau diletakkan di tempat yang saling berdekatan, tentu saja dengan memperhatikan letak benda yang disimpan. Misalnya: benda-benda yang membahayakan harus dipikirkan dan diletakkan di tempat-tempat terisolir. Kesukarannya adalah jika kuantitasnya besar. Bila diletakkan di daerah yang berdekatan, menguntungkan dilihat dari segi material handling, tetapi menimbulkan rintangan bagi perluasan pabrik di masa yang akan datang. Seringkali kita memanfaatkan tempat ketinggian untuk storage sehingga pemindahan dengan sistem gravitasi. 2. Layout dari peralatan Peralatan harus mempunyai ruangan yang cukup besar tetapi tidak berlebihan. Hal ini harus dipertimbangkan agar pemeriksaan peralatan dan perbaikan dapat dilakukan. Tidak jarang alat yang sudah dipasang harus dipindahkan karena ternyata pemasangan pertama kurang harmonis walaupun sudah dipertimbangkan secara masak pada waktu konstruksi. Suatu pabrik kurang menguntungkan bila alat-alat diletakkan berdekatan. Berilah ekstra ruangan beberapa persen, hal ini akan lebih murah bila dibandingkan kalau kita harus memindahkan alat-alat itu dan kesukarankesukaran kalau alat terlalu berdekatan. Untuk peralatan overhead (diatas lantai) memerlukan tempat-tempat kosong di bagian atasnya. 3. Faktor keamanan Keamanan yang perlu diperhatikan pada layout ada dua macam yaitu:
IX -10
-
Keamanan pada waktu pembangunan
-
Keamanan pada waktu pabrik beroperasi Berhubungan dengan faktor keamanan terutama untuk pabrik berjalan,
maka kita harus menyediakan tempat luas untuk bahan-bahan beracun, alat pemadam kebakaran, tempat-tempat ruang gerak bebas untuk lalin, menyediakan hose, benteng-benteng untuk benda-benda eksplosif, dan sebagainya. Harus dipikirkan keamanan pabrik dan keselamatan kerja semaksimal mungkin.
4. Kemungkinan perluasan pabrik Dalam pembuatan layout harus memberi ruangan yang cukup untuk perluasan. Perluasan ini dapat timbul karena kenaikan produksi, pengolahan produk samping, pembuatan produk-produk baru dengan bahan yang dihasilkan dari pabrik atau karena hal-hal lain. 5. Ruangan-ruangan lantai Ruangan lantai (floor space) merupakan bagian penting dalam perencanaan. Kita harus menggunakan ruangan lantai ini seekonomis mungkin dengan memperhatikan pemeliharaan yang baik, perpindahan bahan dan kenyamanan operator. Untuk peralatan yang membutuhkan perawatan sering diberi ruang yang cukup tetapi tidak berlebihan. 6. Utilitas
IX -11
Menyngkut distribusi gas, udara, power, bahan bakar, dsb. Pelayanan ini harus ditempatkan dan direncanakan agar dalam penggunaannya nanti setelah operasi yang terakhir mudah dilaksanakan dengan ongkos serendah mungkin. Perpipaan yang berhubungan dengan utilitas hendaknya jangan diletakkan di permukaan lantai. Biasanya beberapa feet antara lantai dengan atasnya yang bias dilalui orang. Biasanya pipa-pipa tersebut sudah diberi nomor, kode dan warna sesuai dengan ukuran dan fungsinya. Misal :
Warna merah untuk steam Warna biru untuk air Warna putih untuk gas
7. Bangunan Setelah mengatur lokasi dari peralatan kemudian dilakukan pemilihan bentuk bangunan. Biasanya sudah ada bangunan standar (dari Perry) atau minta bantuan ahli. Bangunan harus disesuaikan dengan kebutuhan proses. Untuk outdoor construction (peralatan sama sekali tanpa bangunan/tertutup). Biasanya bangunan diperlukan untuk central panel. Dalam layout bangunan ini tidak boleh dilupakan cara pembuangan bahan buangan yang berupa liquida, gas, debu, dsb, dengan menyediakan ventilasi secukupnya. Absorber untuk fume atau gas, drainage, dan alat-alat yang serupa lainnya. 8. Material hadling equipment (peralatan penangan bahan)
IX -12
Handling Equipment dari bahan harus diatur sedemikian rupa sehingga handling adalah seminimum mungkin. Biasanya material handling merupakan faktor kecil dan penilaian yang lebih mendasar baru dilakukan apabila material handling tersebut merupakan faktor yang sangat penting pada pabrik itu. Misal: handling pemasukan liquida dalam botol (bottling) Material handling jangan diletakkan terlalu jauh karena dapat menyebabkan harga menjadi mahal. Bila dengan sistem pneumatic conveying sebisanya diletakkan berdekatan. 9. Plant service Seperti bengkel, kantin, PPPK, rung ganti pakaian, dsb harus diletakkan sedemikian rupa sehingga didapat efisiensi seoptimal mungkin dari pengunaannya. Disamping itu kalau ada gangguan operasi dan kesehatan dapat diusahakan seminimal mungkin. 10. Jalan raya Biasanya pabrik didirikan di pinggir jalan dan mempunyai akses jalan dari pabrik ke jalan raya, maksudnya supaya segala sesuatu yang berhubungann dengan luar mudah dilakukan, disamping itu diperhatikan pula fasilitas pelabuhan yang ada. Lay out pabrik ini dibagi menjadi 2 bagian besar, yaitu : 1. Tata letak pabrik (plant lay out). 2. Tata letak peralatan proses (process lay out).
9.2.1
Tata Letak Pabrik
IX -13
Pengaturan posisi bangunan diatur sedemikian rupa agar transportasi proses dan lalu lintas manusia menjadi efektif dan efisien. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam tata letak pabrik adalah : 1. Letak bangunan hendaknya memperlancar keperluan administrasi. 2. Bahan baku dan produk dapat didistribusikan dengan mudah ke dalam maupun keluar pabrik. 3. Letak bangunan proses berpisah dari perkantoran. 4. Menempatkan bahan-bahan yang berbahaya di daerah terisolasi. 5. Menyediakan lahan kosong untuk perluasan pabrik.
Tata letak Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat dapat dilihat pada gambar 9.2.1 dibawah ini:
IX -14
Sungai
U B
T
29
19
S
26
24 23 8 20
24
21
4 23
9
25
6
12 10 14
15
18
27
8 22 11
13
5
16
17
3
7
1
29
1
2
1
29
Jalan Raya
Gambar 9.4 Tata Letak Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat Keterangan:
IX -15
1
Pos keamanan
2
Parkir khusus tamu
3
Parkir karyawan
4
Parkir truk
5
Kantin
6
Poliklinik
7
Mushola
8
Toilet
9
Unit PMK
10
Gudang peralatan
11
Bengkel
12
Laboratorium qualty control
13
Kantor umum
14
Departemen produksi
15
Departemen teknik
16
Kantor devisi litbang
17
Perpustakaan
18
Koperasi
19
Area pengolahan limbah
20
Boiler
21
Unit istrik/ generator
22
Ruang control
23
Area penyimpanan bahan baku
24
Area penyimpanan produk
25
Area proses
26
Area utilitas dan unit pengolahan air
27
serba guna
28 29
Area perluasan Jalan, taman dan halaman
9.2.2 Tata Letak Peralatan Proses
IX -16
Dalam perencanaan process layout ada beberapa hal yang perlu diperhatikan,yaitu : 1. Aliran bahan baku dan produk. Pengaturan aliran bahan baku dan produk yang tepat dapat menunjang kelancaran dan keamanan produksi. Pemasangan elevasi perlu memperhatikan ketinggian. Biasanya pipa atau elevator dipasang pada ketinggian minimal 3 meter agar tidak mengganggu lalu lintas karyawan. 2. Aliran udara. Aliran udara di sekitar area proses harus lancar agar tidak terjadi stagnasi udara pada tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia berbahaya sehingga mengancam keselamatan pekerja. 3. Pencahayaan. Penerangan seluruh area pabrik terutama daerah proses harus memadai apalagi pada tempat-tempat yang prosesnya berbahaya sangat membutuhkan penerangan khusus. 4. Lalu lintas manusia. Dalam perencanaan process layout perlu memperhatikan ruang gerak pekerja agar dapat mencapai seluruh alat proses dengan mudah dan cepat sehingga penanganan khusus seperti kerusakan alat (trouble shooting) dapat segera teratasi. 4. Efektif dan efisien. Penempatan alat-alat proses diusahakan agar dapat menekan biaya operasi tapi sekaligus menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik sehingga dapat
IX -17
menguntungkan dari segi ekonomis. 5. Jarak antar alat proses. Untuk alat proses bertekanan tinggi atau bersuhu tinggi sebaiknya berjauhan dari alat lainnya agar bila terjadi ledakan atau kebakaran tidak cepat merambat ke alat proses lainnya. Tata letak peralatan proses dapat dilihat pada gambar 9.5 dibawah ini:
J-223
E-312 G-313
F-221 R-210
M-220
V-310 E-342
H-240
G-341
H-330 J-332
Limestone
J-130
F--350
X-320
H-230
J-222
B-340
C-131 F-241
J-133
H-343
R-110
F-113
U B
F-121
T
M-120 S
Gambar 9.5 . Tata letak peralatan
Keterangan:
IX -18
Kode R-110 F-113 F-121 F-122 J-130 C-131 J-133 M-220 F-221 J-220 J-223 R-210 H-230
Nama Alat Reaktor Tangki penampung CO2 Tangki HCl Tangki Pengencer HCl Screw conveyor Ball Mill Bucket Elevator Tangki Ca(OH)2 Tangki CaO Screw conveyor Bucket Elevator Reaktor Netralisasi Thickener
Kode H-240 F-241 V-310 E-312 G-333 X-320 H-330 J-331 B-340 G-341 E-342 J-345 F-380
Nama Alat Rotary drum vacum filter Tangki penampung CaCl2 Evaporator Barometrik kondensor Steam jet ejector Kristaliser Centrifuge Screw conveyor Rotary dryer Blower udara Heater udara Bucket elevator Tangki penyimpanan produk
BAB V SPESIFIKASI ALAT
1. Tangki penampung HCl (F – 121) Fungsi
: Menampung HCl
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas standard dished head dan
tutup bawah berbentuk plat datar Diameter dalam
: 232,3192 in
Tinggi silinder: 348,4782 in Tebal silinder :
1 in 4
Tebal tutup bawah
:
1 in 4
Tebal tutup atas
:
1 in 4
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 buah
2. Pompa larutan HCl (L-122) Fungsi
: Memompa larutan HCl dari tangki penampung HCl menuju ke tangki pengenceran HCl
Tipe
: Centrifugal Pump
Kapasitas
: 85,1577gpm
Efisiensi pompa : 60%
V-1
V-2
Power motor
: 3 hp
Ukuran pipa
: 3 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
3.
: Stainless Steel
: 1 buah
Tangki pengencer HCl (M - 120) Fungsi
: Mengencerkan HCl 26,9 % menjadi HCl 17,5 %.
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berupa standard dished head dan dilengkapi dengan pengaduk.
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel SA-204 grade C tipe 316
Kapasitas
: 13909,34 kg = 30664,53 lb
Jumlah tangki
: 1 buah
Ukuran
:
Tangki : Diameter dalam tangki : 94,0476 in Tinggi tangki
: 177,9 in
Tebal silinder
:
Tinggi silinder
: 141,0714 in
3 in 16
Tebal tutup atas dan bawah
:
3 in 16
Tinggi tutup atas dan bawah : 0,4677 in
V-3
sf atas = sf bawah
: 2 in
tinggi jaket
: 60,4596 in
Impeller : Jenis impeller
: four-pitched blades turbin
Diameter impeller
: 2,6124 ft
Kecepatan impeller
: 65 rpm
Lebar impeller
: 0,5225 ft
Panjang impeller
: 0,6531 ft
Jumlah impeller
: 1 buah
Power impeller
: 1,5 hp
Baffle : Lebar baffle
: 0,6531 ft
Jumlah
: 4 buah
4. Pompa larutan HCl (L-123) Fungsi Type Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah 5. Open Yard
: Memompa larutan HCl dari tangki pengenceran ke reaktor. : Centrifugal Pump : 129.900 gpm : 6 hp : 4 in sch 40 : Stainless steel :1
V-4
Kapasitas Volume Panjang Lebar
: 6,7700 : 200.000 : 50 :120
ton/jam m3 m m
6. Belt Conveyor (J – 130) Fungsi
: Untuk mengangkut bahan baku limestone dari open yard ke ball mill (C-131).
Type
: Troughed Belt Conveyor
Kapasitas
: 32 ton/jam
Bahan
: karet
Lebar
: 14 in
Panjang
: 10 m
Kemiringan
: 20o
Kecepatan belt
: 30,5 m/min
Power motor
: 1 hp
Jumlah
: 1 buah
7. Ball Mill (C – 131) Fungsi
: Menghaluskan bahan baku limestone sebelum masuk Vibrating Screen (H-132).
Type Kapasitas
: Marcy Ball Mill : 180 ton/hari
V-5
Ukuran
: 5 x 4 ft
Berat bola
: 5,25 ton
Kecepatan
: 27 rpm
Power
: 47 Hp
Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
8. Vibrating Screen (H-132) Fungsi
: Untuk mendapatkan limestone dengan ukuran 48 mess.
Tipe
: High speed vibrating screen
Ukuran
: 54,3750 ft2
Kecepatan vibrasi : 25 – 120 vibrasi/detik Power
: 13 hp
Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah
: 1 buah
9. Bucket Elevator (J – 133) Fungsi
: Untuk mengangkut bahan baku limestone dari vibrating screen (H-132) ke reaktor (R-110).
Type
: Centrifugal discharge bucket elevator
Laju alir masuk
: 6728,9096 kg/jam = 6,7289 ton/jam = 147,0938 ton/hari
V-6
Tinggi elevasi
: 25 ft
Kecepatan bucket : 225 ft/min Bucket spacing
: 12 in
Ukuran Bucket
: 6 x 4 x 4,25 in
Lebar belt
: 7 in
Putaran head shaft : 1 hp : Head : 1 1516 in
Diameter shaft
Tail : 1 1116 in Diameter pully: Head
: 20 in
Tail : 14 in Jumlah
: 1 buah
10. Reaktor (R – 110) Fungsi : Tempat terjadinya reaksi antara limestone dengan larutan HCl. Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berupa standar dished head, dilengkapi pengaduk, dan sistem pemanas menggunakan coil.
Laju alir volumetrik feed masuk
: 989,6675 ft3/jam
Bahan konstruksi
: high silicon cast iron
Waktu tinggal
0,5207 jam
Jumlah tangki
: 1 buah
Ukuran
:
V-7
Tangki : Diameter dalam tangki : 93,8448 in Tinggi tangki
: 140,7672 in
Tinggi silinder
: 118,6824 in
Tinggi tutup atas
: 18,4143 in
Tinggi tutup bawah
: 18,5829 in
Tebal silinder
:
3 in 16
Tebal tutup atas
:
3 in 16
Tebal tutup bawah
:
3 in 16
sf atas = sf bawah
: 2 in
Koil Pemanas : - panjang coil : 289,6349 in - diameter coil : 84,8184 in - jumlah lilitan: 21 lilitan Pengaduk : Jenis impeller
: four-pitched blades turbin
Diameter impeller
: 2,6068 ft
Lebar impeller
: 0,5214 ft
V-8
Panjang impeller
: 0,6517 ft
Jarak antar impeller
: 5,1099 ft
Kecepatan impeller
: 90 rpm
Power impeller
: 7 hp
Jumlah impeller
: 2 buah
11. Pompa ke Reaktor Netraliser (L-111) Fungsi
: Memompa larutan dari Reaktor (R-110) ke Reaktor Netraliser
Type Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah
(R210). : Centrifugal Pump : 135,5198 gpm : 5 hp : 4 in sch 40 : Carbon Steel :1
12.Blower CO
2
Fungsi
(G – 112) : Mengalirkan CO2 dari reaktor (R-110) ke tangki penampung CO2 (F-113).
Type
: Centrifugal Blower
Kapasitas
: 6468,9565 lb/jam
Power motor : 0,5 hp Bahan
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 buah
V-9
13. Tangki Penampung CO2 (F-113) Fungsi
: Untuk Menampung produk samping CO2 selama 30 hari
Type
: Spherical Tank
Kapasitas
: 6040,969 m3
Dimensi
:d ts
= 11,29 ≈ 12 m =
5 in 16
Bahan
: High Alloy Steel SA-240 Grade B
Jumlah
: 1 buah
14. SILO CaO (F-221) Fungsi Type
= Menampung bahan baku CaO. = Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan
Kapasitas Diameter dalam Tinggi silinder Tinggi tutup atas Tinggi tutup bwh Tebal silinder Tebal
tutup
atas
Tebal
tutup
bwh
Sf bawah Bahan konstruksi Jumlah
= = = = = = = =
tutup bawah berbentuk konis. 99,2825 lb/jam 2,3947 ft 2,3947 ft 0,0208 ft 2,4281 ft 3 in 16 1 in 4 3 in 16
= 2 in = Carbon steel = 1 buah
15. Screw Conveyor (J-222)
V - 10
Fungsi
: Mengangkut CaO dari silo CaO (F-221) ke bucket elevator (J-223)
Type
: Horisontal screw conveyor with bin gate & plain discharge opening
Kapasitas
: 44,7530 kg/jam
Kecepatan
: 55 rpm
Diameter flight
: 10 in
Diameter pipa
: 2,5 in
Diameter shaft: 2 in Panjang
: 25 ft
Power
: 0,5 Hp
Bahan
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
16. Bucket Elevator (J – 223) Fungsi
: Untuk mengangkut bahan baku CaO dari screw conveyor
Type Kapasitas
(J-223) ke ke tangki penampung Ca(OH)2 (M-220). : Centrifugal Discharge Bucket Elevator : 0,0450 ton/jam
Kapasitas max Tinggi elevasi Kecepatan bucket Bucket spacing Ukuran bucket Lebar belt Putaran head shaft Power Diameter shaft: Head
:14 ton/jam : 25 ft : 77,0191 ft/min : 12 in : 6 x 4 x 4,25 in : 7 in : 43 rpm : 0,5 hp : 1 1516 in
V - 11
Tail
: 1 1116 in
Diameter pully:
: 20 in
Head Tail Bahan konstruksi Jumlah
:14 in : High Silicon Cast Iron : 1 buah
17. Tangki Ca(OH)2 (M-220) Fungsi
: Untuk membuat larutan Ca(OH)2 dari CaO dengan H2O
Kapasitas bahan masuk : 59,1174 kg/jam = 3127,9253 lb/hari Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk standard dished
Diameter dalam
: 36,1308 in
Tinggi silinder
: 54,1962 in
Tebal silinder
:
3 in 16
Tebal tutup bawah:
3 in 16
Tebal tutup atas
3 in 16
:
Bahan konstruksi : Stainless steel Jumlah
: 1 buah
18. Pompa ke Reaktor Netraliser (L-224) Fungsi
: Memompa larutan dari tangki Ca(OH)2 (M-220) menuju
V - 12
ke reaktor netraliser (R-210). : Centrifugal pump : 0,6860 gpm : 0,5 hp : 1/8 in sch 40 : Carbon Steel 1
Type Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah
19. Reaktor Netralizer (R-210) Perhitungan Reaktor Netralizer dapat dilihat pada Bab VI Perancangan Alat Utama oleh Endah Via Dolorosa.(0305010034)
20. Pompa ke Thickener (L-211) Fungsi
: Memompa larutan dari Reaktor Netralizer (R-210) menuju ke Thickener (H-230).
Type
: Pompa Centrifugal
Kapasitas
: 212,5352 gpm
Efisiensi pompa : 80% Power motor
: 6 hp
Ukuran pipa
: 6 in schedule 40
Bahan konstruksi: Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
21. Thickener (H-230) Fungsi
: Untuk mengendapkan padatan-padatan yang tidak diinginkan, yaitu Mg(OH)2, Ca(OH)2 dan impurities yang ada.
V - 13
Type
: Tangki berbentuk silinder tegak dengan bagian atas terbuka dan bagian bawah tertutup berbentuk toriconical
Kapasitas : 760137,8400 kg/hari Kondisi operasi
: bahan masuk thickener pada suhu 35,3714°C
Diameter dalam
: 157,242 in
Tinggi tangki
: 10,1379 ft
Tinggi tutup bawah : 6,5518 ft Tebal silinder
:
3 in 16
Tebal tutup bawah
:
3 in 16
Sf bawah
: 2 in
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 buah
22. Rotary Drum Vacuum Filter (H-240) Fungsi
: Untuk memisahkan MgCl2 dan filtrat yang masih terikut dari thickener (H-230).
Tipe
: Rotary drum filter
Kapasitas
: 31471,9 kg/hari
Diameter
: 6 in
Panjang
: 4 ft
Kecepatan
: 0,2 rpm
Power motor
: 11 Hp
V - 14
Jumlah
: 1 buah
23. Tangki Penampung CaCl2 (F-241) Fungsi
: Untuk menampung larutan CaCl2 dari Rotary Drum Vacum Filter (H-240) dan recycle dari centrifuge (H-330).
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas standard dished head dan tutup bawah berbentuk konis
Diameter dalam
: 228,6046 in
Tinggi silinder
: 525,3795 in
Tebal silinder
:
5 in 16
Tebal tutup bawah
:
1 in 4
Tebal tutup atas
:
1 in 4
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 buah
24. Pompa ke Evaporator (L-242) Fungsi
: Memompa larutan dari tangki penampung CaCl2 (F-241)
menuju ke evaporator (V-310). Type
: Centrifugal Pump
V - 15
Kapasitas
: 166,3834 gpm
Efisiensi pompa
: 80%
Power motor
: 2 hp
Ukuran pipa
: 4 in schedule 40
Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
25. Evaporator (V-310) Perhitungan Evaporator (V-310) dapat dilihat pada Bab VI Perancangan Alat Utama oleh Elmi Yuni Adi Maghfiroh
26. Pompa ke Kristaliser (L-311) Fungsi : Memompa larutan dari evaporator (V-310) ke kristaliser (X-320) Tipe : Centrifugal Pump Kapasitas :180,5494 gpm Power motor : 0,5 hp Ukuran pipa : 6 in sch 40 Bahan : Carbon steel Jumlah :1 27. Barometrik Kondensor (E- 312) Fungsi
: Mengkondensasikan uap yang keluar dari evaporator (V-310)
Tipe
: Dry air counter current barometric condensor
Dimensi
: Diameter = 10 ft Tinggi = 8 ft
Kebutuhan air pendingin
: 222643,0818 lb/jam
Bahan konstruksi
: Carbon steel
V - 16
Jumlah
: 1 buah
28.Steam Jet Ejektor (G-313) Fungsi
: Mempertahankan kondisi vakum pada evaporator (V-310).
Tipe
: Single stage steam jet ejector
Psuction
: 357,6264 mmHg
Kapasitas udara
: 20 lb/jam
Dimensi
: ~ D1 = 4 in ~ D2 = 3 in ~ L = 27 in ~ A = 5,2002 in ~ Dd = 4 in ~ Dn = 0,3 in
Berat
: 231,3211 lb
Kebutuhan steam : 177,1200 lb/jam Bahan
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 buah
29. Hot Well (F-314) Fungsi
: Untuk menampung kondensat dari baromatrik kondensor (E-312)
Kapasitas
: 39059,6544 lb/jam
V - 17
Panjang
: 7,7128 ft
Lebar
: 3,8564 ft
Tinggi
: 4 ft
Jumlah
: 1 buah
30. Kristalizer ( X-320 ) Fungsi
: Untuk membentuk kristal CaCl2.2H2O
Tipe
: Swenson Walker Crystallizer
Kapasitas Lebar
: 18826,8070 kg/jam : 24 in
Panjang per unit : 20 ft Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
31. Centrifuge (H – 330) Fungsi
: Memisahkan kristal CaCl2.2H2O dengan mother liquor yang keluar dari kristaliser (X-320).
Tipe
: Disk Centrifuge
Diameter drum : 24 in Kecepatan putar : 1500 rpm Power motor
: 6,5 hp
Bahan
: High Silicon Cast Iron
V - 18
Jumlah
: 1 buah
32. Pompa ke Tangki Penampung CaCl2 (L-331) Fungsi Tipe Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah
: Memompa larutan dari centrifuge (H-330) ke tangki penampung CaCl2 (F-241) : Centrifugal pump : 37,6504 gpm : 0,5 hp : 2 ¼ in sch 40 : Carbon steel :1
33. Screw Conveyor (J-332) Fungsi
: Mengangkut kristal basah CaCl2.2H2O dari centrifuge (H-330) menuju rotary dryer (B-340)
Tipe
: Horisontal Screw Conveyor With Bin Gate & Plain Discharge Opening
Kapasitas
: 8959,0308 kg/jam
Kecepatan
: 55 rpm
Diameter flight : 10 in Diameter pipa : 2,5 in Diameter shaft : 2 in Panjang
: 25 ft
Power
: 3 Hp
Bahan
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
V - 19
34. Rotary Dryer (B-340) Fungsi
: Mengurangi kadar air kristal basah CaCl2.2H2O dari Centrifu (H-330).
Tipe
: Direct heat rotary dryer
Diameter
: 4,1 ft
Panjang
: 7,4982 m = 24,6 ft
Jumlah flight : 12 buah Kecepatan putaran
: 3 rpm
Kemiringan
: 4 cm / m
Power motor
: 17 hp
Bahan konstruks
i
Jumlah
: carbon steel : 1 buah
35. Blower Udara (G – 341) Fungsi
: Menyuplai udara ke rotary dryer (B-340).
Tipe
: Centrifugal Blower
Kapasitas
: 26576,801 lb/jam
Power motor
: 8 hp
Bahan
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 buah
36. Heater Udara (E – 342) Fungsi
: Memanaskan udara yang akan masuk ke dalam rotary
V - 20
dryer (B-340). Tipe
: Shell And Tube Heat Exchanger
Ukuran
:
Shell Side : ID
= 23,25 in
Passes = 1 ΔP
= 1,8791 psi
Tube Side : OD
= ¾ in
BWG
= 16
Panjang = 8 ft Jumlah = 378 buah Pitch
= 1 in square pitch
Passes = 2 ΔP
= 0,0065 psi
Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
37. Cyclone Separator (H – 343) Fungsi
: Untuk memisahkan padatan kristal CaCl2.2H2O yang terikut keluar rotary dryer (B-340) bersama dengan udara pengering.
Tipe Ukuran
: High efficiency cyclone separator : DC = (8 . AC)0,5 = 1,2872 m BC = 0,3218 m De = 0,6436 m
V - 21
HC = 0,6436 m LC = 2,5744 m SC = 0,1609 m ZC = 2,5744 m JC = 0,3218 m Bahan konstruksi
: carbon steel
Jumlah
: 1 buah
38. Screw Conveyor (J-344) Fungsi
: Mengangkut kristal basah CaCl2.2H2O dari rotary dryer (B-340) menuju bucket elevator (J-345)
Type
: Horisontal Screw Conveyor With Bin Gate & Plain Discharge Opening
Kapasitas bahan masuk : 8838,3838 kg/jam Kecepatan
: 55 rpm
Diameter flight
: 10 in
Diameter pipa
: 2,5 in
Diameter shaft
: 2 in
Panjang
: 25 ft
Power
: 3 Hp
Bahan
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
V - 22
39. Bucket Elevator (J – 345) Nama alat Fungsi
: Bucket Elevator (J – 345) : Untuk mengangkut produk kristal CaCl2.2H2O dari screw
Tipe Kapasitas
conveyor (J-344) ke silo CaCl2.2H2O (F-350). : Centrifugal Discharge Bucket Elevator : 8,8384 ton/jam
Kapasitas max : 14 ton/jam Tinggi elevasi : 25 ft Kecepatan bucket : 77,0191 ft/min Bucket spacing : 12 in Ukuran bucket : 6 x 4 x 4,25 in Lebar belt : 7 in Putaran head shaft : 43 rpm Power : 0,5 hp Diameter shaft Head : 1 15 in 16 Tail 11 : 1 16 in Diameter pully Head : 20 in Tail : 14 in Bahan konstruksi : High Silicon Cast Iron Jumlah : 1 buah
40. Silo CaCl2.2H2O (F-350) Fungsi Tipe Kapasitas Diameter dalam Tinggi silinder Tinggi tutup atas Tinggi tutup bwh Tebal silinder Tebal tutup atas Tebal tutup bwh
: Menampung produk CaCl2.2H2O. : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan tutup bawah berbentuk konis. : 19485,1009 lb/jam : 197,31 in : 295,965 in : 0,25 in : 59,0889 in 3 : in 16 1 : in 4 :
3 in 16
V - 23
Sf bawah Bahan konstruksi Jumlah
: 2 in : Carbon Steel : 1 buah
BAB VI PERANCANGAN ALAT UTAMA
Nama alat
: Single Effect Evaporator
Type
: Short tube vertical (calandria) dengan tutup atas berbentuk standard dished dan tutup bawah berbentuk conis
Bahan konstruksi
: High Alloy Steel SA 240 Grade B Type 316
Perlengkapan
: Shell and tube exchanger, dimana pada bagian shell mengalir fluida yang akan dipekatkan, sedangkan pada bagian tube mengalir steam yang berfungsi sebagai media pemanas.
Dasar pemilihan
: -
Biaya rendah Koefisien perpindahan panas tinggi dengan luas perpindahan panas tinggi.
-
Terjadi pemindahan panas yang baik pada dinding tube.
-
Untuk cairan yang agak kental, atau hasilnya banyak mengandung kristal
Prinsip kerja
: Evaporator merupakan alat penguap atau pemekatan larutan yang terdiri dari silinder besar (shell) dan didalamnya terdapat pipa-pipa kecil (tube), steam dengan konsentrasi 40 % masuk ke dalam tube evaporator dan disirkulasikan pada tube evaporator tersebut sedangkan liquid yang digunakan sebagai pemanas berada didalam
VI-I
VI-II
shell sehingga terjadi kontak tidak langsung antara steam dan liquida yang akhirnya sebagian liquida (H2O) akan menguap dan sebagian liquida akan turun melalui down take untuk keluar sebagai liquida dengan konsentrasi yang lebih pekat.
Perencanaaan Massa masuk
= 36540,9360 kg/jam = 80558,1475 lb/jam.
Suhu larutan masuk
= 45o C = 113o F
Suhu larutan keluar evaporator = 90o C = 194o F Suhu steam (T1) = 148o C = 298,4o F Suhu steam kondensat (T2) = 148o C = 298,4o F Tekanan steam pemanas = 451,01 Kpa = 65,3964 psia Jumlah steam (s) = 23699,2907 kg/jam = 52247,45628 lb/jam Jumlah larutan yang keluar dari evaporator (L) = 41505,57871 lb/jam Jumlah uap yang keluar dari evaporator (V) = 39052,5688 lb/jam Direncanakan Bagian pemanas dan bagian badan akan berbentuk silinder vertikal dengan tutup atas berbentuk standard dishead dan tutup bawah berbentuk conis dengansudut puncak α = 1200 Bahan konstruksi High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316 dengan harga f = 18750
[App.D, Brownell and Young, hal. 342]
Efisiensi pengelasan jenis double welded dengan E = 0,8 dan C = 1/16 in
VI-III
6.1. Perhitungan Luas Pemanas Diketahui : F = Feed S = Steam V = Uap L = Larutan C = Kondensat Dari neraca massa diperoleh : F
=L +V
F
= 36540,9360 kg/jam = 80558,1475 lb/jam.
L
= 18826,807 kg/jam = 41505,57871 lb/jam
V
= 17714,1290 kg/jam = 39052,5688 lb/jam
Dari neraca panas diperoleh : S
= 23699,2907 kg/jam = 52247,45628 lb/jam
Q
= S .
λs
= 52247,45628 . 961,3758 = 5022944,08 Btu/jam ∆T
= Ts - T panas keluar = (298,4 - 194) o F
= 104,4 o F
Perhitungan Luas Pemanasan UD = 100 – 500 Btu/jam.ft2.oF UDtrial = 250 Btu/jam.ft2.oF A=
[Kern, hal 840]
Q 5022944,08 = = 481,1249 ft 2 = 44,6991m 2 U D trial x tΔ 250 x 104,4
VI-IV
Dari Ulrich tabel 4-7 hal.94, luas pemanas di antara 30 – 300 m2 menggunakan evaporator jenis short tube (calandria).
6.2. Perhitunngan Dimensi Bagian Pemanas (Tube) Dari tabel 10, Kern hal. 843 dirancang dimensi pemanas dengan menggunakan ukuran 1 in sch. 40, 16 BWG. Panjang tube = 8 ft Diameter luar (OD) = 1 in Diameter dalam (ID) = 0,87 in = 0,0725 ft Susunan tube = triangular pitch a’ = 0,594 in2 a” = 0,2618 ft2 Luas pemanasan = 1924,4996 ft2 A = Nt . a” . L Jumlah tube (Nt)
= A / (a” . l) = 481,1249 / (0,2618 . 8) = 229,7197 buah
Dipilih ukuran standar shell:
[Kern tabel 9 hal 842]
ID shell = 23 ¼ in dengan jumlah tube (Nt) = 232 dengan ukuran pitch = 1 ¼ in. Direncanakan susunan pipa berbentuk segitiga (triangular pitch)
VI-V
Gb.
Pt
Asumsi : Pt = 1 ¼ in = 0,1042 ft C = Pt – ID = 0,1042 – 0,0725 = 0,0317 ft Luasan triangular pitch = ½ x alas x ½ Pt sin 60 0 = ½ x 0,1042 x ½ 0,1042 x sin 60 = 0,002235 ft2 Jumlah luasan triangular = (n – 2) x luasan triangular Dimana n = jumlah tube Maka : Jumlah luasan triangular untuk penempatan tube = (232 – 2) x 0,00236 = 0,5428 ft2 Safety factor untuk penempatan tube = 10% = 1,1 x 0,5428 = 0,59708 ft2
VI-VI
6.3. Perhitungan Dimensi Evaporator Gb. V3
V2
Is
V1
Dimana : V1 = Volume tutup bawah V2 = Volume liquida dalam pipa V3 = Volume liquida di atas tube Ls
= Tinggi silinder
D
= Diameter calandria
Kapasitas larutan = 80558,1475 lb/jam Suhu feed masuk = 35O C = 113O F ρ campuran = 72,4188 lb/ft3 Direncanakan lama pemisahan dengan liquidanya ½ jam sehingga: 80558,1475 lb Vol. Liquida =
72,4188 lb
jam
ft 3
×
3 1 jam = 556,1964 ft jam 2
Asumsi = tangki terisi 80 % Volume tangki =
556,1964 = 695,2455 ft 3 0,8
VI-VII
Menentukan diameter dan tinggi tangki Ls = 1,5 di Volume tangki
π 2 π .d 3 3 = + di Ls + 0,084672 di 24.tg 1 / 2α 4
695,2455
= 0,0755di 3 + 1,1775 di3 + 0,084672 di3
[
[
] [
] [
di = 8,040 ft = 96,48 in Ls
= 1,5 . di = 1,5 . 8,040 = 12,06 ft = 144,72 in
Menentukan tinggi larutan pada bagian silinder Volume liquid
π 2 π .d 3 = + di Ls 24.tg 1 / 2α 4
π .(8,040) 3 π 2 556,1964 ft3/jam = + 4 (8,040) Ls 24.tg 60 556,1964
= 39,2578 + 50,7437Ls
Ls
= 6,1799 ft
Menentukan Tebal silinder P op
= 7,28 psia
]
]
VI-VIII
P hidrostatik =
ρ × hL × g
gc
144
=
72,4188 × 6,1799 × 1 = 3,1079 Psi 144
P design = = 7,28 + 3,1079 = 10,3879 Psia = 4,3121 psig Menentukan tebal silinder Diketahui : di
= 8,040 ft = 96,48 in
pi
= 3,2633 Psig
f
= 18750
E
= 0,8
C
= 1/16 in
ts =
pi.di + C dimana: 2( f .E − 0,6pi )
ts =
4,3121 × 96,48 1 3 + = 0,073 in = in 2(18750 × 0,8 − 0,6 × 4,3121) 16 16
Standarisasi di : do
= di + 2ts = 96,48 + 2. (3/16) = 96,855 in
Dari tabel 5.7. Brownell and Young hal 90 diperoleh : Do
= 96 in
di
= do - 2ts = 96 - 2. (3/16)
di
= 95,625 in = 7,9688 ft
Ls/di = 12,06 /7,9688 = 1,5134 > 1,5 (Memenuhi)
VI-IX
Menentukan ruang uap (Lru) Lru
= 2 . tinggi tube = 2 . 8 ft = 16 ft
Menentukan dimensi tutup atas dan bawah Dari tabel 5.7. hal. 90 Brownell and Young dengan OD = 96 in dan ts = 3/16 diperoleh Icr = 5 7/8 in. Dari tabel 5.6. hal 88 Brownell and Young diperoleh sf = 2
Menentukan tebal dan tinggi tutup atas Gb.
VI-X
OD
b = depth of dish
sf
OA
icr B
A ID
t r
a
C
Dimana : r = di
tha =
=
0,885 × pi × r + C f .E − 0,1 pi
0,885 × 4,3121 × 95,625 1 3 + = 0,0811 = in (18750 × 0,8 − 0,1 × 4,3121) 16 16
Tutup atas berbentuk standard dished di
= 95,625 in
rc
= 96 in
icr
= 5 7/8 in.
AB = (di/2)-icr = (95,625 /2) – 5,875 = 41,9375 in
VI-XI
BC = r – icr = 96 - 5,875 = 90,125 in AC =
( BC 2 − AB2 )
=
(90,125) 2 − ( 41,9375) 2
= 79,7732 in b
= r - AC = 96 - 79,7732 = 16,2268 in
Tinggi tutup atas (ha)
= thead + b + Sf = 3/16 + 16,2268 +2 = 18,4143 in =1,5345 ft = 0,4677 m
Menentukan tinggi dan tebal tutup bawah conical Gb. OD
sf
thb =
Pi.di + C 2( f .E − 0,6Pi ) cos1 / 2α
OA
VI-XII
thb =
4,3121 × 95,625 1 3 + = 0,0729 in = in o 16 16 2(18750 × 0,8 − 0,6 × 4,3121) cos 60
Tinggi tutup bawah (hb) Dari Brownell and Young tabel 5.8. hal. 90 untuk thb = 3/16 in, maka sf = 1,5 – 2,25 in. diambil sf = 2 in 1 / 2 d 1 / 2 × 95,625 = = 27,6038 in tg1/2α tg 60
b
=
hb
= b + sf
= 27,6038 + 2
= 29,6038 in = 2,4669 ft Total tinggi tangki
= tinggi tutup atas + tinggi silinder + tinggi tutup bawah = 18,4143 in + 144,72 in + 29,6038 in = 192,7381 in
Perhitungan down take
Gb.
VI-XIII
OD
ID
Direncanakan pan masakan calandria dengan pipa down take di tengah Diameter
down take = 0,25 diameter shell (Hugot, hal. 664)
DT
D
shell
= 0,25 x D
= 0,25 x 95,625 = 23,9063 in.
shell
Diameter ruang kosong = D
down take
–D
tube
-D
= 95,625 – 23,9063 – 0,75
= 70,9687 in
6.4. Perhitungan Nozzel a. Nozzel untuk steam masuk Massa steam masuk = 23699,2907 kg/jam = 52247,45628 lb/jam
VI-XIV
Suhu steam = 148o C = 298o F
ρ steam = 32,77 lb/ft3 µ steam = 1,488 Cp = 9,99 . 10-3 lb/ft.dtk
Kecepatan volumetric (Qf)
52247,45628 /3600 32,77
=
= 0,4449 ft3/dtk Asumsi : aliran turbulen Dioptimum
= 3,9 . (Øf)0,45 . ρ
0,13
[Peter and Timmerhaus pers 15. hal 496]
= 3,9 x (0,4429)0,45 x (32,77)0,13 = 4,2553 in Standarisasi ukuran pipa dari table 11, hal.844, Kern diperoleh : Ukuran pipa nominal = 4 in sch 40 OD
= 4,5 in
ID
= 4,026 in = 0,5054 ft
A
= 12,7 in2
Kecepatan linier (v)
=
NRE =
Qf 0,4429 = = 5,0215 ft / dtk A 0,0882
D.V . ρ 0,3355 × 5,0215 × 32,77 = = 5526,3317 > 2100 µ 9,99.10 − 3
NRe > 2100, maka asumsi bahwa aliran turbulen adalah benar.
b. Nozzel untuk feed masuk Massa feed masuk = 36540,9360 kg/jam = 80558,1475 lb/jam
VI-XV
Suhu feed = 45o C = 113o F
ρ campuran = 72,4188 lb/ft3 µ campuran = 0,0006 lb/ft.dtk
Kecepatan volumetric (Qf)
=
80558,1475 /3600 72,4188
= 0,3089 ft3/dtk Asumsi : aliran turbulen Dioptimum
= 3,9 . (Øf)0,45 . ρ
0,13
[Peter and Timmerhaus pers 15. hal 496]
= 3,9 x (0,3089)0,45 x (72,4188)0,13 = 4,0110 in Standarisasi ukuran pipa dari table 11, hal.844, Kern diperoleh : Ukuran pipa nominal = 4 in sch 40 OD
= 4,5 in
ID
= 4,026 in =0,3355 ft
A
= 12,7 in2 = 0,0882 ft
Kecepatan linier (v)
=
NRE =
Qf 0,3089 = = 3,5023 ft / dtk A 0,0882
D.V . ρ 0,3355 × 3,5023 × 72,4188 = = 141822,7631 > 2100 µ 0,0006
NRe > 2100, maka asumsi bahwa aliran turbulen adalah benar.
c. Nozzel untuk produk keluar Massa feed masuk = 18826,807 kg/jam = 41505,5787 lb/jam
VI-XVI
Suhu feed = 90o C = 194o F
ρ campuran = 96,1538 lb/ft3 µ campuran = 0,0006 lb/ft.dtk
Kecepatan volumetric (Qf)
=
41505,578 /3600 96,1538
= 0,1199 ft3/dtk Asumsi : aliran turbulen Dioptimum
= 3,9 . (Øf)0,45 . ρ
0,13
[Peter and Timmerhaus pers 15. hal 496]
= 3,9 x (0,1199)0,45 x (96,1538)0,13 = 2,7184 in Standarisasi ukuran pipa dari table 11, hal.844, Kern diperoleh : Ukuran pipa nominal = 3 in sch 40 OD
= 3,5 in
ID
= 3,068 in = 0,2557 ft
A
= 7,38 in2 = 0,05125ft
Kecepatan linier (v)
=
NRE =
Qf 0,1199 = = 2,3395 ft / dtk A 0,05125
D.V . ρ 0,2557 × 2,3395 × 96,1538 = = 95866,9652 > 2100 µ 0,0006
NRe > 2100, maka asumsi bahwa aliran turbulen adalah benar.
d. Nozzel untuk uap keluar Massa uap keluar = 17714,1290 kg/jam = 39052,56879 lb/jam
VI-XVII
Suhu uap keluar = 90o C = 194o F
ρ uap keluar = 62,3 lb/ft3 µ uap keluar = 1,353 Cp = 9,99 . 10-4 lb/ft.dtk
Kecepatan volumetric (Qf)
39052,56879 /3600 62,3
=
= 0,1741 ft3/dtk Asumsi : aliran turbulen Dioptimum
= 3,9 . (Øf)0,45 . ρ
0,13
[Peter and Timmerhaus pers 15. hal 496]
= 3,9 x (0,1741)0,45 x (62,3)0,13 = 5,7349 in Standarisasi ukuran pipa dari table 11, hal.844, Kern diperoleh : Ukuran pipa nominal = 6 in sch 40 OD
= 6,625 in
ID
= 6,065 in = 0,5054 ft
A
= 28.9 in2 = 0,2007 ft2
Kecepatan linier (v)
NRE =
=
Qf 0,1741 = = 0,8675 ft / dtk A 0,0882
D.V . ρ 0,5054 × 0,8675 × 62,3 = = 30048 > 2100 µ 9,99.10 − 4
NRe > 2100, maka asumsi bahwa aliran turbulen adalah benar.
e. Nozzel untuk kondensat keluar Massa kondensat keluar = 23699,2907 kg/jam = 52247,45628 lb/jam
VI-XVIII
Suhu kondensat keluar = 148o C = 298o F
ρ kondensat = 32,77 lb/ft3 µ kondensat = 1,488 Cp = 9,99 . 10-3 lb/ft.dtk
Kecepatan volumetric (Qf)
52247,45628 /3600 32,77
=
= 0,4449 ft3/dtk Asumsi : aliran turbulen Dioptimum
= 3,9 . (Øf)0,45 . ρ
0,13
[Peter and Timmerhaus pers 15. hal 496]
= 3,9 x (0,4429)0,45 x (32,77)0,13 = 4,2553 in Standarisasi ukuran pipa dari table 11, hal.844, Kern diperoleh : Ukuran pipa nominal = 4 in sch 40 OD
= 4,5 in
ID
= 4,026 in = 0,5054 ft
A
= 12,7 in2
Kecepatan linier (v)
=
NRE =
Qf 0,4429 = = 5,0215 ft / dtk A 0,0882
D.V . ρ 0,3355 × 5,0215 × 32,77 = = 5526,3317 > 2100 µ 9,99.10 − 3
NRe > 2100, maka asumsi bahwa aliran turbulen adalah benar.
6.5. Menentukan flange pada Nozzel
VI-XIX
Ukuran flange pada lubang digunakan standard 150 lb steel weeding-neek flanges (168) dari Brownell & Young, hal 221. Maka :
Tabel 6.6.1. Dimensi flange pada masing-masing nozzel (m) No. 1.
Lubanng Steam
NPS 4
A 9
T 1 5/16
R 6 3/16
E 5 5/16
K 4,50
L 3
B 4,03
2.
Feed
4
9
1 5/16 6 3/16
5 5/16
4,50
3
4,03
3. 4. 5.
Produk Kondensat Uap
3 4 6
7 1/2 9 11
1 5/16 5 1 5/16 6 3/16 1 8 1/2
4 1/4 5 5/16 7 9/16
3,50 2 3/4 4,50 3 6,63 3 1/2
Dimana: A
= diameter luar flange (in)
T
= ketebalan flange (in)
R
= diameter luar dari pembesaran permukaan (in)
E
= diameter hubungan pada dasar (in)
K
= diameter pada titik pengelasan (in)
L
= panjang hubungan (in)
B
= diameter dalam (in)
3,07 4,03 6,07
VI-XX
Tabel 6.6.2. Diameter flange No.
Nozzle
NPS
Diameter
Diameter
Sirkulasi
Jumlah
baut 5/8
baut 7½
baut 15
1.
Steam
4
lubang 3/4
2.
Feed
4
3/4
5/8
7½
15
3.
Produk
3
3/4
5/8
6
10
4.
Kondensat
4
3/4
5/8
7½
15
5.
Uap
6
7/8
3/4
9½
24
6.6. Menghitung dimensi man hole a. Dimensi man hole Sebuah man hole direncanakan dengan diameter 20 in. Flange untuk hand hole digunakan type standar 150 lb forged slip on-flange (168), dari Brownell & Young hal.222, didapat: Ukuran nominal pipa (NPS)
= 20 in
Diameter luar flange (A) Ketebalan flange (T)
= 27,5 = 1 1/16 in
Diameter luar dari pembesaran permukaan (R)
= 23 in
Diameter pusat dari dasar (E)
= 22 in
Panjang (L)
= 2 7/8 in
Jumlah lubang baut
= 20 buah
Diameter lubang
= 1 ¼ in
VI-XXI
Diameter baut
= 1 1/8 in
Bolt circle Diameter dalam
= 25 = 20,19
b. Tutup man hole Dipilih standart 150 lb blind flange (168) dari Brownell & Young hal 222, didapat: Ukuran nominal pipa (NPS)
= 20 in
Diameter luar flange(A)
= 27,5 in
Tebal flange minimum
= 1 11/16 in
Diameter luar dari pembesaran permukaan = 23 in Diameter lubang baut
= 1 1/4
Jumlah lubang baut
= 20 buah
Diameter baut
= 1 1/8
Bolt cycle
= 25
6.7. Perhitungan perlu tidaknya penguat pada lubang man hole Gb.
VI-XXII
in
c
Tn-trn-c
A2 twi two
2,25 - tn
A4 (ts-trs-C)
A1
A
C
tn
din
dp max=2 in a. Lubang steam masuk Diameter lubang = 4 in Diameter dalam (ID) = 4,026 in = 0,3355 ft Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,375ft Asumsi : Two = tebal pengelasan luar = 3/16 in Twi = tebal pengelasan dalam = 3/16 in Tp = 3/16 Diketahui : Tmin = (terkecil di antara ts, tn dan tp) Tn
= OD lubang – ID lubang = 4,5 – 4,026 = 0,474 in
two min = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 two > two min maka pengelasan memadai twi min = 0,5 x tmin = 0,5 x tmin
A1 trs
ts
VI-XXIII
= 0,5 x 3/16 = 0,0938 twi > twi min maka pengelasan memadai Diameter penguat max dp = 2 . dinmax = 2 x 4,062 = 8,124 in di = 95,625 in = 7,9688 ft trs
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 95,625 = 0,02437 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
din = 4,026 in = 0,3355 ft Clubanng = 0 trn
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 4,026 = 0,00102 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
A
= trs x din = 0,02437 x 0,3355 = 0,00818 in2
A1
= din. (ts – trs – c) = 4,026.(3/16 – 0,02437 – 0) = 0,6568 in
A2
[
= 2. (21 / 4tn + t p )(tn − trn − c)
]
= 2. [ ( 21 / 4 × 0,474 + 3 / 16)(0,474 − 0,00102 − 0)] = 1,2657 in A1 + A2 = 0,6568 + 1,2657 = 1,9225 > 0,0198 Jadi tidak diperlukan penguat
b. Lubang feed masuk
VI-XXIV
Diameter lubang = 4 in Diameter dalam (ID) = 4,026 in = 0,3355 ft Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,375ft Asumsi : Two = tebal pengelasan luar = 3/16 in Twi = tebal pengelasan dalam = 3/16 in Tp = 3/16 Diketahui : Tmin = (terkecil di antara ts, tn dan tp) Tn
= OD lubang – ID lubang = 4,5 – 4,026 = 0,474 in
two min = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 two > two min maka pengelasan memadai twi min = 0,5 x tmin = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 twi > twi min maka pengelasan memadai Diameter penguat max dp = 2 . dinmax = 2 x 4,062 = 8,124 in di = 95,625 in = 7,9688 ft trs
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 95,625 = 0,02437 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
VI-XXV
din = 4,026 in = 0,3355 ft Clubanng = 0 trn
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 4,026 = 0,00102 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
A
= trs x din = 0,02437 x 0,3355 = 0,00818 in2
A1
= din. (ts – trs – c) = 4,026.(3/16 – 0,02437 – 0) = 0,6568 in
A2
[
= 2. (21 / 4tn + t p )(tn − trn − c)
]
= 2. [ ( 21 / 4 × 0,474 + 3 / 16)(0,474 − 0,00102 − 0)] = 1,2657 in A1 + A2 = 0,6568 + 1,2657 = 1,9225 > 0,0198 Jadi tidak diperlukan penguat
c. Lubang pada produk Diameter lubang = 3 in Diameter dalam (ID) = 3,068 in = 0,2557 ft Diameter luar (OD) = 3,5 in = 0,2917 ft Asumsi : two = tebal pengelasan luar = 3/16 in twi = tebal pengelasan dalam = 3/16 in tp = 3/16 Diketahui : tmin = (terkecil di antara ts, tn dan tp)
VI-XXVI
tn
= OD lubang – ID lubang = 3,5 – 3,068 = 0,432 in
two min = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 two > two min maka pengelasan memadai twi min = 0,5 x tmin = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 twi > twi min maka pengelasan memadai Diameter penguat max dp = 2 . dinmax = 2 x 3,068 = 6,136 in di = 3,068 in = 0,2557 ft trs
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
=
7,644 × 95,625 = 0,02437 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
Clubanng = 0 trn
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
=
7,644 × 3,068 = 0,0078 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
A = trs x din = 0,02437 x 3,068 = 0,07477 in2 A1 = din. (ts – trs – c) = 3,068.(3/16 – 0,02437 – 0) = 0,1127 in2 A2
[
= 2. (21 / 4tn + t p )(tn − trn − c)
]
VI-XXVII
[
]
= 2. ( 21 / 4 × 0,432 + 3 / 16)(0,432 − 0,0078 − 0) = 0,4918 in2 A1 + A2 = 0,1127 + 0,4918 = 0,6045 in2 > 0,0198 Jadi tidak diperlukan penguat
d. Lubang pada kondensat Diameter lubang = 4 in Diameter dalam (ID) = 4,026 in = 0,3355 ft Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,375ft Asumsi : Two = tebal pengelasan luar = 3/16 in Twi = tebal pengelasan dalam = 3/16 in Tp = 3/16 Diketahui : Tmin = (terkecil di antara ts, tn dan tp) Tn
= OD lubang – ID lubang = 4,5 – 4,026 = 0,474 in
two min = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 two > two min maka pengelasan memadai twi min = 0,5 x tmin = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 twi > twi min maka pengelasan memadai Diameter penguat max
VI-XXVIII
dp = 2 . dinmax = 2 x 4,062 = 8,124 in di = 95,625 in = 7,9688 ft trs
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 95,625 = 0,02437 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
din = 4,026 in = 0,3355 ft Clubanng = 0 trn
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 4,026 = 0,00102 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
A
= trs x din = 0,02437 x 0,3355 = 0,00818 in2
A1
= din. (ts – trs – c) = 4,026.(3/16 – 0,02437 – 0) = 0,6568 in
A2
[
= 2. (21 / 4tn + t p )(tn − trn − c)
]
= 2. [ ( 21 / 4 × 0,474 + 3 / 16)(0,474 − 0,00102 − 0)] = 1,2657 in A1 + A2 = 0,6568 + 1,2657 = 1,9225 > 0,0198 Jadi tidak diperlukan penguat
e. Lubang pada uap keluar Diameter lubang = 6 in Diameter dalam (ID) = 6,065 in = 0,5054 ft Diameter luar (OD) = 6,625 in = 0,5521 ft
VI-XXIX
Asumsi : Two = tebal pengelasan luar = 3/16 in Twi = tebal pengelasan dalam = 3/16 in Tp = 3/16 Diketahui : Tmin = (terkecil di antara ts, tn dan tp) Tn
= OD lubang – ID lubang = 6,625 – 6,065 = 0,56 in
two min = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 two > two min maka pengelasan memadai twi min = 0,5 x tmin = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 twi > twi min maka pengelasan memadai Diameter penguat max dp = 2 . dinmax = 2 x 6,065 = 12,13 in di = 65,625 in = 5,4688 ft trs
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi )]
=
7,644 × 95,625 = 0,02437 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
din = 6,065 in = 0,5054 ft Clubanng = 0
VI-XXX
trn
=
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
7,644 × 6,065 = 0,00155 in 2.[ (18750.0,8) − (0,6.7,644)]
A
= trs x din = 0,0392 x 0,5054 = 0,0198 in2
A1
= din. (ts – trs – c) = 6,065.(3/16 – 0,0392 – 0) = 0,8994 in
[
= 2. (21 / 4t n + t p )(tn − trn − c)
A2
]
= 2. [ ( 21 / 4 × 0,56 + 3 / 16)(0,56 − 0,0015 − 0)] = 0,8084 in A1 + A2 = 0,8994 + 0,8084 = 1,7078 > 0,0198 Jadi tidak diperlukan penguat
f. Man hole Diameter lubang = 20 in Diameter dalam (ID) = 19,25 in 1,6042 ft Diameter luar (OD) = 20 in = 1,6667 ft Asumsi : two = tebal pengelasan luar = 3/16 in twi = tebal pengelasan dalam = 3/16 in tp = 3/16 Diketahui : tmin = (terkecil di antara ts, tn dan tp) tn
= OD lubang – ID lubang = 20 – 19,25 = 0,75 in
VI-XXXI
two min = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 two > two min maka pengelasan memadai twi min = 0,5 x tmin = 0,5 x tmin = 0,5 x 3/16 = 0,0938 twi > twi min maka pengelasan memadai Diameter penguat max dp = 2 . dinmax = 2 x 19,25 = 38,5 in di = 65,625 in = 5,4688 ft trs
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
=
17,7662 × 65,625 = 0,0392 in 2.[ (17500.0,85) − (0,6.17,7662)]
Clubanng = 0 trn
=
Pi.di 2.[ ( f .E ) − (0,6.Pi)]
=
17,7662 × 19,25 = 0,0115 in 2.[ (17500.0,85) − (0,6.17,7662)]
A = trs x din = 0,0392 x 19,25 = 0,7546 in2 A1 = din. (ts – trs – c) = 19,25.(3/16 – 0,0392 – 0) = 2,8548 in2 A2
[
= 2. (21 / 4tn + t p )(tn − trn − c)
]
[
]
= 2. (21 / 4 × 0,75 + 3 / 16)(0,75 − 0,0115 − 0) = 2,7694 in2 A1 + A2 = 2,8548 + 2,7694 = 5,6242 in2 > 0,7546
VI-XXXII
Jadi tidak diperlukan penguat
6.8. Perhitungan Dimensi Flange Dan Bolting ODevaporator = 96 in IDevaporator = 95,625 in ts = 3/16 in Dasar pemilihan berdasarkan Brownell and Young hal.228, diperoleh: a. Gasket pada tangki Bahan
: Asbestos
Tebal
: 1/16
Faktor gasket (m)
: 2,75
Design stress seating minimal:3700 psi b. Bolting Bahan : High Alloy Steel SA 193 Grade B 8 type 304 Stress : 15000 psi
[Brownell & Young hal. 340]
c. Flange Bahan : High Alloy Steel SA 193 Grade B 8 type 304 Stress : 15000 psi
Perhitungan Gasket Menentukan lebar gasket do = di
y − ( P × m) y − P.(m + 1)
[Brownell & Young, hal. 340]
VI-XXXIII
Dimana :
do = diameter luar gasket di = diameter dalam gasket = 96 in P = 7,28 psi Y = 3700 psi m (factor gasket) = 2,75
do = di
3700 − (7,28 × 2,75) = 1,00099 3700 − 7,28.( 2,75 + 1)
Asumsi di gasket = 96 in, maka Do = 1,0009 x 96 = 96,09504 in Lebar minimum gasket (A) = ½ . (do – di) = ½ . (96,09504 – 96) = 0,04752 = 3/16 in Diameter rata-rata gasket (G) = di + A = 96 + 0,04752 = 96,04752 in
Perhitungan beban gasket Wm2 = Hy = π . b . G . y Dimana :
[Brownell & Young, pers 12.88 hal 240]
b
= lebar efektif gasket
y
= yield = 1600 psi
G
= diameter rata-rata gasket
n
= tebal gasket = 1/16 (asumsi)
bo
= A/2 =
3 16 = 0,02376 in 2
VI-XXXIV
Dari Brownell, hal.229 fig. 12.12 diketahui bahwa : b
= bo = 0,02376 in
Maka : Wm2
= Hy = π . b . G . y = 3,14 x 0,02376 x 96,04752 x 3700 = 26513,31088 in
Beban untuk menjaga sambungan (Hp) Hp
= 2.b. π x G x p x m
[Brownell & Young, pers 12.90 hal 240]
= 2. 0,02376 . 3,14 x 96,04752 x 2,75 x 7,28 = 286,9170 lb Beban karena tekanan dalam (H) H
= π /4 . G2 x P
[Brownell & Young, pers 12.89 hal 240]
= π /4 . (96,04752 )2 x 7,28 = 52719,75063 lb Jadi beban berat pada kondisi operasi didapatkan : Wm1
= H + Hp
[Brownell & Young, pers 12.91 hal 240]
= 52719,75063 + 286,9170 = 53006,66763 lb Wm1 > Wm2 maka beban yang mengontrol dalam proses adalah Wm1
Perhitungan Bolting (Baut ) Menghitung luas minimum baut area (Am) Am1 =
Wm1 53006,66763 = = 3,5338in 2 fb 15000
[Brownell & Young, hal.240]
VI-XXXV
Ukuran baut optimum, dari Brownell & Young , tabel 10.4 hal. 188 diperoleh : Ukuran nominal baut = ¾ in Root area = 0,302 in2 Bolt spacing (Bc) = 1 ¾ Jarak radial minimum (R) = 13/16in Jarak dari tepi (E) = 1 1/8 in Nut dimension = 1 ¼ in Radius fillet maks (r) = 3/8 in Jumlah bolting minimum N=
[Brownell & Young, hal. 188]
Am1 3,5338 = = 11,7013 ≈ 11 Rootarea 0,302
Pengecekan lebar gasket Ab actual
= jumlah baut x root area = 11 x 0,302 = 3,322 in2
Lebar gasket minimum W
=
Abactual × fallowable 2× y × G × π
=
3,322 × 15000 = 0,0223.in 2 × 3700 × 96,04752 × π
Karena W = 0,0223 in < lebar gasket yang ditentukan 3/16, maka lebar gasket memadai.
VI-XXXVI
Perhitungan flange Diameter luar flange (A) A = bolt circle diameter + 2 E = C + 2E C = 2. (1,45 go + R) + ID gasket
[Brownell & Young, hal 243]
Diambil go = 0,8 in C = 2 x (1,4159. 0,8 +13/16) + 96 = 98,757 in Diameter luar flange (A)
= OD = 98,757 + (2 x 1 1/16) = 100,882 in
Perhitungan momen Untuk keadaan bolting up (tanpa tekanan dalam) W
= ½. (Am1 + Ab) x fall = ½ . (3,5338 + 3,322) x 15.000 = 51418,5
Jarak radial dari beban gasket yang bereaksi terhadap bolt cicle hG
= ½. (C - G) = ½ . (98,757 – 96,04752) = 2,70948 in
Momen flange (Ma) Ma
= hG x W = 2,70948 x 51418,5 = 139317,3974 lb in
Untuk kondisi operasi
VI-XXXVII
W
= Wm1 = 53006,66763 lb
Tekanan hidrostatik pada daerah flange (HD) HD = 0,785.B2 x P
[Brownell & Young, pers. 12-94 hal. 242]
B = OD shell = 96 in P = 7,28 psia HD = 0,785 x (96)2 x 7,28 = 52667,5968 lb Jarak jari-jari dari bolt cicle pada HD hD
= ½ . (C - B) = ½ . (98,575 – 96) = 1,2875 in
Momen komponen (MD) MD
= HD x hD = 52667,5968 x 1,2875 = 67809,53088 lb in
Perbedaan antara beban baut flange dengan gaya hidrostatis total : HG
= W - H = Wm1 - H = 53006,66763 - 52667,5968 = 339,07083 lb
Momen komponen (MG) MG
= HG x hG = 339,07083 lb x 2,70948 = 918,7056 lb in
Perbedaan antara gaya hidrostatis total dengan gaya hidrostatis dalam area flange HT
= H - HD = 52719,75063 - 52667,5968 = 52,15383 lb
hT
= ½ . (hD + hG)
VI-XXXVIII
= ½ . (1,2875 + 2,70948) = 1,99849 in Momen komponen (MT) MT
= HT x hT = 52,15383 x 1,99849 = 104,2289 lb in
Total momen pada kondisi operasi MO
= MD + MG + MT = 67809,53088 + 918,7056 + 104,2289 = 68832,4654 lb in
karena momen pada kondisi operasi lebih besar dari momen pada kondisi bolting up, maka yag digunakan sebagai M max adalah M operasi sehingga didapat M max = Mo = 68832,4654 lb in Perhitungan tebal flange t=
y × M max f× B
[Brownell & Young, hal. 244]
M max = Mo F = stress = 18.750 psi B = D luar evaporator = 96 in K=
A dluarflange 100,882 = = = 1,0509 B dluarevaporator 96
Dari fig. 12.12, hal. 238, Brownell & Young, didapatkan: Y = 38 t =
38 × 68832,4654 = 1,2055 in 18750 × 96
Dipakai tebal flange = 2 in
VI-XXXIX
6.9. Menghitung dimensi penyangga Menentukan berat total (Wt) Densitas bahan konstruksi (ρ) = 489 lb /ft3
[ Perry, edisi 6, table 3-118]
Menentukan berat silinder Ws
= (π/4) . (do2 – di2) . ρ . H
Keterangan: Ws
= berat silinder bejana (lb)
Do
= diameter luar silinder bejana = 8 ft
Di
= diameter dalam silinder bejana = 7,9688 ft
H
= tinggi silinder bejana = 12,06 ft
Maka: Ws
= (π /4) . (do2 – di2) . ρ . H = (π /4) x (82 – 7,96882) x 489 x 12,06 = 2306,5119 lb
Menentukan Berat tutup atas bejana Wda
=A.t.ρ
A
= 6,28 . L . ha
[Hesse, pers.4-16 hal 92]
Keterangan: Wda
= berat tutup atas bejana (lb)
A
= luas tutup silinder yang berbentuk standart dishead (ft2)
VI-XL
t
= tebal tutup standart dishead = 3/16 in
ρ
= Densitas bahan konstruksi (ρ) = 489 lb /ft3 [Perry, edisi 6, table 3-118]
ha
= tinggi tutup standart dishead = 1,5345 ft
L
= crown radius ( r ) = 96 in = 8 ft
Maka: A
= 6,28 . L . ha = 6,28 . 8 . 1,5345 = 77,,0933 ft2
Wda
=A.t.ρ = 77,0933 . 3/16 . 489 = 589,041 lb
Menentukan berat tutup bawah Wdb
= Wda = A . t . ρ
A
= 0,785 (D + m)
4 h 2 + (D + m) + 0,78 d2
Keterangan: Wda
= berat tutup atas bejana (lb)
A
= luas tutup silinder yang berbentuk standart dishead (ft2)
t
= tebal tutup bawah = 3/16 in
ρ
= Densitas bahan konstruksi (ρ) = 489 lb /ft3 [Perry, edisi 6, table 3-118]
h
= tinggi tutup bawah = 2,4669 ft
D
= diameter dalam silinder = 95,625 in = 7,9688 ft
m
= flat spot diameter = 0,5 x di = 0,5 x 95,625 = 47,8125 in
Maka:
VI-XLI
A
= 0,785 (D + m)
4 h 2 + (D + m) + 0,78 d2
= 514,7066 ft2 Wdb
= Wda = A . t . ρ = 514,7066 . (3/16)/12 . 489 = 3932,6801 lb
Menentukan Berat larutan Wl
= 80558,1475 lb/jam = 40279,0737 lb
Menentukan Berat tube (Wt) Diameter luar = ¾ in = 0,0625 ft Diameter dalam = 0,620 in = 0,0517 ft ρ tube = 489 lb/ft3 Wt = (π/4) . (do2 – di2) . ρ. Nt. L = (π/4) . (0,06252 – 0,0517 2) . 489. 1200 . 8 = 4422,1248 lb
Menentukan Berat steam Wst = 23699,2907 kg/jam =52247,45628 lb/jam
Menentukan Berat isolasi Pemilihan isolasi ρasbestos
= Asbestos Fibber Standart
= 14 lb/ft3
[Kern, hal 795]
VI-XLII
Asumsi tebal isolasi = 2 in ODisolasi = Dshell + 2 = 96 + 2 = 98 in = 8,167 ft ID shell
= (95,625 + 2) in = 8,1354 ft
H
= 12,06 ft = 144,72 in
W1
= (π/4) . (OD isolasi2 – ID shell2) x H x ρ = (π /4) . (8,167 2 – 8,1354 2) x 12,06 x 14 = 68,2843 lb
Menentukan Berat attachment Diambil 18% berat shell maka : Wp = 18% x 2306,5119 = 209,2454 lb Maka : Berat total
= 2306,5119 + 589,041 + 3932,6801 + 40279,0737 + 4422,1248 + 52247,45628 + 68,2843 + 209,2454 = 104054,4175 lb
Untuk faktor pengamanan dipakai safety 10% lebih besar, maka berat total menjadi : Wtotal
= 1,1 x 104054,4175 lb = 114459,8593 lb
Menentukan kolom penyangga (leg) Untuk penahan dipilih kolom jenis I-Beam dengan jumlah 4 buah.
VI-XLIII
Beban tiap kolom (P) =
berattotal 114459,8593 = = 28614,9648lb 4 4
Evaporator dianggap terletak di dalam ruangan sehingga tekanan angin tidak dikontrol (tanpa beban eksentrik). Untuk I-Beam dicoba dengan ukuran (5x3) Dari Brownell & Young, hal. 355, diperoleh: Berat = 14,75 lb Ay = 4,29 in H = 5 in B = 3,284 in R2-2 = 0,63 in I2-2 = 1,7 in 4 Jarak dari base plate ke dasar kolom L = 5 ft L = (0,5 x H) + (0,5 x L) = (0,5 x 12,06 ) + (0,5 x 5) = 8,53 ft = 102,36 in Jadi tinggi leg = 8,53 ft l 102,3 = = 162,4762 r 0,63 18000 ( l )2 fc aman = r 1+ 18000 18000 = 7297,4945 psi = 162,4762 2 1+ 18000 Luas (A) yang dibutuhkan =
P 28614,9648 = = 3,9212 in2 fc.aman 7297,4945
VI-XLIV
Karena A yang dibutuhkan < A yang tersedia, maka I-Beam dengan ukuran tersebut memadai.
6.10 Menentukan Dimensi Base Plate Menentukan luas base plate Dari Hesse tabel 7-7 diperoleh strees yang diterima oleh pondasi yang terbuat dari 2
h
1
1
2
a
b
beton sebesar 600 lb/in Abp
=
2
P f bp
Dimana: Abp
= Luas base plate, in2
P
= beban dari tiap-tiap base plate = 28614,9648 lb
fbp
= stress yang diterima oleh pondasi
Sehingga :
VI-XLV
Abp =
28614,9648 = 47,6916in 2 600
Menghitung panjang dan lebar dari base plate Abp
=PxL
P
= 2m + 0,95h
L
= 2n + 0,8b
Abp = (0,8b + 2n) . (0,95h + 2m) Dimana m = n Abp
= (0,8(b) + 2n)) x (0,95.(5) + 2m))
47,691 = (2,6272 + 2m) x (4,75 + 2m) = 47,691 + 14,7544 m + 4m2 4m2 + 10,004 m – 38,837 Dengan rumus abc, didapatkan: m = 2,1070 Maka didapatkan : P
= 2m + 0,95h = (2 x 2,1070 ) + (0,95 x 5) = 8,964 in
l
= 2n + 0,8b = (2 x 2,1070 ) + (0,8 x 3,284) = 6,8412 in
Ditetapkan dimensi panjang dan lebar yang digunakan adalah: 8 x 6 in Luas base plate = P x L = 8 x 6 =48 in2 Peninjauan harga m dan n P
= 2m + 0,95h
VI-XLVI
8
= 2m + (0,95.5)
m
= 1,625
L
= 2n + 0,8b
6
= 2n + (0,8 . 3,284)
n
= 1,6864
Dari nilai m dan n diatas m 2100 → aliran turbulen Perhitungan panjang ekivalen : •
Perpipaan Pipa lurus
• •
[Foust, App.C-2.a] Jumlah
Le/D
Le (ft) 50
Elbow 90o
4
30
40,26
Gate valve
1
13
4,3615
1
340
114,07
•
Globe valve Total
208,6915
Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D = 0,000447
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
f = 0,0038
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus :
4f ⋅ L ⋅ v 2 F= 2 ⋅ gc ⋅ D =
[Geankoplis, hal 86]
4.0,0038 ⋅ 208,6915 ⋅ 3,4231 2 2 ⋅ 32,174 ⋅ 0,3355
= 37,1696 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction :
k
= 0,5
[Foust, app C-2.a]
Appendik C - 51
FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
0,5 ⋅ 3,42312 = 2 ⋅ 32,1740 = 0,091 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : k=1
[Foust, app C-2 c]
k ⋅ v2 FE = 2 ⋅ gc =
1 ⋅ 3,42312 2 ⋅ 32,174
= 0,1821 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 37,1696 + 0,091 + 0,1821 = 37,4427 ft.lbf/lbm
Persamaan Bernoulli : ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c
P1
= 14,7 psi
P2
= (14,7 + Phidrostatik) psi
Phidrostatik=(ρ.
g .h) gc
= (76,9588 . 1 . 11,7306)
∆P
= (P2 – P1)
Appendik C - 52
= 902,7729 lb/ft2 ∆P
= 902,7729 lb/ft2
Z2 – Z1 = 20 ft v1 = 0 ∆v = v2 = 3,4231 ft/s untuk aliran turbulen → α = 1 ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c -
902,7729 1.3,42312 + (20 . 1) + + 37,4427 = -Wp 76,9588 2 ⋅ 32,174
-Wp = 69,3554 ft.lbf/lbm Head = -Wp .
g gc
lbm.ft ft.lbf s 2 .lbf . = 69,3554 ft lbm s2 = 69,3554 ft Power yang dibutuhkan pompa : WHP =
m ⋅ (− Wp ) 550
=
19,3596 ⋅ .69,3554 550
= 2,4413 hp Efisiensi pompa = 60% BHP =
[Peters & Timmerhaus fig14-37, hal 520]
WHP 2,4413 = = 4,0688 hp η pompa 0,6
Efisiensi motor, ηmotor = 80%
[Peters & Timmerhaus fig14-38, hal 521]
Appendik C - 53
Power aktual pompa =
BHP 4,0688 = η motor 0,8 = 5,086 hp ≈ 5 hp
Spesifikasi: Nama alat Type Fungsi
: Pompa ke reaktor Netraliser (L-111) : Centrifugal Pump : Memompa larutan dari Reaktor (R-110) ke Reaktor Netraliser
Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah
(R210). : 135,5198 gpm : 5 hp : 4 in sch 40 : Carbon Steel :1
12.Blower CO
2
(G – 112)
Fungsi : Mengalirkan CO2 dari reaktor (R-110) ke tangki penampung CO2 (F-113). Tipe
: Centrifugal Blower
Kondisi operasi: Patm = 1 atm, Top = 30oC Massa udara yang dibutuhkan = 2934,2994 kg/jam = 6468,9565 lb/jam ρ CO2 pada 30 oC
= 473,16 kg/m3 = 29,336 lb/ft3
Laju alir volumetrik = Q =
=
Massa udara ρ CO 2 6468,9 lb/jam 29,336 lb/ft 3
= 220,5106 ft3/jam
Appendik C - 54
= 110,2553 ft3/menit Power untuk menghembuskan udara: = 1,57 . 10-4 . Q . P
Hp
[Perry 7th ed pers 10-88, hal 10-46]
= ratio volume gas, ft3/menit
Dimana: Q P
= tekanan operasi blower, in H2O = 0-0,5 psi
Diambil = 0,2 psi = 5,5158 inHg Hp = 1,57 . 10-4 . 110,2553. 5,5158 = 0,0955 hp Efisiensi blower (η) = 70% Hp shaft =
[Perry 7th ed, hal 10-46]
0,0955 = 0,1364 0,7
= 0,1364 ≈ 0,5 Hp Spesifikasi : Nama alat
: Blower CO2 (G – 112)
Fungsi
: Mengalirkan CO2 dari reaktor (R-110) ke tangki penampung CO2 (F-113).
Tipe
: Centrifugal Blower
Kapasitas
: 6468,9565 lb/jam
Power motor : 0,5 hp Bahan
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 buah
13. Tangki Penampung CO2 (F-113) Fungsi
: Menampung produk samping CO2
Appendik C - 55
Bahan
: High Alloy Steel SA-240 Grade B
Type
: Spherical Tank
Kapasitas bahan masuk : 2934,2994 kg/jam Menentukan densitas bahan Direncanakan untuk menampung 30 hari Kapasitas CO2 = 2934,2994 kg/jam x 24jam/hari x 30 hari = 2112695,568 kg Jumlah tangki = 1 buah Dari Smith Van Ness, tabel B 1 hal 635, didapatkan: Tc
= 33,19 K
Pc
= 13,13 bar
Zc
= 0,305
= 1313000 pa
Dari data diatas, maka: Tr
=
T operasi 303 = = 9,13 Tc 33,19
Dari Tabel 2-396, Perry hal 2-361 didapat harga ZRA = 0,3218 n
= 1 + (1 - Tr)2/7
n
= 1 + (1-1,93) 2/7
Pc 1 ρ = n RTc Z RA 1 1313000 ρ = 1 8314 x 33,19 0,3218 = 14,786 kmol/m3 = 473,16 kg/m3 = 29,336 lb/ft3
Appendik C - 56
Menentukan volume tangki (Vt) Volume CO2 =
=
Kapasitas ρ 2112695,568 kg 473,16 kg/m 3
= 4832,7752 m3 Jika CO2 mengisi 80% tangki, maka volume tangki : = 4832,7752 m3/0,8 = 6040,969 m3
V tangki
Dari Ulrich tabel 4-27, hal 248 volume maksimum untuk spherical tank adalah 15000 m3. maka rancangan volume tangki diatas sudah memenuhi. Menentukan diameter tangki = 4/3.π.D3
Vt 6040,969
D
= 4/3. π.D3 =
3
V 4 / 3 xπ
=
3
6040,969 4 / 3 x 3,14
= 11,29 m = 37,0730 ft R
= 5,645 m = 18,5365 ft = 222,438 in
Menentukan Tekanan Design Tekanan hidrostatik (Ph)
=
ρ (Η − 1) 144
=
29,336lb / ft 3 (18,5365 ft − 1) 144
Appendik C - 57
= 3,5725 psi Tekanan desifn
= P + Ph = 44,088 + 3,5725 psi = 47,6605 psi
Menghitung tebal tangki (ts) t =
pxR 1,85 xf − 0,2 xp
[Ulrich, Pers. 4-115, hal 250]
dimana : ts = tebal tangki (in) P = tekanan design (psi) R = jari-jari tangki (in) F = Stress yang diijinkan (psi) = 18750
[Brownel and Young, App.D, hal342]
Maka : Ts
=
47,6605 x 222,438 5 in == 1,85 x18750 − 0,2 x 47,6605 16
Spesifikasi: Nama
: Tangki Penampung CO2 (F-113)
Fungsi
: Untuk Menampung produk samping CO2 selama 30 hari
Type
: Spherical Tank
Kapasitas
: 6040,969 m3
Dimensi
:d ts
= 11,29 ≈ 12 m =
5 in 16
Appendik C - 58
Bahan
: High Alloy Steel SA-240 Grade B
Jumlah
: 1 buah
14. SILO CaO (F-221) Fungsi
: Menampung bahan baku CaO.
Tipe
: Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan tutup bawah berbentuk konis.
Perhitungan : Jumlah bahan masuk = 44,7530 kg/jam
= 1074,072 kg/hari
Jumlah bahan masuk selama 7 hari = 7518,504 kg ρCaO = 62,4987 lb/ft3 Volume bahan masuk = Asumsi
7518,504 = 11,0524 ft3 62,4987
: tangki terisi 80%
Maka : Volume tangki =
11,0524 = 13,8155 ft3 0,8
Menentukan diameter dan tinggi tangki : Untuk H = 1,5 D, maka : Volume tangki 13,8155 ft
[Brownell & Young, hal.43,pers.3.11] = V silinder + V tutup bawah 3 1 π D i π 2 = .D . H + 3 4 2 tan30 4
3
3 1 π D i π 2 = .D .(1,5D ) . 3 4 2 tan30 4
D
= 3,6752 ft = 44,1024 in
Appendik C - 59
H
= 1,5 D
= 1,5 x 3,6752 ft = 5,5128 ft = 66,1536 in
•
Tebal dinding tangki : Pop = 1 atm = 14,7 psia = 0 psig g gc PB = ' 2 ⋅ μ ⋅ K' r ⋅ ρB ⋅
- 2⋅ μ ⋅ K ⋅ Z t 1 − e r '
'
[Mc Cabe jilid 1 pers 26-24, hal 30]
Dengan : ρB = bulk density material PB = tekanan vertikal pada bagian dasar tangki µ’ = koefisien gesek yaitu antara 0,35 – 0,55 → dipilih 0,5 r
= ½ Di
Zt = h -2⋅ 0 ,5⋅ 0, 5.5,128 1 ⋅ 3,6752 ⋅ 62,4987 ⋅ 1 1 ⋅ 3, 6752 1− e 2 PB = 2 2 ⋅ 0,5 ⋅ 0,5
= 229,6952 lb/ft2 = 1,5951 lb/in2 Tekanan lateral pada tangki : PL = K’ . PB 938] = 0,5 . 1,5951 lb/in2 = 0,7976 lb/in2 P = (PB – PL) cos2α + PL = (1,5951 – 0,7976) . cos230 + 0,7976
[Mc Cabe 5th ed, hal
Appendik C - 60
= 1,3958 lb/in2 P design = 1,05 . (Pop + P) = 1,05 . (0 + 1,3958) = 1,4656 psig Tebal silinder : t=
P × di + C f × E − 0,6 × P
[Brownell & Young, pers.13.1, hal.254]
dimana : E = efisiensi penyambungan= 0,8
[Brownell & Young, table 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (psi) = 12,650 psi (SA 283 gradeC)
[Brownell & Young, table 13.1, hal.254]
ri = jari-jari dalam silinder (= in) C = faktor korosi = jadi : t =
1 8
1,4656 × 44,1024 1 + = 0,1314 in 12650 × 0,8 − 0,6 × 1,4656 8
Tebal standard diambil :
3 in 16
[Brownell & Young, hal.88]
Diameter luar tangki : 3 OD = ID + 2 x (tebal silinder) = 44,1024 + 2 16 = 44,4774 in = 3,7065 ft •
Tebal tutup atas : Tebal standard diambil :
1 in 4
Appendik C - 61
•
Tebal tutup bawah : t=
P× D + C 2 cos 30( f × E − 0,6 × P )
Dimana : E = efisiensi penyambungan = 0,8
[Brownell & Young, table 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (psi) = 12.650 psi (SA 283 grade C)
[Brownell & Young, table 13.1, hal.254]
D = diameter dalam silinder (in) C = faktor korosi = Jadi : t =
1 8
1,4656 × 44,1024 1 + = 0,1265 in 2 cos 30(12650 × 0,8 − 0,6 × 1,4656) 8
Tebal standard diambil :
3 in 16
[Brownell & Young, hal.88]
Tebal tutup bawah : h=
Di 2 tan 30
h = 38,1938 in = 3,1828 ft Tinggi tangki total : - tinggi tutup bawah
= t head + sf + h
= 38,1938 in
- tinggi silinder
=H
= 66,1536 in
Tinggi total
= 104,3474 in = 8,6956 ft
Spesifikasi: Nama alat Fungsi Type
= Silo CaO (F - 221) = Menampung bahan baku CaO. = Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan
Appendik C - 62
tutup bawah berbentuk konis. 99,2825 lb/jam 2,3947 ft 2,3947 ft 0,0208 ft 2,4281 ft 3 = in 16 1 = in 4
Kapasitas Diameter dalam Tinggi silinder Tinggi tutup atas Tinggi tutup bwh Tebal silinder
= = = = =
Tebal tutup atas Tebal tutup bwh
=
Sf bawah Bahan konstruksi Jumlah
3 in 16
= 2 in = Carbon steel = 1 buah
15. Screw Conveyor (J-222) Fungsi
: Mengangkut CaO dari silo CaO (F-221) ke bucket elevator (J-223)
Type
: Horisontal screw conveyor with bin gate & plain discharge opening
Kapasitas bahan masuk : 44,7530 kg/jam Direncanakan kapasitas screw conveyor 20 % lebih besar dari pada kapasitas masuk Kapasitas = 1,2 . 44,7530 kg/jam = 53,7036 kg/jam = 118,395 lb/jam ρ CaO = 62,4987 lb/ft3 Rate volumetric =
=
Kapasitas CaO ρ 118,395 62,4987
= 1,8944 ft3/jam = 0,0316 ft3/menit
Appendik C - 63
Perhitungan: Ukuran screw conveyor yang dogunakan = 6 in
[Perry 6th ed. Tabel 7-5]
Material termasuk kelas d
[Perry 6th ed. Tabel 7-5]
Kecepatan screw conveyor 55 rpm Faktor material
=4
Diameter flight
= 10 in
Diameter pipa
= 2,5 in
Diameter shaft
= 2 in
Panjang
= 25 ft
Power motor
=
C.L.W .F 33000
Dimana:
Hp
C
= Kapasitas (ft3/menit)
L
= Panjang (ft)
W
= Berat material (lb/ ft3)
F
= Faktor material = 4 =
0,0316.25.62,4984 = 0,00598 Hp 33000
Jika power < 2 Hp, maka power harus dikalikan 2. = 2 . 0,00598 Hp = 0,01196 Hp Jadi motor digunakan mempunyai power 0,1 Hp Ditetapkan ηmotor = 80%, maka Power motor =
0,01196 = 0,01495 Hp ≈ 0,5 Hp 0,8
[Badger, hal 713]
Appendik C - 64
Spesifikasi: Fungsi
: Mengangkut CaO dari silo CaO (F-221) ke bucket elevator (J-223)
Type
: Horisontal screw conveyor with bin gate & plain discharge opening
Kapasitas
: 44,7530 kg/jam
Kecepatan
: 55 rpm
Diameter flight
: 10 in
Diameter pipa
: 2,5 in
Diameter shaft
: 2 in
Panjang
: 25 ft
Power
: 0,5 Hp
Bahan
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
16. Bucket Elevator (J – 223) Fungsi
: Untuk mengangkut bahan baku CaO dari screw conveyor (J-222) ke tangki penampung Ca(OH)2 (M-220).
Type
: Centrifugal Discharge Bucket Elevator
Laju alir masuk = 44,7530 kg/jam = 0,0447 ton/jam = 1,0741 ton/hari Dari perry 7th ed tabel 21-8 hal 21-15, dipilih bucket elevator yang berukuran : Kapasitas max
= 14 ton/jam
Tinggi elevasi
= 25 ft
Appendik C - 65
Kecepatan bucket
= 225 ft/min
Bucket spacing
=12 in
Ukuran Bucket
= 6 x 4 x 4,25 in
Lebar belt
= 7 in
Putaran head shaft
= 1 hp
Diameter shaft: Head
= 1 1516 in = 1 1116 in
Tail Diameter pully: Head = 20 in
Tail Jumlah
= 14 in
= 1 buah
Spesifikasi : Nama alat Fungsi
: Bucket Elevator (J – 223) : Untuk mengangkut bahan baku CaO dari screw conveyor
Type Kapasitas
(J-223) ke ke tangki penampung Ca(OH)2 (M-220). : Centrifugal Discharge Bucket Elevator : 0,0450 ton/jam
Kapasitas max Tinggi elevasi Kecepatan bucket Bucket spacing Ukuran bucket Lebar belt Putaran head shaft Power Diameter shaft: Head Tail Diameter pully:
: 14 ton/jam : 25 ft : 77,0191 ft/min : 12 in : 6 x 4 x 4,25 in : 7 in : 43 rpm : 0,5 hp : 1 1516 in : 1 1116 in : 20 in
Appendik C - 66
Head Tail Bahan konstruksi Jumlah
:14 in : High Silicon Cast Iron : 1 buah
17. Tangki Ca(OH)2 (M-220) Fungsi
: Untuk membuat larutan Ca(OH)2 dari CaO dengan H2O
Kapasitas bahan masuk : 59,1174 kg/jam = 3127,9253 lb/hari ρ campuran
: 106,3548 lb/ft3
Volume Ca(OH)2 dalam tangki =
=
KapasitasCa (OH ) 2 ρ
3127,9253 106,3548
= 29,4103 ft3 Asumsi tangki terisi 80%, maka: Volume tangki =
29,4103 = 36,7629 ft3 0,8
Menentukan diameter tangki V tangki
= V tutup atas + V silinder + V tutup bawah
36,7629
= 0,000049 (12 Di)3 +
π Di 2 H + 0,000049 (12 Di)3 4
H = 1,5 D
π Di 2 (1,5Di ) 4
36,7629
= 2 (0,000049 (12 Di)3) +
Di3
= 27,2964
Di
= 3,0109 ft = 36,1308 in = 0,9177 m
Appendik C - 67
H
= 1,5 Di =1,5 x 3,0109 ft = 4,5164 ft = 54,1962 in = 1,3766 m.
Menentukan tinggi larutan pada bagian silinder VLiquid
= Vsilinder + V tutup bawah
29,4103
=
H
= 3,808 ft = 45,696 in = 1,1607 m
π 3,0109 2 H + 0,000049 (12. 3,0109)3 4
Menentukan Tebal silinder: Pop = 1 atm = 14,7 psia = 0 psig Phidrostatik = ρCaCl2 .
g . hlarutan Ca(OH)2 di dalam silinder gc
= 106,3548. 1/144 . 3,808 = 2,8125 psia P design = 1,05 . (Pop + Phidrostatik) = 1,05 . (0 + 2,8125) = 2,9531 psig tshell
=
P.ri + C 2( f .E − 0,6 P )
t shell =
2,9531 .36,1308 1 + = 0,1286 in 2(18750 ⋅ 0,8 − 0,6 ⋅ 2,9531) 8
Tebal shell standard diambil : Standarisasi: Do
[Brownell & Young pers 13.1, hal 254]
= Di + 2 . ts
3 in 16
[Brownell & Young tabel 5.6, hal 88]
Appendik C - 68
3 = 36,1308 + 2 16 = 36,5058 in = 36 in Harga Di baru Di
= Do – 2 ts 3 = 36 – 2 16 = 35,625 in = 2,9688 ft
Menentukan tebal tutup atas dan bawah : Tutup atas berbentuk standart dishead tha
=
0,885 ⋅ P ⋅ di + C f ⋅ E - 0,1 ⋅ P
=
0,885.2,9531.35,625 1 + 18750.0,8 − 0,1.2,9531 8
= 0,1312 in ≈
[Brownell & Young pers.13-12, hal 258]
3 in 16
[Brownell & Young tabel 5.7, hal 89]
Menentukan tinggi tutup atas dan bawah: Jenis tutup standart dishead Di
= 35,625 in
r
= 36 in
icr
= 2 1/4 in
sf
= 2 in
AB = (di/2)-icr = (35,625/2) – 2,25 = 15,5625 ft BC = r – icr = 36-2,25 = 33,75 in AC =
( BC 2 − AB2 )
=
(33,75) 2 − (15,5625) 2
Appendik C - 69
= 29,9478 in b
= r - AC = 36 – 29,9478 = 6,0522 in
Tinggi tutup atas (ha)
= thead + b + Sf = 3/16 + 6,0522 +2 = 8,2397 in = 0,2093 m
Total tinggi tangki
= tinggi tutup atas + tinggi silinder + tinggi tutup bawah = 8,2397 + 54,1962 + 8,2397 = 70,6756 in
Spesifikasi : Nama alat
: Tangki penampung Ca(OH)2 (M - 220)
Fungsi
: Untuk membuat larutan Ca(OH)2 dari CaO dengan H2O
Kapasitas bahan masuk : 59,1174 kg/jam = 3127,9253 lb/hari Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk standard dished
Diameter dalam
: 36,1308 in
Tinggi silinder
: 54,1962 in
Tebal silinder
:
3 in 16
Tebal tutup bawah
:
3 in 16
Tebal tutup atas
:
3 in 16
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 buah
Appendik C - 70
18. Pompa ke Reaktor Netraliser (L-224) Fungsi
: Memompa larutan dari tangki Ca(OH)2 (M-220) menuju ke reaktor
Type
netraliser (R-210). : Centrifugal Pump
Kondisi operasi: Pop = 1 atm, Top = 45 oC Laju alir massa larutan
= 59,1174 kg/jam = 0,0362 lb/s
ρ larutanl = 106,3548 lb/ft3 μ larutan = 0,0012 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (qfm) =
laju alir massa 0,0362 = ρ larutan 106,3548 = 0,00034 ft3/s
Diambil toleransi keamanan 20%, maka : Laju alir volumetrik (qfm) = 120% . 0,00034 = 0,0000408 ft3/s = 0,183135 gal/min Asumsi : Aliran turbulen Di,opt = 3.9 . qfm0.45 . ρ 0.13 Di,opt
= Diameter pipa dalam optimum (in)
qfm
= Laju alir fluida (ft3/s)
ρΟ
= Massa jenis fluida (lb/ft3)
Di,opt = 3,9 . 0,000340,45 . 106,35480,13 Di,opt = 0,1967 in
[Peters & Timmerhaus, 2003]
Appendik C - 71
Dipilih pipa Stainless steel 1/8 in sch 40, diperoleh data : [Kern, tabel 11, hal 844] OD
= 0,405 in
ID
= 0,269 in = 0,0224ft
A
= 0,058 in2 = 0,0004 ft2
v=
q fm 0,00034 = = 0,85 ft/s A 0,0004
Nre =
ID ⋅ v ⋅ ρ 0,0224 ⋅ 0,85 ⋅ 106,3548 = 0,0012 μ = 2687,49616
NRe > 2100 → aliran turbulen Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a] Jumlah
Le/D
Le (ft) 50
Elbow 90o
4
30
Gate valve
1
13
2,67475
Globe valve Total
1
340
69,955 147,31975
24,69
Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D = 0,00015/0,20575 = 0,000729
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
f = 0,0045
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus
Appendik C - 72
F =
4f ⋅ L ⋅ v 2 2 ⋅ gc ⋅ D
4.0,0045 ⋅ 147,31975 ⋅ 2,5189 = 2 ⋅ 32,174 ⋅ 0,20575
[Geankoplis, hal.86] 2
= 1,2708 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction :
k
= 0,5
[Foust, App C-2.a]
k ⋅ v2 FC = 2 ⋅ gc =
0,5 ⋅ 2,5189 2 2 ⋅ 32,1740
= 0,0493 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement :
k=1 FE =
=
[Foust, app C-2 c] k ⋅ v2 2 ⋅ gc 1 ⋅ 2,5189 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0986 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 1,2708 + 0,0493 + 0,0986 = 1,4187 ft.lbf/lbm Persamaan Bernoulli : ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c
Appendik C - 73
∆P
= 0
Z2 – Z1 = 20 ft v1 = 0 ∆v = v2 = 2,5189 ft/s untuk aliran turbulen → α = 1 ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c 0 + (20 . 1) +
1.2,5189 2 + 1,4187= -Wp 2 ⋅ 32,174
-Wp = 21,5173 ft.lbf/lbm Head = -Wp .
g gc
lbm.ft ft.lbf s 2 .lbf . = 21,5173 ft lbm s2 = 21,5173 ft
Power yang dibutuhkan pompa : 6,0429 ⋅ 21,5173 WHP = m(− Wp ) = 550 550 = 0,2364 Hp Efisiensi pompa = 60%
[Ulrich, tabel 4-20 hal; 206]
Appendik C - 74
BHP =
WHP 0,2364 = = 0,3944 hp η pompa 0,6
Efisiensi motor, ηmotor = 80% Power actual pompa =
[Peters & Timmerhaus, fig14-38 hal 521]
BHP 0,3944 = η motor 0,8 = 0,4933 hp ≈ 0,5 hp
Spesifikasi: Nama alat Type Fungsi
: Pompa ke Reaktor Netraliser (L-224) : Centrifugal pump : Memompa larutan dari tangki Ca(OH)2 (M-220) menuju ke
Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah
reaktor netraliser (R-210). : 0,6860 gpm : 0,5 hp : 1/8 in sch 40 : Carbon Steel 1
19. Reaktor Netraliser (R-210) Perhitungan Reaktor Netraliser dapat dilihat pada Bab VI Perancangan Alat Utama oleh Endah Via Dolorosa (0305010034).
20. Pompa ke Thickener (L-211) Fungsi
: Memompa larutan dari Reaktor Netraliser (R-210) menuju ke Thickener (H-230).
Type
: Centrifugal Pump
Kondisi operasi: Pop = 1 atm, Top = 45 oC
Appendik C - 75
Laju alir massa larutan
= 31672,4100 kg/jam = 19,3958 lb/s
ρ larutanl = 0,7873 g/cm3 = 787,2670 kg/m3 = 49,1475 lb/ft3 μ larutan = 1,1856 cp = 0,0008 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (qfm) =
laju alir massa 19,3958 = ρ larutan 49,1475 = 0,3946 ft3/s
Diambil toleransi keamanan 20%, maka : Laju alir volumetrik (qfm) = 120% . 0,3946 = 0,4735 ft3/s = 212,5352 gal/min
Asumsi : Aliran turbulen Di,opt = 3.9 . qfm0.45 . ρ 0.13 Di,opt
= Diameter pipa dalam optimum (in)
qfm
= Laju alir fluida (ft3/s)
ρΠ
[Peters & Timmerhaus, 2003]
= Massa jenis fluida (lb/ft3)
Di,opt = 3,9 . (0,4735) 0,45 . (49,1475)0,13 Di,opt = 4,6223 in Dipilih pipa Stainless steel 6 in sch 40, diperoleh data : OD
= 6,625 in
ID
= 6,065 in = 0,5054 ft
A
= 28,9 in2 = 0,2007 ft2
[Kern tabel 11, hal 844]
Appendik C - 76
v=
q fm 0,3946 = = 1,9661 ft/s A 0,2007
Nre =
ID ⋅ v ⋅ ρ 0,5054 ⋅ 1,9661 ⋅ 49,1475 = μ 0,0008 = 61045,3074
NRe > 2100 → aliran turbulen Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a] Jumlah
Le/D
Le (ft) 50
Elbow 90o
4
30
Gate valve
1
13
6,5702
Globe valve Total
1
340
171,836
60,648
89,0542
Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D = 0,00015/0,5054 = 0,000297
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
f = 0,0027
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus
F =
4f ⋅ L ⋅ v 2 2 ⋅ gc ⋅ D
0,0027 ⋅ 289,0542 ⋅ 1,9661 2 = 2 ⋅ 32,174 ⋅ 0,5054
[Geankoplis, hal.86]
Appendik C - 77
= 0,3710 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction :
k
= 0,5
FC =
=
[Foust, App C-2.a]
k ⋅ v2 2 ⋅ gc 0,5 ⋅ 1,96612 2 ⋅ 32,1740
= 0,0300 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement :
k=1 FE =
[Foust, app C-2 c] k ⋅ v2 2 ⋅ gc
1 ⋅ 1,96612 = 2 ⋅ 32,174 = 0,0601 ft.lbf/lbm •
menghitung friksi pada pompa :
∆P = 30 psi = 4320 lb/ft2 Fp=
∆P 4320 = = 87,8987 ρ 49,1475
ΣF = F + FC + FE + Fp = 0,3710 + 0,0300 + 0,0601 + 87,8987 = 88,3598 ft.lbf/lbm Persamaan Bernoulli :
Appendik C - 78
∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c ∆P
= (P2 – P1)
P1
= 14,7 psi
P2
= (14,7 + Phidrostatik) psi g .h) gc
Phidrostatik =(ρ.
= (49,1475 . 1 . 5,7823) = ∆P
284,1853 lb/ft2
= - 284,1853 lb/ft2
Z2 – Z1 = 20 ft v1 = 0 ∆v = v2 = 1,9661 ft/s untuk aliran turbulen → α = 1 ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c 1 284,1853 ⋅ 1,96612 + (20 . 1) + 2 + 88,3598 = -Wp 49,1475 2 ⋅ 32,174 -Wp = 114,2021 ft.lbf/lbm Head = -Wp .
g gc
lbm.ft ft.lbf s 2 .lbf . = 114,2021 ft lbm s2
Appendik C - 79
= 114,2021 ft Power yang dibutuhkan pompa : o
19,39 ⋅ 114,2021 WHP = m⋅ ( − Wp ) = 550 550 = 4,0273 hp Efisiensi pompa = 80% BHP =
[Ulrich, tabel 4-20 hal 206]
WHP 4,0273 = = 5,0341 hp η pompa 0,8
Efisiensi motor, ηmotor = 80% Power actual pompa =
[Peters & Timmerhaus, fig14-38 hal 521]
BHP 5,0341 = η motor 0,8 = 6,2926 hp ≈ 6 hp
Spesifikasi : Nama alat Fungsi
: Pompa ke Thickener (L – 211) : Memompa larutan dari Reaktor Netralizer (R-210) menuju ke Thickener (H-230).
Type
: Pompa Centrifugal
Kapasitas
: 212,5352 gpm
Efisiensi pompa
: 80%
Power motor
: 6 hp
Ukuran pipa
: 6 in schedule 40
Bahan konstruksi
: carbon steel
Jumlah
: 1 buah
Appendik C - 80
21. Thickener (H-230) Fungsi
: Untuk mengendapkan padatan-padatan yang tidak diinginkan, yaitu Mg(OH)2, Ca(OH)2 dan impurities yang ada.
Type
: Tangki berbentuk silinder tegak dengan bagian atas terbuka dan bagian bawah tertutup berbentuk toriconical
Kondisi operasi : Bahan masuk thickener pada suhu 45°C Perhitungan : Jumlah umpan masuk : 31672,4100 kg/jam = 760137,8400 kg/hari Jumlah padatan dalan umpan : 2762,0976 kg/hari Maka : % padatan dalam umpan =
2762,0976 × 100% = 0,35 % 31672,4100
Dengan komposisi : CaCl2
= 177573,7848 kg/hari
= 7398,9077kg/jam
MgCl2
= 182,5608 kg/hari
= 7,6067 kg/jam
Mg(OH)2
= 1005,276 kg/hari
= 41,8865kg/jam
Ca(OH)2
= 141,8832 kg/hari
= 5,9118 kg/jam
Impurities
= 1614,9384 kg/hari
= 67,2891kg/jam
H2O
= 579619,3968 kg/hari
= 24151,5071kg/jam
Total
= 760137,8400kg/hari
= 31672,4100 kg/jam
Volume total bahan masuk dalam 1 jam : a. Padatan - Mg(OH)2
= 1,3588 m3
- Ca(OH)2
= 0,00016m3
- impurities
= 0,0042 m3
Appendik C - 81
Total padatan = 1,3632 m3 b. Cairan - CaCl2
= 0,2146 m3
- MgCl2
= 0,0002 m3
- H2O
= 1,5149 m3
Total cairan
= 1,7297 m3
Jumlah total cairan + padatan = 3,0929 m3 Underflow : Massa sludge = 4603,495 kg/hari = 191,8123 kg/jam Terdiri dari : a. Padatan Mg(OH)2
= 1005,276 kg/hari
= 41,8865kg/jam
Ca(OH)2
= 141,8832 kg/hari
= 5,9118 kg/jam
Impurities
= 1614,9384 kg/hari
= 67,2891kg/jam
Total padatan = 115,0874 kg/jam b. Cairan - CaCl2
= 431,4672 kg/hari
= 17,9778 kg/jam
- MgCl2
= 0,4428 kg/hari
= 0,01845 kg/jam
- H2O
= 1409,2296 kg/hari = 58,7179 kg/jam
Total cairan
= 76,7291 kg/jam
Volume underflow : a. Padatan - Mg(OH)2
= 0,0011m3
Appendik C - 82
- Ca(OH)2
= 0,0002m3
- impurities
= 0,1008m3
Total padatan = 0,1021m3 b. Cairan - CaCl2
= 0,0005m3
- MgCl
= 0,004.10 -4 m3
- H2O
= 0,0037m3
Total cairan
= 42.10 –4 m3
ρpadatan = 1214,5356 kg/m3 ρlarutan = 1111,1111 kg/m3 760137,8400 − 2762,0976 L = = 275,2031 S 2762,0976 umpan 4603,495 − 2762,0976 L = = 0,6727 S 2762,0976 sludge
Kecepatan Pengendapan : vH = Dimana
(ρ s −
ρ l ) × g × Dp 2 × R 18 × µ
[Foust, hal.615, pers.22.22]
: vH = kecepatan terminal pada waktu pengendapan Dp = diameter partikel = 0,002646 cm = 0,00086811 ft R = faktor koreksi = 0,5333 (data dari Foust hal 615, fig.22.3) µ = viskositas umpan
Mencari µ umpan
Appendik C - 83
µ camp µ liquid
=
1 + 0,5φ s (1 − φ s ) 4
[Perry, hal.3-
126] Фs = fraksi volume solid di umpan =
Vs 1,3632 = = 0,4408 Vt 3,0929
Viskositas campuran liquid dicari dengan menggunakan rumus :
µ liq camp
1/ 3
= xCaCl2 × µ CaCl2
1/ 3
+ x MgCl × µ
1/ 3 MgCl
+ x H 2O × µ H 2O
1/ 3
= 0,2345 × (1,0074) 1/ 3 + 0,0002 × ( 2,0462 ) 1 / 3 + 0,7653 × ( 0,7175) 1 / 3 = 0,9212 µliquid camp = 0,9733 cp 1 + 0,5 × 0,4408 µ camp = 0,9733 × 4 = 1,2344 cp ( ) 1 − 0 , 4408 vH =
(1214,5356 − 1111,1111) × 1 ×
(0,02646.10 − 2 ) 2
18 × 1,2344.10 − 3
× 0,5333
= 1,7379.10-4 m/dt
Luas tangki Pengendap : L L Q − A = S umpan S sludge ρ umpan × v H Dimana : Q = kapasitas umpan = 31672,4100 kg/jam (31672,4100 kg / jam) × ( 275,2031 − 0,6727 ) 3600 det ik A= = 12,50796 m2 1111,1111 × 1,7379.10 − 4
Appendik C - 84
Diameter Tangki : A=
D=
π × D2 × h 4 4A = π
4 × 12,50796 = 2,1982 m = 7,1135 ft = 86,5425 in π
Volume Tutup Bagian Bawah Tinggi konikal : h=
D 7,1135 = = 3,5568 ft = 1,0841 m 2 tan α 2 tan 45
Volume Tutup Bawah : V=
1 π π 2 × 7,11352 × 3,5558 = 6,6205 ft3 = 0,1875 m3 × D × h = 3 4 12
Kedalaman Tangki Pengendap : Volume umpan masuk = 3,0929 m3 Volume umpan = volume silinder + volume torikonikal 3,0929 m3 = volume silinder +
π 2,54.10− 2 m × 2,19822 × 2 in × + 0,1875 m3 4 1 in
Volume silinder = 2,8177 m3 = 99,5026 ft3 V =
π × D2 × H 4
H=
4 × 2,8177 = 0,740m = 2,4277 ft π × 2,19822
Asumsi : tangki terisi 90% H tangki =
1,3736 = 1,5262 ft = 0,4652 m 0,9
Tebal dinding tangki :
Appendik C - 85
Pop = 1 atm = 14,7 psia P hidrostatik = ρ x g x h = 1111,1111 x 1 x 1,9848 = 2205,333 kg/m2 = 3,1488 psig P desain = 1,05 x (Pop + P hidrostatik) = 1,05 x (0 + 3,1488) = 3,3063 psig Tebal silinder : t=
P × di + C f × E − 0,6 × P
[Brownell & Young, pers.13.1, hal.254]
dimana : E = efisiensi penyambungan = 0,8
[Brownell & Young, table 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (psi) = 12.650 psi (SA 283 grade C)
[Brownell & Young, table 13.1, hal.254]
ri = jari-jari dalam silinder ( in) C = faktor korosi = Jadi : t =
1 16
3,3063 × 157,242 1 + = 0,0881 in 2(12.650 × 0,8 − 0,6 × 3,3063) 16
Tebal standard diambil :
3 in 16
[Brownell & Young hal.88]
Diameter luar tangki : 3 OD = ID + 2 x (tebal silinder) = 157,242 + 2 in 16 = 157,617 in = 13,1348 ft Tebal tutup bawah :
Appendik C - 86
Pop = 1 atm = 14,7 psia P hidrostatik = ρ x g x h = 1111,1111 x 1 x 1,9848 = 2205,3333 kg/m2 = 3,1488 psig P desain = 1,05 x (Pop + P hidrostatik) = 1,05 x (0 + 3,1488) = 3,3063 psig t=
P × Di + C 2 cos 45( f × E − 0,6 × P )
dimana : E = efisiensi penyambungan = 0,8
[Brownell & Young, tabel 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (psi) = 12.650 psi (SA 283 grade C)
[Brownell & Young, tabel 13.1, hal.254]
D = diameter dalam silinder (in) C = faktor korosi = Jadi : t =
1 16
3,3063 × 157,242 1 + = 0,0988 in 2 cos 45(12.650 × 0,8 − 0,6 × 3,3063 16
Tebal standard diambil :
3 in 16
[Brownell & Young, hal.88]
Spesifikasi: Nama alat
: Thickener (H-230)
Fungsi
: Untuk mengendapkan padatan-padatan yang tidak diinginkan, yaitu Mg(OH)2, Ca(OH)2 dan impurities yang ada.
Type
: Tangki berbentuk silinder tegak dengan bagian atas terbuka dan bagian bawah tertutup berbentuk toriconical
Kapasitas
: 760137,8400 kg/hari
Appendik C - 87
Kondisi operasi Diameter dalam
: Bahan masuk thickener pada suhu 35,3714°C : 157,242 in
Tinggi tangki
: 10,1379 ft
Tinggi tutup bawah
: 6,5518 ft
Tebal silinder
:
3 in 16
Tebal tutup bawah
:
3 in 16
Sf bawah
: 2 in
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 buah
22. Rotary Drum Vacuum Filter (H-240) Fungsi : Untuk memisahkan MgCl2 dan filtrat yang masih terikut dari thickener (H-230). Tipe
: Rotary Drum Filter
Laju alir masuk = 31471,9 kg/jam ρ larutan = 1138,9262 kg/m3 Laju alir volumetrik =
31471,9 = 663,3743 m3/hari = 27,6406 m3/jam 1138,9262
Laju filtrasi = 10 m3/(m2.jam) Luas filter =
27,6406 = 2,7606 m2 = 29,7441 ft2 10
Ditetapkan luas filter = 76 ft2 = 7,0606 m2 dengan: Diameter = 6 ft
[Walas, hal 327]
Appendik C - 88
Panjang = 4 ft [Perry, ed 6th hal 19-79]
Kecepatan putaran = 0,1 – 10 rpm Daya motor = 1,5 x A0,75
[Ulrich, tabel 4-23 hal 222]
= 1,5 x (7,0606)0,75 = 6,4971 kW = 8,713 Hp Ditetapkan ηmotor = 80%, maka Power motor =
8,713 = 10,89 Hp ≈ 11 Hp 0,8
Spesifikasi: Nama alat
: Rotary Drum Vacuum Filter (H-240)
Fungsi
: Untuk memisahkan MgCl2 dan filtrat yang masih terikut dari thickener (H-230).
Tipe
: Rotary drum filter
Kapasitas
: 31471,9 kg/hari
Diameter
: 6 in
Panjang
: 4 ft
Kecepatan
: 0,2 rpm
Power motor
: 11 Hp
Jumlah
: 1 buah
23. Tangki Penampung CaCl2 (F-241) Fungsi
: Untuk menampung larutan CaCl2 dari Rotary Drum Vacum Filter (H-240) dan recycle dari centrifuge (H-330).
Kapasitas bahan masuk : 36540,9360 kg/jam = 80558,1475 lb/jam ρ campuran
: 75,7576 lb/ft3
Appendik C - 89
direncanakan tangki penampung selama 8 jam Kapastas CaCl2 dalam tangki = 8 . 80558,1475 lb/jam = 644465,18 lb Volume liquid =
=
KapasitasCaCl 2 ρ 644465,18 75,7576
= 8506,9377 ft3 Untuk Tangki penampung faktor keamanannya 20%, maka: = 1,2 x 8506,9377 ft3 = 10208,3252 ft3 Menentukan diameter tangki V tangki
= V tutup atas + V silinder + V tutup bawah
10208,3252
π .Di 3 π 2 24 = 0,000049 (12 Di) + Di H + 4 tg 1 2α 3
H = 1,5 D α = 60o 10208,3252
= 0,000049 (12 Di)3 + π Di 2 (1,5Di ) + 4
Di3
= 6857,2078
Di
= 18,9983 ft = 227,9796 in = 5,79 m
H
π
.Di 3 24 tg 30
= 1,5 Di =1,5 x 18,9983 ft = 28,49745 ft = 341,9694 in = 8,6860 m
Mencari tinggi larutan pada bagian silinder VL
= V ta + V tb + Vs
Appendik C - 90
8506,9377
= 0,000049 (12 18,9983) + π 18,99832 H + 4
283,3343 H
= 6732,5615
H
= 22,4913 ft = 269,8956 in = 6,8553 m
3
π
24
18,99833 tg 30
Menghitung Tebal silinder: Pop = 1 atm = 14,7 psia = 0 psig Phidrostatik = ρCaCl2 .
g . hlarutan CaCl2 di dalam silinder gc
= 76,9588. 1/144 . 22,4913 = 11,8325 psia P design = 1,05 . (Pop + Phidrostatik) = 1,05 . (0 + 11,8325) = 12,4241 psig tshell =
P.di + C 2( f .E − 0,6 P )
t shell =
[Brownell & Young pers 13.1, hal 254]
12,4241.227,9796 1 + = 0,3139 in 2(18750 ⋅ 0,8 − 0,6 ⋅ 16,3644) 8
Tebal shell standard diambil :
5 in 16
Standarisasi: Do
= Di + 2 . ts 5 = 227,9796 + 2 16 = 228,6046 in = 228 in
Harga Di baru
[Brownell & Young tabel 5.6, hal 88]
Appendik C - 91
Di
= Do – 2 ts 5 = 228 – 2 16 = 227,375 in = 18,9479 ft
Jenis tutup standart dishead r
= 180 in
icr
= 13 ¾ in
sf
= 2 in
Menentukan tebal tutup atas : Tutup atas berbentuk standart dishead tha
=
0,885 ⋅ P ⋅ di + C f ⋅ E - 0,1 ⋅ P
=
0,885.12,4241.227,375 1 + 18750.0,8 − 0,1.12,4241 8
= 0,2921 in ≈
thb
=
1 in 4
[Brownell & Young pers.13-12, hal 258]
[Brownell & Young tabel 5.7, hal 89]
P ⋅ di + C 2(f ⋅ E − 0,6 ⋅ P)cos 30
12,4241.227,375 1 = 2(18750.0,8 − 0,1.12,4241) cos 30 + 8
= 0,2337 in ≈
1 in 4
Menentukan tinggi tutup atas dan bawah: Tutup atas berbentuk standart dishead Di
= 227,25 in
Appendik C - 92
icr
= 13 ¾ in
r
= 180 in
AB = (di/2)-icr = (227,25/2) – 13,75 = 99,875 ft BC = r – icr = 180-13,75 = 166,25 in AC =
( BC 2 − AB2 )
(166,25) 2 − (99,875) 2
=
= 132,9062 in b
= r - AC = 180 – 132,9062 = 47,0938 in
tinggi tutup atas (ha)
= thead + b + Sf = 1/4 + 47,0938 +2 = 49,3438 in = 1,2533 m
Total tinggi tangki
= tinggi tutup atas + tinggi silinder + tinggi tutup bawah = 49,3438+ 341,9694 + 49,3438 = 440,657 in
Spesifikasi : Nama alat
: Tangki penampung CaCl2 (F – 241)
Fungsi
: Untuk menampung larutan CaCl2 dari Rotary Drum Vacum Filter (H-240) dan recycle dari centrifuge (H-330).
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas standard dished head dan tutup bawah berbentuk konis
Diameter dalam
: 228,6046 in
Tinggi silinder
: 525,3795 in
Tebal silinder
:
5 in 16
Appendik C - 93
Tebal tutup bawah
:
1 in 4
Tebal tutup atas
:
1 in 4
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 buah
24. Pompa ke Evaporator (L-242) Fungsi
: Memompa larutan dari tangki penampung CaCl2 (F-241) menuju ke evaporator (V-310).
Type
: Centrifugal Pump
Laju alir massa larutan
= 36540,9360 kg/jam = 80558,1475 lb/jam
ρ larutanl = 72,4188 lb/ft3 μ larutan =0,0006 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (qfm) =
laju alir massa 80558,1475/3600 = ρ larutan 72,4188 = 0,3089 ft3/s
Diambil toleransi keamanan 20%, maka : Laju alir volumetrik (qfm) = 120% . 0,3089 = 0,37068 ft3/s = 166,3834 gal/min Asumsi : Aliran turbulen Di,opt = 3.9 . qfm0.45 . ρ 0.13
[Peters & Timmerhaus, 2003]
Appendik C - 94
dengan : Di,opt
= Diameter pipa dalam optimum (in)
qfm
= Laju alir fluida (ft3/s)
ρΘ
= Massa jenis fluida (lb/ft3)
Di,opt = 3,9 . (0,3089) 0,45 . (72,4188)0,13 Di,opt = 4,0109 in Dipilih pipa Stainless steel 4 in sch 40, diperoleh data : ID
= 4,026 in = 0,3355 ft
A
= 12,7 in2 = 0,0882 ft2
v=
q fm 0,37068 = = 4,2027 ft/s A 0,0882
Nre =
[Kern ,tabel 11, hal 844]
ID ⋅ v ⋅ ρ 0,3355 ⋅ 4,2027 ⋅ 72,4188 = μ 0,0006 = 170184,8861
NRe > 2100 → aliran turbulen Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a] Jumlah
Le/D
Le (ft) 10
Elbow 90o
4
30
Gate valve
1
13
4,3615
Globe valve Total
1
340
114,07 138,4965
Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015
10,065
Appendik C - 95
ε/D = 0,00015/0,3355 = 0,000447
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
f = 0,0035
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus
F =
4f ⋅ L ⋅ v 2 2 ⋅ gc ⋅ D
[Geankoplis, hal.86] 4.0,0035 ⋅ 138,4965 ⋅ 4,2027 = 2 ⋅ 32,174 ⋅ 0,3355
2
= 1,5863 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction :
k
= 0,5
[Foust, App C-2a]
k ⋅ v2 FC = 2 ⋅ gc =
0,5 ⋅ 4,2027 2 2 ⋅ 32,1740
= 0,1372 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement :
k=1 FE =
=
[Foust, app C-2c] k ⋅ v2 2 ⋅ gc 1 ⋅ 4,2027 2 2 ⋅ 32,174
= 0,2745 ft.lbf/lbm
Appendik C - 96
ΣF = F + FC + FE = 1,5863 + 0,1372 + 0,2745 = 1,998 ft.lbf/lbm Persamaan Bernoulli : ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c ∆P
= 0
Z2 – Z1 = 20 ft v1 = 0 ∆v = v2 = 4,2027 ft/s untuk aliran turbulen → α = 1 ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c 4,2027 2 0 + (20 . 1) + + 1,998 = -Wp 2 ⋅ 32,174 -Wp = 22,2725 ft.lbf/lbm Head = -Wp .
g gc
lbm.ft ft.lbf s 2 .lbf . = 22,2725 ft lbm s2 = 22,2725 ft Power yang dibutuhkan pompa :
Appendik C - 97
80558,1475 / 3600 ⋅ 22,2725 WHP = m⋅ (− Wp ) = 550 550 = 0,9062 hp Efisiensi pompa = 80% BHP =
[Ulrich, tabel 4-20 hal 206]
WHP 0,9062 = η pompa 0,8
= 1,1328 hp
Efisiensi motor, ηmotor = 80% Power actual pompa =
[Peters & Timmerhaus, fig14-38 hal.521]
BHP 1,1328 = η motor 0,8 = 1,4159 hp ≈ 2 hp
Spesifikasi : Nama alat Fungsi
: Pompa ke Evaporator (L – 242) : Memompa larutan dari tangki penampung CaCl2 (F-241) menuju ke evaporator (V-310).
Type
: Centrifugal Pump
Kapasitas
: 166,3834 gpm
Efisiensi pompa
: 80%
Power motor
: 2 hp
Ukuran pipa
: 4 in schedule 40
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 buah
25. Evaporator (V-310)
Appendik C - 98
Perhitungan Evaporator (V-310) dapat dilihat pada Bab VI Perancangan Alat Utama oleh Elmi Yuni Adi Maghfiroh
26. Pompa ke Kristaliser (L-311) Fungsi Type
: Memompa larutan dari evaporator (V-310) ke kristaliser (X-320). : Centrifugal Pump
Kondisi operasi: Pop = 1 atm, Top = 45 oC Laju alir massa larutan
= 18826,8070 kg/jam = 11,5292 lb/s
ρ larutanl = 34,3903 lb/ft3 μ larutan = 0,0006 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (qfm) =
laju alir massa 11,5292 = ρ larutan 34,3903 = 0,3352 ft3/s
Diambil toleransi keamanan 20%, maka : Laju alir volumetrik (qfm) = 120% . 0,3352 = 0,40224 ft3/s = 180,5494 gal/min Asumsi : Aliran turbulen Di,opt = 3.9 . qfm0.45 . ρ 0.13 dengan : Di,opt
= Diameter pipa dalam optimum (in)
qfm
= Laju alir fluida (ft3/s)
ρΡ
= Massa jenis fluida (lb/ft3)
[Peters & Timmerhaus, 2003]
Appendik C - 99
Di,opt = 3,9 . 0,40224 0,45 . 34,39030,13 Di,opt = 4,1005 in Dipilih pipa Stainless steel 6 in sch 40, diperoleh data : OD
= 6,625 in
ID
= 6,065 in = 0,5054 ft
A
= 28,9 in2 = 0,2007 ft2
v=
q fm 0,40224 = = 2,0042 ft/s A 0,2007
Nre =
[Kern tabel 11, hal 844]
ID ⋅ v ⋅ ρ 0,5054 ⋅ 2,0042 ⋅ 34,3903 = μ 0,0006 = 58057,8581
NRe > 2100 → aliran turbulen
Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a] Jumlah
Le/D
Le (ft) 35
Elbow 90o
3
30
Gate valve
1
13
Globe valve Total
1
340
45,486 6,5702 171,836 258,8922
Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D = 0,00015/0,5054 = 0,000297
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Appendik C - 100
f = 0,0038
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus
F =
=
4f ⋅ L ⋅ v 2 2 ⋅ gc ⋅ D 0,0038 ⋅ 258,8922 ⋅ 2,0042 2 ⋅ 32,174 ⋅ 0,5054
[Geankoplis, hal.86] 2
= 0,4860 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction :
k
= 0,5
FC =
[Foust, App C-2a]
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
0,5 ⋅ 2,0042 2 = 2 ⋅ 32,1740 = 0,0312 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement :
k=1
[Foust, app C-2c]
k ⋅ v2 FE = 2 ⋅ gc =
1 ⋅ 2,0042 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0624 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 0,4860 + 0,0312 + 0,0624 = 0,5796 ft.lbf/lbm
Appendik C - 101
Persamaan Bernoulli : ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c ∆P
= (P2 – P1)
P1
= 14,7 psi
P2
= (14,7 + Phidrostatik) psi g .h) gc
Phidrostatik =(ρ.
= (34,3903 . 1 . 9,2907) = ∆P
319,5099 lb/ft2
= - 319,5099 lb/ft2
Z2 – Z1 = 20 ft v1 = 0 ∆v = v2 = 2,0042 ft/s untuk aliran turbulen → α = 1 ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c -
672,8213 1.2,0042 2 + (20 . 1) + + 0,5796 = -Wp 34,3903 2 ⋅ 32,174
-Wp = 29,9383 ft.lbf/lbm Head = -Wp .
g gc
lbm.ft ft.lbf s 2 .lbf . = 29,9383 ft lbm s2
Appendik C - 102
= 29,9383 ft Power yang dibutuhkan pompa : WHP =
m ⋅ (− Wp ) 550
=
0,3352.29,9383 550
= 0,0182 hp Efisiensi pompa = 60% BHP =
[Ulrich, tabel 4-20 hal. 206]
WHP 0,0182 = = 0,0303 hp η pompa 0,6
Efisiensi motor, ηmotor = 80% Power actual pompa =
[Peters & Timmerhaus, fig14-38 hal 521]
BHP 0,0303 = η motor 0,8 = 0,0379 hp ≈ 0,5 hp
Spesifikasi : Nama alat Tipe Fungsi Kapasitas Power motor Ukuran pipa Bahan Jumlah
: Pompa ke Kristaliser (L-311) : Centrifugal Pump : Memompa larutan dari evaporator (V-310) ke kristaliser (X-320) :180,5494 gpm : 0,5 hp : 6 in sch 40 : Carbon steel :1
27. Barometrik Kondensor (E- 312) Fungsi : Mengkondensasikan uap yang keluar dari evaporator (V-310). Tipe
: Dry air counter current barometric condensor
Uap air yang hendak dikondensasi = 17714,1290 kg/jam Ditetapkan toleransi 20%
Appendik C - 103
Jumlah total uap air yang hendak dikondensasi = 1,2 x 17714,1290 kg/jam = 21256,9548 kg/jam = 46871,5853 lb/jam Untuk tiap ton/jam uap yang dikondensasi, besarnya luas penampang horisontal body kondensor (S) = 1,7 ft2 Sehingga: A=
1,7 x 46871,5853 = 79,6817 ft2 = 1/4.π.D2 → D = 10,0704 ft ≈ 10 ft 1000
tinggi kondensor = H = 8 ft
[Hugot, tabel 41.2, hal 801]
Menghitung jumlah air pendingin Suhu air pendingin masuk = t1 = 30 oC = 86 oF Suhu uap jenuh yang akan dikondensasi = tv = 194 oF Suhu air panas keluar kondensor = t2 tv – t2 = 0,12 x (tv – t1)
[Hugot, pers.41.9, hal 808]
t2 = 181,0400 oF Mencari kebutuhan air pendingin : Water flow Hv − (T2 − 32) = x uap yang akan dikondensasikan Vapor flow T2 − T1 [Perry 5th ed., hal 11 – 36] Dimana : Hv
= Entalpi uap (btu/lb)
T1
= Suhu air masuk (oF)
T2
= Suhu air keluar (oF)
1144,4788 - (181,0400 - 32) x507,9728 Jumlah air pendingin = 181,0400 - 86,0000
Appendik C - 104
= 490927,9953 lb/jam = 222643,0818 kg/jam Spesifikasi : Nama alat
: Barometric condensor (E-312)
Fungsi
: Mengkondensasikan uap yang keluar dari evaporator (V-310)
Tipe
: Dry air counter current barometric condensor
Dimensi
: Diameter = 10 ft Tinggi = 8 ft
Kebutuhan air pendingin : 222643,0818 lb/jam Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
28.Steam Jet Ejektor (G-313) Fungsi : Mempertahankan kondisi vakum pada evaporator (V-310) Tipe
: Single stage steam jet ejector
Tekanan yang harus dipertahankan = 7,2800 psia = 376,4488 mmHg Psuction = Pin – 5%.Pin (untuk faktor keselamatan) [Evans, hal 116] = 357,6264 mmHg Untuk Psuction tersebut diatas, dilihat pada Perry 5th ed. fig.6-75, single stage steam jet ejector dapat digunakan.
Appendik C - 105
Dengan basis steam pada 100 psig: Ra = 9 lb steam/lb udara [Evans, fig.3-3, hal 108] Untuk typical size correction factor, Ra ditambah 20%, sehingga: [Evans, hal 108] Ra = 1,2000 x 9 = 10,8000 lb steam/ lb udara Ditetapkan kapasitas udara = 20 lb/jam
[Evans, hal 115]
Digunakan steam: P = 65,4112 psia = 50,7112 psig Faktor koreksi = F = 0,8200
[Evans, fig.3-4, hal 109]
Jadi: kebutuhan steam = Ra x kapasitas udara x F =177,1200 lb/jam Ukuran ejector Wa,1 D1 = 2 P1
0 , 48
D2 = ¾ D1
[Evans, hal 114] Wa,2 Dd = 0,94 P2
0,5
L = 9 D1
Wa,1 Berat (lb) = 110 P 1
A = 2,5 (D1)2/3
Ws,m = 50 (Pm)0,96 Dn2
Wa,1= 20 lb/jam P1 = Psuction = 357,6264 mmHg = 6,9160 psia Ditetapkan: P2 = Pdischarge = 1 psig = 14,7000 psia Ws,m = kebutuhan steam = 177,1200 lb/jam Wa,2 = 177,1200 + 20 = 197,1200 lb/jam Pm = tekanan steam = 65,4112 psia Jadi:
0, 7
Appendik C - 106
20 D1 = 2 6,9160
0, 48
= 3,3296 in ≈ 4 in
D2 = ¾ x 4 = 3 in L = 9 x 3 = 27 in A = 2,5 x (3)2/3 = 5,2002 in 197,12 Dd = 0,94 14,7
0, 5
= 3,4422 in ≈ 4 in
20 Berat = 110 9,6447 Dn =
Ws,m 0,96 m
50.P
=
0,7
= 231,3211 lb
177,12 = 0,2530 in ≈ 0,3 in 50 x (65,4112) 0,96
Spesifikasi : Nama alat
: Steam jet ejector (G-313)
Fungsi
: Mempertahankan kondisi vakum pada evaporator (V-310).
Tipe
: Single stage steam jet ejector
Psuction
: 357,6264 mmHg
Kapasitas udara
: 20 lb/jam
Dimensi
: ~ D1 = 4 in ~ D2 = 3 in ~ L = 27 in ~ A = 5,2002 in ~ Dd = 4 in ~ Dn = 0,3 in
Appendik C - 107
Berat
: 231,3211 lb
Kebutuhan steam
: 177,1200 lb/jam
Bahan
: carbon steel
Jumlah
: 1 buah
29. Hot Well (F-314) Fungsi
: Untuk menampung kondensat dari baromatrik kondensor (E-312)
Laju alir masuk : 17714,1290 kg/jam ρ air
= 39059,6544 lb/jam
= 62,4300 lb/ft3
Direncanakan berupa bak dengan waktu tinggal 5 menit W
= 39059,6544 lb/jam
Vc
=
39059,6544 = 52,1379 ft3 62,43.60
Direncanakan volume hotwel = 10% > volume liquida =1,1 . 52,1379
= 57,3517 ft3
Direncanakan: P= 3,8564 ft. 2 = 7,7128 ft L= 3,8564 ft h= 4 ft Spesifikasi: Fungsi
: Untuk menampung kondensat dari baromatrik kondensor (E-312)
Kapasitas
: 39059,6544 lb/jam
Panjang
: 7,7128 ft
Appendik C - 108
Lebar
: 3,8564 ft
Tinggi
: 4 ft
Jumlah
: 1 buah
30. Kristalizer ( X-320 ) Fungsi
: Untuk membentuk kristal CaCl2.2H2O
Tipe
: Swenson Walker Crytallizer
Kapasitas = 18826,8070 kg/jam = 451843,386 kg/hari ρ larutan = 34,3903 lb/ft3 Panas yang diserap air pendingin (Q) = 244959,2929 kJ/jam = 40475,9635 Btu/jam Pendingin yang digunakan: air Air pendingin yang dibutuhkan = 13622,4721 kg/hari Panjang kristalizer per unit = 10 – 40 ft
[Badger, hal 524]
Ditetapkan : Panjang kristaliser per unit = 10 ft Lebar kristalizer = 24 in
[Badger, hal 524]
Luas pendingin = 3,5 ft2/ft panjang
[Badger, hal 524]
Ud = 350 Btu/(j.ft2.°F) Kecepatan putar spiral agitator : 7 Rpm (194 − 113) − (140 − 86) = 66,5845o F LMTD = 194 − 113 ln 140 − 86 Luas pendingin yang dibutuhkan:
[Kern, tabel 8, hal 840] [Badger, hal 524]
Appendik C - 109
A=
Q 40475,9635 = = 1,7368 ft2 U d .LMTD 350 . 66,5845
Luas pendingin tiap unit kristalizer = 3,5 x 10 = 35 ft2 1,7369 Jadi jumlah kristalizer yang dibutuhkan = 35 = 0,0496 ≈ 1 buah Spesifikasi : Nama alat
: Kristalizer (X-320)
Fungsi
: Untuk membentuk kristal CaCl2.2H2O
Tipe
: Swenson Walker Crystallizer
Kapasitas
: 18826,8070 kg/jam
Lebar
: 24 in
Panjang per unit : 20 ft Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
31.Centrifuge (H – 330) Fungsi
: Untuk memisahkan kristal CaCl2.2H2O dengan mother liquor yang keluar dari kristaliser (X-320).
Type
: Disk Centrifuge
Laju alir massa masuk centrifuge
= 18826,8070 kg/jam = 41505,579 lb/jam, terdiri dari :
•
Massa solid masuk
•
Massa mother liquor masuk = 13464,98 kg/jam
= 5361,8267 kg/jam
Appendik C - 110
ρlarutan = 34,3903lb/ft3 Laju alir volumetrik =
41505,579 34,3903
= 1206,8978 ft3/jam [Perry 7th ed, tabel 18-12, hal 18-112]
Ditetapkan : Type
= disk centrifuge
Diameter drum = 24 in Kecepatan putar = 1200 rpm
Power yang dibutuhkan: = 5,167 . 10-9. G. R2 . (rpm)2
Hp
Dimana: Hp
= power teoritis
G
= Trought put, lb/menit = 691,7597 lb/menit
R
= jari-jari silinder (ft) = ½ . 24 = 12 in = 1 ft
rpm = kecepatan putaran Maka: Hp = 5,167 . 10-9. 691,7597. (1)2 . (1200)2 = 5,1470 Hp Efisiensi motor 80% Power motor = Spesifikasi:
5,1470 = 6,4338Hp ≈ 6,5 Hp 0,8
[Perry 3th ed, hal 1006]
Appendik C - 111
Nama alat
: Centrifuge (H - 330)
Fungsi
: Memisahkan kristal CaCl2.2H2O dengan mother liquor yang keluar dari kristaliser (X-320).
Tipe
: Disk Centrifuge
Diameter drum
: 24 in
Kecepatan putar
: 1500 rpm
Power motor
: 6,5 hp
Bahan
: High Silicon Cast Iron
Jumlah
: 1 buah
32. Pompa ke Tangki Penampung CaCl2 (L-331) Fungsi Type
: Memompa larutan dari centrifuge (H-330) ke tangki penampung CaCl2 (F-241) : Centrifugal Pump
Kondisi operasi: Pop = 1 atm, Top = 45 oC Laju alir massa larutan
= 9867,7762 kg/jam = 6,0429 lb/s
ρ larutanl = 86,3782 lb/ft3 μ larutan = 0,0008 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (qfm) =
laju alir massa 6,0429 = ρ larutan 86,3728 = 0,0629 ft3/s
Diambil toleransi keamanan 20%, maka : Laju alir volumetrik (qfm) = 120% . 0,0629 = 0,08388 ft3/s = 37,6504 gal/min
Appendik C - 112
Asumsi : Aliran turbulen Di,opt = 3.9 . qfm0.45 . ρ 0.13
[Peters & Timmerhaus, 2003]
dengan : Di,opt
= Diameter pipa dalam optimum (in)
qfm
= Laju alir fluida (ft3/s)
ρΣ
= Massa jenis fluida (lb/ft3)
Di,opt = 3,9 . 0,08388 0,45 . 86,37820,13 Di,opt = 2,2825 in Dipilih pipa Stainless steel 2 1/4 in sch 40, diperoleh data : [Kern, tabel 11, hal 844] OD
= 2,88 in
ID
= 2,469 in = 0,20575 ft
A
= 4,79 in2 = 0,0333 ft2
v=
q fm 0,08388 = = 2,5189 ft/s A 0,0333
Nre =
ID ⋅ v ⋅ ρ 0,20575 ⋅ 2,5189 ⋅ 86,3782 = μ 0,0008 = 55958,35421
NRe > 2100 → aliran turbulen Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan
[Foust, App.C-2a] Jumlah
Le/D
Le (ft)
Appendik C - 113
Pipa lurus
50
Elbow 90o
4
30
Gate valve
1
13
2,67475
Globe valve Total
1
340
69,955 147,31975
24,69
Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D = 0,00015/0,20575 = 0,000729
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
f = 0,0045
[Geankoplis, fig. 2.10-3]
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus
4f ⋅ L ⋅ v 2 F = 2 ⋅ gc ⋅ D [Geankoplis, hal.86] =
4.0,0045 ⋅ 147,31975 ⋅ 2,5189 2 ⋅ 32,174 ⋅ 0,20575
2
= 1,2708 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction :
k
= 0,5
FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
[Foust, App C- `]
Appendik C - 114
=
0,5 ⋅ 2,5189 2 2 ⋅ 32,1740
= 0,0493 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement :
k=1 FE =
[Foust, app C-2c] k ⋅ v2 2 ⋅ gc
1 ⋅ 2,5189 2 = 2 ⋅ 32,174 = 0,0986 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 1,2708 + 0,0493 + 0,0986 = 1,4187 ft.lbf/lbm Persamaan Bernoulli : ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c ∆P
= 0
Z2 – Z1 = 20 ft v1 = 0 ∆v = v2 = 2,5189 ft/s untuk aliran turbulen → α = 1 ∆P g α ⋅ ∆ v2 + ∆Z + + Σ F = -WP ρ gc 2g c
Appendik C - 115
0 + (20 . 1) +
1.2,5189 2 + 1,4187= -Wp 2 ⋅ 32,174
-Wp = 21,5173 ft.lbf/lbm Head = -Wp .
g gc
lbm.ft ft.lbf s 2 .lbf . = 21,5173 ft lbm s2 = 21,5173 ft Power yang dibutuhkan pompa : 6,0429 ⋅ 21,5173 WHP = m(− Wp ) = 550 550 = 0,2364 hp Efisiensi pompa = 60% BHP =
[Ulrich, tabel 4-20, hal 206]
WHP 0,2364 = = 0,3944 hp η pompa 0,6
Efisiensi motor, ηmotor = 80% Power actual pompa =
[Peters & Timmerhaus, fig14-38, hal 521]
BHP 0,3944 = η motor 0,8 = 0,4933 hp ≈ 0,5 hp
Spesifikasi : Nama alat Fungsi Tipe Kapasitas Power motor Ukuran pipa
: Pompa ke Tangki Penampung CaCl2 (L-322) : Memompa larutan dari centrifuge (H-330) ke tangki penampung CaCl2 (F-241) : Centrifugal pump : 37,6504 gpm : 0,5 hp : 2 ¼ in sch 40
Appendik C - 116
Bahan Jumlah
: Carbon steel :1
33. Screw Conveyor (J-332) Fungsi
: Mengangkut kristal basah CaCl2.2H2O dari centrifuge (H-330) menuju rotary dryer (B-340)
Tipe
: Horisontal Screw Conveyor With Bin Gate & Plain Discharge Opening
Kapasitas bahan masuk : 8959,0308 kg/jam Direncanakan kapasitas screw conveyor 20 % lebih besar dari pada kapasitas masuk. Kapasitas = 1,2 . 8959,0308 kg/jam = 10750,837 kg/jam = 23701,2952 lb/jam ρ campuran = 113,6707 lb/ft3 Rate volumetric =
=
Kapasitas bahan masuk ρ 23701,2952 113,6707
= 208,5084 ft3/jam = 3,4751 ft3/menit Perhitungan: Ukuran screw conveyor yang dogunakan = 6 in
[Perry 6th ed, Tabel 7-5]
Material termasuk kelas d
[Perry 6th ed, Tabel 7-5]
Kecepatan screw conveyor = 55 rpm Faktor material
=4
Diameter flight
= 10 in
Diameter pipa
= 2,5 in
[Badger, hal 713]
Appendik C - 117
Diameter shaft
= 2 in
Panjang
= 25 ft
Power motor
=
C.L.W .F 33000
Dimana: C
= Kapasitas (ft3/menit)
L
= Panjang (ft)
W
= Berat material (lb/ ft3)
F
= Faktor material = 4
Hp
=
3,475.25.113,6707.4 = 1,1970 Hp 33000
Jika power < 2 Hp, maka power harus dikalikan 2. = 2 . 1,1970 Hp = 2,394 Hp Jadi motor digunakan mempunyai power 0,1 Hp Ditetapkan ηmotor = 80%, maka Power motor =
2,394 = 2,9925 Hp ≈ 3 Hp 0,8
Spesifikasi: Fungsi
: Mengangkut kristal basah CaCl2.2H2O dari centrifuge (H-330) menuju rotary dryer (B-340)
Tipe
: Horisontal Screw Conveyor With Bin Gate & Plain Discharge Opening.
Kapasitas
: 8959,0308 kg/jam
Kecepatan
: 55 rpm
Appendik C - 118
Diameter flight
: 10 in
Diameter pipa
: 2,5 in
Diameter shaft
: 2 in
Panjang
: 25 ft
Power
: 3 Hp
Bahan
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
34. Rotary Dryer (B-340) Fungsi : Untuk mengurangi kadar air kristal basah CaCl2.2H2O dari centrifuge (H-330). Tipe
: Direct heat rotary dryer
Dari perhitungan neraca massa diperoleh data sebagai berikut : •
Massa CaCl2.2H2O masuk (ms) = 8532,4103 kg/jam
•
Massa H2O dalam kristal masuk = 222,2049 kg/jam
•
Massa H2O dalam kristal keluar = 88,1625 kg/jam
•
Massa H2O yang menguap (mv) = 133,9541 kg/jam
Diameter rotary dryer (D) : Udara yang dibutuhkan untuk memanaskan produk = 12055,1577 kg/jam = 26576,801 lb/jam Range kecepatan udara dalam rotary drayer = 370-3700 lb/ft2.jam
Appendik C - 119
[Perry6th ed, hal.20-30] Dalam perancangan diambil kecepatan udara = 2000 lb/ft2.jam m
D=
π .G 4
Keterangan: m = kecepatan udara masuk ke rotary drayer G = kecepatan udara dalam perencanaan (lb/ft2) D=
26576,801 π .2000 4
= 4,1 ft = 1,2497 m Menghitung volume bahan Aliran bahan masuk ke rotary dryer = 8959,0308 kg/jam = 198751,07 lb/jam = 2488,6197 g/dtk Densitas bahan = 113,6707 lb/ft3 = 1,8208 gr/cm3 waktu tinggal ditetapkan = 300 detik berat bahan = 2488,6197 g/dtk x 300 dtk = 746585,919 g/dt2 Volume bahan =
746585,919 = 410031,8096 cm3 = 0,410 m3 1,8208
Menghitung panjang rotary dryer Dari tabel 4-10 Ulrich diperoleh L/D = 4-6 m Ditetapkan L/D = 6 m Sehingga L
= 6 x 1,2497 m
Appendik C - 120
= 7,4982 m = 24,6 ft Volume Rotary dryer =
π x 1 m2 x 7,4982 m 4
= 9,1926 m Saat operasi 10% - 15% volume material ada dalam rotary dryer Volume bahan saat operasi
=
10 x 9,1926 100
= 0,91926 m3 Volume bahan < volume bahan saat operasi (memenuhi)] Dari tabel 4-10 hal 1321 ditetapkan panjang rotary dryer adalah 4-20 m Jadi ukuran rotary dyer Panjang
= 7,4982 m
= 24,6 ft
Lebar
= 1,2497 m
= 4,1 ft
Menentukan sudu-sudu (Flight) : Jumlah flight standart dihitung menggunakan persamaan : a . D, dimana 2,4 < a < [Perry 7th ed, hal 12-54]
3 dan diameter dalam satuan ft. ditetapkan a = 3 Jumlah flight = 3 . 4,1 = 12,3 ≈ 12 buah Kecepatan putaran : Rentang
hasil
kali
kecepatan
putaran
dengan
diameter
25
[Walas, hal 256] Ditetapkan 30, sehingga kecepatan putaran =
30 = 4,2578 ≈ 5 rpm 7,0459
–
35
Appendik C - 121
Power motor : D = 1,2497 m P = 8 . D2 = 8 . (1,2497)2
[Ulrich, tabel 4-10, hal 132]
= 12,494 kW = 16,75 hp ≈ 17 hp Spesifikasi : Nama
: Rotary Dryer (B – 340)
Fungsi
: Mengurangi kadar air kristal basah CaCl2.2H2O dari Centrifu (H-330).
Tipe
: Direct heat rotary dryer
Diameter
: 4,1 ft
Panjang
: 7,4982 m = 24,6 ft
Jumlah flight
: 12 buah
Kecepatan putaran : 3 rpm Kemiringan
: 4 cm / m
Power motor
: 17 hp
Bahan konstruksi
: carbon steel
Jumlah
: 1 buah
35. Blower Udara (G – 341) Fungsi : Menyuplai udara ke rotary dryer (B-340). Tipe
: Centrifugal Blower
Kondisi operasi: Patm = 1 atm, Top = 30oC Massa udara yang dibutuhkan = 12055,1577 kg/jam
Appendik C - 122
= 26576,801 lb/jam ρ udara pada 30 oC = 1,1676 kg/m3
[Geankoplis, tabel A.33, hal 866]
= 0,0729 lb/ft3 Laju alir volumetrik = Q =
=
Massa udara ρ udara 26576,801 lb/jam 0,0729 lb/ft 3
= 364565,166 ft3/jam = 6076,0861 ft3/menit
Power untuk menghembuskan udara: = 1,57 . 10-4 . Q . P
Hp
[Perry 7th ed, pers 10-88, hal 10-46]
= ratio volume gas, ft3/menit
Dimana: Q P
= tekanan operasi blower, in H2O = 0-0,5 psi
Diambil = 0,2 psi = 5,5158 inHg Hp = 1,57 . 10-4 . 6076,0861. 5,5158 = 5,2618 hp Efisiensi blower (η) = 70% Hp shaft =
7,5168 = 7,5168 0,7
= 7,5168 ≈ 8 Hp
Spesifikasi :
[Perry 7th ed, hal 10-46]
Appendik C - 123
Nama alat
: Blower Udara (G – 341)
Fungsi
: Menyuplai udara ke rotary dryer (B-340).
Tipe
: Centrifugal Blower
Kapasitas
: 26576,801 lb/jam
Power motor : 8 hp Bahan
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 buah
36. Heater Udara (E – 342) Fungsi : Memanaskan udara yang akan masuk ke dalam rotary dryer (B-340). Tipe
: Shell and tube heat exchanger T1
t2
t1
T2
Kondisi operasi : •
Tekanan operasi
•
Suhu steam masuk (T1)
= 302 oF
•
Suhu steam keluar (T2)
= 302 oF
•
Suhu udara masuk (t1)
= 86 oF
•
Suhu udara keluar (t2)
= 248 oF
•
λsteam
= 1 atm
= 908,964 Btu/lb
Appendik C - 124
Ditetapkan : Rd design = 0,001
[Kern, tabel 12, hal 845]
ΔPmax untuk masing-masing aliran = 2 psi Digunakan tube dengan ukuran : ¾ in OD tube 16 BWG 1” square pitch L = 8 ft 2 buah passes Massa udara masuk = 12055,15766 kg/jam = 26576,8006 lb/jam T udara rata2 =
86 + 248 t1 + t 2 = = 167 oF 2 2
cp udara pada suhu 167 oF = 1,008926 kJ/kg.K = 0,241 Btu/lb.oF Qserap = Qlepas mudara . cpudara . (t2 – t1) = msteam . λsteam 26576,8006. 0.241 . (248 – 86) = msteam . 908,964 msteam = 1141,532 lb/jam Q = msteam . λsteam = 1141,532 . 908,964 = 1037611,493 Btu/jam Δt1 = T2 – t1 = 302 – 86 = 216 oF Δt2 = T1 – t2 = 302 – 248 = 54 oF Δt 2 − Δt 1 Δt LMTD = ln 2 Δt 1
Appendik C - 125
216 − 54 216 = ln 54 = 116,8583 oF R=
T1 - T2 = 0, maka harga Δt = LMTD = 116,8583 oF t 2 - t1
Ta =
T1 + T2 302 + 302 = = 302 o F 2 2
ta =
t 1 + t 2 86 + 248 = = 167 o F 2 2
Harga Ud = 5 – 50
[Kern, tabel 8, hal 840]
Dipilih Ud = 15 A=
=
Q Ud ⋅ ∆ t 1037611,493 = 591,9485 ft2 15.116,8583
Dari Kern table 10, hal 843 : a”
= 0,1963 ft2/ft panjang
a’t
= 0,302 ft2
ID tube = 0,62 in A = Nt . a” . L Nt (jumlah tube) =
A 591,9485 = = 376,9412 ≈ 377 a"⋅ L 0,1963 ⋅ 8
Dipilih ukuran standar shell : ID shell = 23,25 in dengan jumlah tube (Nt) = 378 Koreksi A = Nt . a” . L
[Kern, tabel 9, hal 841]
Appendik C - 126
= 378 . 0,1963 . 8 = 593,6112 ft2 UD =
1037611,493 Q = 593,6112 ⋅ 116,8583 A⋅ ∆ t = 27,7163 Btu/j.ft2.oF
Bagian shell (fluida dingin : udara) Flow Area
Bagian tube (fluida panas : steam) Flow Area
Pt = 1 in
a’t = 0,302 ft2
[Kern fig 28, hal 838]
c’ = Pt-OD = 1 - 0,75 = 0, 25 in
at =
Ns = 1 B = 1 . ID shell = 1 . 23,25 = 23,25 in as =
ID shell ⋅ c'⋅ B 144 ⋅ Pt
23 ⋅ 0,25 ⋅ 23,25 = 144 ⋅ 1
=
Nt ⋅ a' t 144 ⋅ n t 204.0,302 144 ⋅ 2
= 0,2139 ft2 Kecepatan massa W 605,7192 = at 0.2139
Gt =
= 2831,5660 lb/j.ft2
= 0,9385 ft2 Kecepatan massa
Bilangan Reynold
w 26576,8006 Gs = = as 0,9385
Pada Ta = 302 oF
= 28318,38103 lb/j.ft2
μ = 0,0143 cps
= 0,0143 . 2,42 = 0,0346 lb/j.ft D = 0,62 in
Bilangan Reynold Pada ta = 167 oF μ = 0,02 cps
[Kern fig 15, hal 825]
[Kern fig 15, hal 825]
=
[Kern tabel 10, hal 843]
0,62 = 0,0517 ft 12
Ret =
D⋅ Gt μ
Appendik C - 127
= 0,02 . 2,42 = 0,0484 lb/j.ft De = 0,95 in
[Kern fig 28, hal 838]
=
hio = 1500 Btu/j.ft2.oF
De ⋅ G s μ 0,0792 ⋅ 28318,38103 0,0484
= 46339,169
JH = 130
[Kern fig 28, hal 838]
Pada ta = 167 oF k = 0,017225
Btu o j.ft 2 . F
ft
[Kern tabel 5, hal 801] c = 0,25 Btu/lb.oF 0,25 ⋅ 0,0484 c⋅ μ = = 0,7025 0,017225 k k c⋅ μ ⋅ ho = j H ⋅ De k
1/ 3
⋅ φs
φs = 1 ho =
130 ⋅ 0,017225 ( 0,7025) 1/ 3 0,0792
= 25,1279
0,0517 ⋅ 2831,5660 0,0346
= 4227,5206
0,95 = = 0,0792 ft 12 Res =
=
[Kern, hal 164]
Appendik C - 128
UC =
h io ⋅ h o 1500 ⋅ 25,1279 = h io + h o 1500 + 25,1279 =24 ,7139
Rd =
1 1 1 1 − − = UD UC 14,96 24,7139 = 0,0263 > Rd min (0,001)
Rd perhitungan > Rd min, maka dari segi faktor kotoran memenuhi syarat.
PRESSURE DROP Bagian shell (fluida dingin : udara) Res = 46339,169 f = 0,0015 ρ udara =
=
[Kern, fig 29, hal 839] f = 0,00040
BM ⋅ P ⋅ To Vo ⋅ Po ⋅ T
[Kern, fig 26, hal 836]
pada T steam = 302 oF, V = 6,2895 ft3/lb
29 ⋅ 14,7 ⋅ (460 + 32) 359 ⋅ 14,7 ⋅ (460 + 86)
= 0,0728 lb/ft3 s=
Bagian tube (fluida panas : steam) Ret = 4227,5206
ρ udara 0,0728 = ρ H 2O 62,43 = 0,0012
N + 1 = 12 ⋅
8 L = 12 ⋅ 23,25 B
[Kern, tabel 7, hal 816] ρ steam =
s=
1 1 = = 0,1590 lb/ft 3 V 6,2895
ρ steam 0,1590 = = 0,0025 ρ H2O 62,43
n=2 2
f ⋅ Gt ⋅ L ⋅ n ΔPt = 5,22 ⋅ 1010 ⋅ D ⋅ s ⋅ φ t
Appendik C - 129
= 4,1290 ≈ 4 Ds =
ID shell 23,25 = 12 12
=
0,00040 ⋅ 2831,5660 2 ⋅ 8 ⋅ 2 5,22 ⋅ 1010 ⋅ 0,0517 ⋅ 0,0025 ⋅ 1
= 0,0065 psi < ∆Pmax (2 psi)
= 1,9375 f ⋅ G s2 ⋅ Ds ⋅ (N + 1) ΔPs = 5,22 ⋅ 1010 ⋅ De ⋅ s ⋅ φ s =
0,0015 ⋅ 28318,38102 2 ⋅ 1,9375 ⋅ 4 5,22 ⋅ 1010 ⋅ 0,0792 ⋅ 0,0012.1
= 1,8791 psi < ∆Pmax (2 psi)
Ditinjau dari pressure drop, rancangan memenuhi syarat. Spesifikasi : Nama Alat
: Heater Udara (E – 342)
Fungsi
: Memanaskan udara yang akan masuk ke dalam rotary dryer (B-340).
Tipe
: Shell And Tube Heat Exchanger
Ukuran
:
Shell Side : ID = 23,25 in Passes = 1 ΔP = 1,8791 psi Tube Side : OD = ¾ in BWG = 16 Panjang = 8 ft Jumlah = 378 buah
Appendik C - 130
Pitch = 1 in square pitch Passes = 2 ΔP = 0,0065 psi Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah
: 1 buah
37.Cyclone Separator (H – 343) Fungsi : Untuk memisahkan padatan kristal CaCl2.2H2O yang terikut keluar rotary dryer (B-340) bersama dengan udara pengering. Tipe
: High efficiency cyclone separator
Bahan masuk cyclone : - Feed masuk cyclone
= 142,7792 kg/jam
- Laju alir massa udara
= 12055,15766 kg/jam
Kondisi udara masuk cyclone pada suhu 51,91 oC, sehingga : ρudara = 1,078 kg/m3
[Incropera 5th ed, hal 917]
ρfeed masuk = 1047,7491 lb/ft3 = 65,4089 kg/m3 Kecepatan linier udara masuk cyclone (VC) = 8 – 30 m/s [Perry 7th ed, hal 17-29] [Perry 7th ed, hal 17-27]
Ditetapkan : VC = 15 m/s Perhitungan spesifikasi : Luas penampang (AC) =
rate volumetrik kecepatan linier udara masuk
feed masuk laju alir massa udara + ρ udara = ρ feed masuk kecepatan linier udara masuk
Appendik C - 131
142,7792 kg/jam 12055,15766 + 3 3 = 1047,7491 kg/m 1,0780 kg/m = 0,2071 m2 (15 ⋅ 3600) m/jam DC = (8 . AC)0,5 = 1,2872 m BC =
DC 4
= 0,3218 m
De =
DC 2
= 0,6436 m
HC =
DC 2
= 0,6436 m
LC = 2 x DC SC =
DC 8
ZC = 2 x DC JC =
DC 4
= 2,5744 m = 0,1609 m = 2,5744 m = 0,3218 m
Spesifikasi : Nama alat
: Cyclone Separator (H – 343)
Fungsi
: untuk memisahkan padatan kristal CrO3 yang terikut keluar rotary dryer (B – 330) bersama dengan udara pengering.
Tipe
: High efficiency cyclone separator
Ukuran
: DC = (8 . AC)0,5 = 1,2872 m BC = 0,3218 m De = 0,6436 m HC = 0,6436 m LC = 2,5744 m
Appendik C - 132
SC = 0,1609 m ZC = 2,5744 m JC = 0,3218 m Bahan konstruksi : carbon steel Jumlah
: 1 buah
38. Screw Conveyor (J-344) Fungsi
: Mengangkut kristal basah CaCl2.2H2O dari rotary dryer (B-340) menuju bucket elevator (J-345)
Type
: Horisontal Screw Conveyor With Bin Gate & Plain Discharge Opening
Kapasitas bahan masuk : 8838,3838 kg/jam Direncanakan kapasitas screw conveyor 20 % lebih besar dari pada kapasitas masuk Kapasitas = 1,2 . 8838,3838 kg/jam = 10606,0606 kg/jam = 23382,1211 lb/jam ρ campuran = 114,9689 lb/ft3 Rate volumetric =
=
Kapasitas bahan masuk ρ 23382,1211 114,9689
= 203,3778 ft3/jam = 3,3896 ft3/menit Perhitungan: Ukuran screw conveyor yang dogunakan = 6 in
[Perry 6th ed, Tabel 7-5]
Material termasuk kelas d
[Perry 6th ed, Tabel 7-5]
Appendik C - 133
Kecepatan screw conveyor 55 rpm Faktor material
=4
Diameter flight
= 10 in
Diameter pipa
= 2,5 in
Diameter shaft
= 2 in
Panjang
= 25 ft
Power motor
=
[Badger, hal 713]
C.L.W .F 33000
Dimana: C
= Kapasitas (ft3/menit)
L
= Panjang (ft)
W
= Berat material (lb/ ft3)
F
= Faktor material = 4
Hp
=
3,3896.25.114,9689.4 = 1,1809 Hp 33000
Jika power < 2 Hp, maka power harus dikalikan 2. = 2 . 1,1809 Hp = 2,3618 Hp Jadi motor digunakan mempunyai power 0,1 Hp Ditetapkan ηmotor = 80%, maka Power motor =
2,3618 = 2,9523 Hp ≈ 3 Hp 0,8
Spesifikasi: Fungsi
: Mengangkut kristal basah CaCl2.2H2O dari rotary dryer (B-340) menuju bucket elevator (J-345)
Appendik C - 134
Type
: Horisontal Screw Conveyor With Bin Gate & Plain Discharge Opening
Kapasitas bahan masuk : 8838,3838 kg/jam Kecepatan
: 55 rpm
Diameter flight
: 10 in
Diameter pipa
: 2,5 in
Diameter shaft
: 2 in
Panjang
: 25 ft
Power
: 3 Hp
Bahan
: Carbon steel
Jumlah
: 1 buah
39. Bucket Elevator (J – 345) Fungsi
: Untuk mengangkut produk CaCl2 . 2H2O dari screw conveyor (J-344) ke silo CaCl2 . 2H2O (F-350).
Type
: Centrifugal Discharge Bucket Elevator
Laju alir masuk = 8838,3838 kg/jam = 8,8384 ton/jam = 212,1212 ton/hari Dari perry 7th ed tabel 21-8 hal 21-15, dipilih bucket elevator yang berukuran : Kapasitas max
= 14 ton/jam
Tinggi elevasi
= 25 ft
Kecepatan bucket
= 225 ft/min
Bucket spacing
=12 in
Ukuran Bucket
= 6 x 4 x 4,25 in
Appendik C - 135
Lebar belt
= 7 in
Putaran head shaft
= 1 hp
Diameter shaft:
Head = 1 1516 in Tail
Diameter pully:
= 1 1116 in
Head = 20 in Tail
Jumlah
= 14 in
= 1 buah
Spesifikasi : Nama alat Fungsi
: Bucket Elevator (J – 345) : Untuk mengangkut produk kristal CaCl2.2H2O dari screw
Tipe Kapasitas
conveyor (J-344) ke silo CaCl2.2H2O (F-350). : Centrifugal Discharge Bucket Elevator : 8,8384 ton/jam
Kapasitas max Tinggi elevasi Kecepatan bucket Bucket spacing Ukuran bucket Lebar belt Putaran head shaft Power Diameter shaft Head Tail Diameter pully Head Tail Bahan konstruksi Jumlah
: : : : : : : :
14 ton/jam 25 ft 77,0191 ft/min 12 in 6 x 4 x 4,25 in 7 in 43 rpm 0,5 hp : 1 1516 in : 1 1116 in : : : :
20 in 14 in High Silicon Cast Iron 1 buah
Appendik C - 136
40. Silo CaCl2.2H2O (F-350) Fungsi
: Menampung kristal kering CaCl2.2H2O.
Tipe
: Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan tutup bawah berbentuk konis.
Perhitungan : Jumlah bahan masuk = 8838,3838 kg/jam = 212121,2112 kg/hari = 467642,4222 lb/hari Jumlah bahan masuk selama 7 hari = 3273496,955 kg ρ CaCl2.2H2O = 114,9689 lb/ft3 Volume bahan masuk =
= Asumsi
KapasitasCaCl 2 .2 H 2 O ρ 3273496,955 = 28472,891 ft3 114,9689
: tangki terisi 80%
Maka : Volume tangki =
28472,891 = 35591,1138 ft3 0,8
Jumlah tangki 4 buah Volume satu tangki = 8897,7785 ft3 Menentukan diameter dan tinggi tangki : Untuk H = 1,5 D, maka : Volume tangki 8897,7785 ft
3
[Brownell & Young, hal.43,pers.3.11]
= V silinder + V tutup bawah 3 1 π D i π 2 . D . H = + 3 4 2 tan30 4
Appendik C - 137
3 1 π D i π 2 = .D .(1,5D ) . 3 4 2 tan30 4
8897,7785
D = 16,4425 ft = 197,31 in = 5,0117 m H = 1,5 . D
= 1,5 x 16,4425 ft
= 24,6638 ft = 295,965 in = 7,5175 m Menentukan tinggi bahan pada tangki Volume bahan 7118,2228 ft
= V silinder + V tutup bawah 3 1 π D i π 2 = .D . H + 3 4 2 tan30 4
3
= H
1 π (16,4425 ) 3 π .(16,4425 ) 2 .H + 3 4 2 tan30 4
= 28,7941 ft = 84,6936 in = 7,3288 m
Menentukan tebal dinding tangki : Pop = 1 atm = 14,7 psia = 0 psig g gc PB = ' 2 ⋅ μ ⋅ K' r ⋅ ρB ⋅
- 2⋅ μ ⋅ K ⋅ Z t 1 − e r '
'
[Mc Cabe jilid 1, pers 26-24, hal 30]
Dengan : ρB = bulk density material PB = tekanan vertikal pada bagian dasar tangki µ’ = koefisien gesek yaitu antara 0,35 – 0,55 → dipilih 0,5 r
= ½ Di
Zt = h
Appendik C - 138
- 2⋅ 0, 5⋅ 0 ,5.24,6638 1 ⋅ 16,4425 ⋅ 114,9689 ⋅ 1 1 ⋅16 , 4425 2 2 1− e PB = 2 ⋅ 0,5 ⋅ 0,5
= 945,1880 lb/ft2 = 6,5638 lb/in2 Tekanan lateral pada tangki : PL = K’ . PB
[Mc Cabe 5th ed, hal
938] = 0,5 . 6,5638 lb/in2 = 3,2819 lb/in2 P = (PB – PL) cos2α + PL = (6,5638 – 3,2819) . cos230 + 3,2819 = 5,7433 lb/in2 P design = 1,05 . (Pop + P) = 1,05 . (0 +5,7433) = 6,0305 psig Tebal silinder : tshell =
P.di + C 2( f .E − 0,6 P )
[Brownell & Young, Pers.13.1, hal.254]
Dimana : E =efisiensi penyambungan= 0,8
[Brownell & Young, Tabel 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (psi) = 12,650 psi (SA 283 gradeC) ri = diameter dalam silinder (in)
[Brownell & Young, Tabel 13.1, hal.254]
Appendik C - 139
C = faktor korosi = jadi : t =
1 8
6,0305 x197,31 1 + = 0,1205 in 2(12650 × 0,8 − 0,6 × 6,0305) 16
Tebal standard diambil :
3 in 16
[Brownell & Young hal.88]
Diameter luar tangki : 3 OD = ID + 2 x (tebal silinder) = 197,31 + 2 = 197,685 in = 16,4738 ft 16 Menentukan tebal tutup atas dan bawah Tutup atas berbentuk datar dan tutup bawah berbentuk datar Tebal tutup atas diambil :
1 in 4
Tebal tutup bawah : thb =
P × Di + C 2 ( f × E − 0,6 × P ) cos 30
Dimana : E = efisiensi penyambungan = 0,8
[Brownell & Young, table 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (psi) = 12.650 psi (SA 283 grade C)
[Brownell & Young, table 13.1, hal.254]
D = diameter dalam silinder (in) C = faktor korosi = Jadi : t =
1 16
6,0305 × 197,31 1 + = 0,1304 in 2 (12650 × 0,8 − 0,6 × 6,0305) cos 30 16
Appendik C - 140
Tebal standard diambil :
3 in 16
[Brownell & Young, hal.88]
Tinggi tutup bawah h=
tan 30 Di 2
h = 56,9585 in = 4,7465 ft = 1,4467 m Tinggi tangki total : tinggi tutup bawah
= t head + sf + h
= 59,0889 in
tinggi silinder
=H
= 295,965 in
Tinggi total
= 355,0539 in = 29,5878 ft = 9,0184 m
Spesifikasi : Nama alat Fungsi Tipe Kapasitas Diameter dalam Tinggi silinder Tinggi tutup atas Tinggi tutup bwh Tebal silinder Tebal tutup atas Tebal tutup bwh Sf bawah Bahan konstruksi Jumlah
: Silo CaCl2.2H2O (F - 340) : Menampung produk CaCl2.2H2O. : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk datar dan tutup bawah berbentuk konis. : 19485,1009 lb/jam : 197,31 in : 295,965 in : 0,25 in : 59,0889 in 3 : in 16 1 : in 4 :
3 in 16
: 2 in : Carbon Steel : 1 buah
Appendik C - 141
APPENDIK D UTILITAS Utilitas merupakan bagian penunjang dan proses utama dalam suatu pabrik dalam perancangan pabrik Kalsium Klorida Dihidrat. Utilitas yang diperlukan terdiri atas beberapa unit antara lain : 1. Unit Penyediaan Steam. 2. Unit Penyediaan Air. 3. Unit Penyediaan Listrik. 4. Unit penyediaan Bahan Bakar.
1. Unit Penyedia Steam Kebutuhan Steam Kode Alat R-110
Nama Alat Reaktor
Massa steam (kg/jam) 218,5424
R-210
Netralizer
362,14
V-310
Evaporator
23699,2907
G - 313
Steam Jet Ejector
E-332
Heater udara
Jumlah Total kebutuhan steam
80,3411 1293,4851 25653,7993
= 25653,7993 kg/jam = 56556,36894 lb/jam
Untuk faktor keamanan ditetapkan sebesar 10%. Sehingga total kebutuhan steam = 1,1 x 56556,36894 lb /jam
Appendik D – 1
Appendik D –
2
= 62212,00253 lb/jam Steam yang keluar boiler adalah steam jenuh pada kondisi : Tekanan : 4,5 bar = 65,436 psia T in : 30ºC H1
= 86ºF = 54,03 btu/lb
T out : 148ºC = 298,4 ºF H2
= 1179,72 btu/lb
∆H
= 1125,69 Btu/lbm
Perhitungan Power Boiler HP =
ms × ( H g − H f )
[Savern W.H., persamaan 172 hal. 140]
H fg × 34,5
Dimana : ms
= rate steam yang dihasilkan (lb/jam)
Hg
= enthalpi steam pada 86 oF
Hf
= enthalpi liquid pada saat air masuk boiler (Btu/lb)
Hfg
= enthalpi uap air pada 298,4 oF (Btu/lb)
(Btu/lb)
34,5 = angka penyesuaian pada penguapan 34,5 HP/lb. air/jam pada 273,6 oF menjadi uap kering.
[Van Ness, App. C, tabel C-3, hal. 628]
Sehingga : 62212,00253 lb × (1179,72 − 54,3) Btu jam lb HP = 970,3 Btu × 34,5 HP lb lb
(
)
= 2091,52800 hp ≈ 2100 hp.
Appendik D –
3
Perhitungan kapasitas boiler Q
=
ms × ( H g − H f )
[Savern W.H., persamaan 172 hal.
1000
140] Q
62212,00253 lb × (1179,72 − 54,3) Btu jam lb 1000
=
=
70014,6319
Btu/jam Berdasarkan Savern W.H. persamaan 173 hal.140 didapatkan :
Faktor evaporasi =
Kebutuhan air
Hg − Hf 970,3
=
(1179,72 −
54,3) Btu
970,3 Btu
jam
= 1,1599
jam
= faktor evaporasi x rate steam = (1,1599) x (62212,00253lb/jam) = 72159,7017 lb/jam = 32731,426 kg/jam.
Perhitungan kebutuhan bahan bakar mf =
m s ( H 2 − H1 ) eb × f
[Savern W.H., hal.
140] Dimana:
mf
= berat bahan bakar yang diperlukan (lb/jam)
eb
= efisiensi boiler (diasumsikan sebesar 75 %)
f
= nilai panas dari bahan bakar (diesel oil = 19525 Btu/lb) [Perry, 1984]
mf =
62212,00253 x 1125,42 = 4781,1955 lb/jam 0.75 × 19525
Appendik D –
4
Perhitungan luas area pemanasan Dari Savern diketahui bahwa luas pemanasan boiler, luas area pemanasan adalah sebesar 10 ft2 untuk setiap 1 hp boiler. Direncanakan Panjang tube
= 20 ft
Ukura pipa yang digunakan
= 4 in OD, tringular pitch
Luas permukaan linear feed (at)
= 1,178 ft2/ft
Luas perpindahan panas boiler : A = BHP x 10 ft2/ hp = 2100 hp x 10 ft2/hp = 21000 ft2 Jumlah tube = Nt =
A at × L
Dimana : A
= luas perpindahan panas boiler
at
= luas permukaan linear feed
L
= panjang tube
Maka: 21000 ft 2 Nt = ft 2 × 1,178 ft
( 20 ft )
= 891,341 ≈ 892 tube. Jadi jumlah tube yang digunakan pada boiler 892 buah.
[Kern, tabel 10 hal. 844]
Appendik D –
5
SPESIFIKASI Nama alat
: Boiler
Type
: Fire tube boiler
Fungsi
: Menghasilkan steam jenuh sebagai media pemanas
Heating surface
: 22000 ft2
Jumlah tube
: 892 buah
Ukuran tube
: 4 in
Panjang tube
: 20 ft
Tekanan operasi
: 4,5 bar
Rate steam
: 62212,00253 lb/jam
Efisiensi
: 75%
Rate bahan bakar
: 4781,1955 lb/jam
Jenis bahan bakar
: Diesel oil
Jumlah boiler
: 1 buah
2. Unit Penyediaan Air Air memegang peranan yang sangat penting dalam suatu industri kimia dan harus memenuhi persyaratan tertentu yang disesuaikan dengan masingmasing kepentingan dalam pabrik. Kebutuhan air dalam jumlah yang cukup besar ini direncanakan dipenuhi dari air sungai yang sebelumnya diolah dulu sampai layak dipakai. Kebutuhan air untuk pabrik Kalsium Klorida ini dapat dibedakan :
Appendik D –
6
a. Air Sanitasi Air ini digunakan untuk keperluan karyawan, laboratorium, taman dll. Kebutuhan air sanitasi dapat diperinci sebagai berikut : 1. Air kebutuhan karyawan. Kebutuhan karyawan = 120 L/hari per orang Jumlah karyawan
[Standard WHO]
= 187 orang.
Jam kerja untuk setiap karyawan 8 jam/hari Sehingga pemakaian air sanitasi untuk setiap karyawan adalah : Kebutuhan air
= 120 L/hari × (187/3) = 7480 L/hari = 311,67 L/jam.
Jika ρ air = 995,68 kg/m3. Maka kebutuhan air karyawan
= 0,31167 m3/jam x 995,68 kg/jam = 310,3235 kg/jam.
A. Untuk laboratorium, taman dan air pencucian. Kebutuhan air ini diperkirakan 50 % dari air kebutuhan karyawan = 1,5 × 310,3235 kg/jam = 465,4853 kg/jam. Jadi kebutuhan air untuk sanitasi : = (310,3235 + 465,4853) kg/jam = 775,80875 kg/jam. B. Untuk pemadam kebakaran dan cadangan air. Kebutuhan air ini diperkirakan 40% dari kebutuhan air sanitasi.
Appendik D –
Jadi total kebutuhan air sanitasi
7
= 1,4 × 775,80875 kg/jam = 1086,1323 kg/jam.
Jadi total kebutuhan air sanitasi yang diperlukan adalah: = 310,3235 + 775,80875 + 1086,1323 = 2172,2646 kg/jam
C. Air Pendingin Air pendingin digunakan sebagai media pendingin pada peralatan berikut ini: Kebutuhan Kode Alat
Nama Alat
M - 120
Tangki Ca(OH)2
(kg/jam) 824,9831
M - 220
Tagki pengencer HCl
311,6959
E - 213
Barometrik Kondensor
222643,0818
Kristaliser
13622, 4721 237402,2329
X – 320 Jumlah
Direncanakan make up air pendingin sebanyak 20 % untuk mengantisipasi kehilangan air selama proses sirkulasi. Kebutuhan air pendingin = 1,2 x 237402,2329 kg/jam. = 284882,6795 kg/jam.
D. Air Umpan Boiler Air pemanas digunakan sebanyak = 25653,7993kg/jam
Appendik D –
8
Direncanakan make up air pemanas sebanyak 20 % untuk mengantisipasi kehilangan air selama proses sirkulasi. Kebutuhan air pemanas
= 1,2 x 25653,7993Kg/jam. = 30784,5592 kg/jam.
b. Air Proses Kebutuhan air proses Kode alat M-220 M-120 Jumlah
Nama Tangki Ca(OH)2 Tangki Pengenceran
Laju air proses (kg/jam) 14,3644 9577,1874 9591,5518
Kebutuhan air proses = 9591,5518 kg/jam Faktor keamanan ditetapkan sebesar 20% Sehingga kebutuhan air proses
= 1,2 x 9591,5518 = 11509,8622 kg/jam = 277,4352 m3/hari
Jadi total penyediaan air untuk kebutuhan unit utilitas adalah : No.
Kebutuhan
Jumlah (kg/jam)
Appendik D –
1.
Air sanitasi
2.
Air pendingin
284882,6795
3.
Air pemanas
30784,5592
4.
Air proses Jumlah
11509,8622 329348,7715
9
2172,2646
Untuk menghemat kebutuhan air, maka dilakukan sirkulasi air. Diperkirakan air yang dapat disirkulasi adalah 95% dari air pendingin dan kondensat. Maka jumlah air yang dapat di sirkulasi adalah : Air pendingin = 284882,6795 x 0,9 = 256394,4116 kg/jam Air kondensat = 30784,5592 x 0,9
= 27706,1033 kg/jam = 284100,5148 kg/jam
Make Up
= kebutuhan air total – sirkulasi air = 329348,7715 – 284100,5148 = 45248,2567 kg/jam
Untuk faktor keamanan disediakan cadangan 30% dari kebutuhan air yang harus masuk, maka : Kebutuhan air total
= 1,3 x 45248,2567 = 58822,7337 kg/jam
Peralatan yang digunakan untuk pengolahan air sungai adalah sebagai berikut :
1.
Pompa Air Sungai (L-211) Fungsi
: Untuk memompa air sungai ke bak skimmer.
Type
: Centrifugal pump.
Appendik D –
10
Dasar perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
Densitas air
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3
Viskositas (μ) air
= 0,8087 cp = 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt 36,0224 lb
Rate volumetrik (Qf) =
62,1606 lb
dt
ft
= 0,5795 ft3/dt.
3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,5795) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 5,2189 in Standarisasi ID = 6 in Sch. 40
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
6,625 in
ID
=
6,065 in
A=
28,9 in2
= 0,5054 ft
= 0,2007 ft2
3 Qf 0,5795 ft dt = 2,8874 ft/dt Kecepatan linier (V) = = A 0,2007 ft 2
Cek jenis aliran fluida N Re =
D⋅V ⋅ ρ 0,5054 ft ⋅ ( 2,8874) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 168591,1417 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen.
Appendik D –
11
[Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000297 D 0,5054
f = 0,0032
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88] Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 1640,4
Elbow 90o
4
30
60,648
Gate valve
1
13
6,5702
Globe valve Total
1
340
171,836 1879,4542
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : 4 f ⋅ L ⋅ v2 F = 2 ⋅ gc ⋅ D =
4 x 0,0032 x1879,4542 x 2,8874 2 x 0,5054 x 32,174 ⋅
= 100,2826 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction : FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
[Geankoplis ed.3, hal 97] 2
Appendik D –
A K c = 0,55 1 − 2 A1
12
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 0,55 ⋅ 2,8874 2 Fc = 2 ⋅ 32,174 = 0,0713 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : k ⋅ v2 FE = 2 ⋅ gc A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 FE =
1 ⋅ 2,8874 2 2 ⋅ 32,174
= 0,1296 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 100,2826 + 0,0713 + 0,1296 = 100,4835 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[pers. 2.7.28, Geankoplis 6th hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
Appendik D –
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,8874 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 2,8874) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 100,4835 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174) 32,174 62,1606 -WS = 106,7057 Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
(106,7057) ⋅ ( 0,5795 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 6,9887 HP Kapasitas = 0,5795 ft3/dt = 260,1144 gpm η (effisiensi) pompa = 75 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
6,9887 HP = 11,6478 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
13
Appendik D –
Daya motor =
14
BHP 11,6478 = = 14,5597 Hp ≈ 15 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 260,1144 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 15 hp
Ukuran pipa
: 6 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
2. Skimmer (F-212) Fungsi
: Untuk memisahkan kotoran yang mengapung sekaligus sebagai bak pengendapan awal.
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar Perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
ρ air pada 30oC
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3 58822,7337 kg
Rate volumetrik
=
955,68 kg
Waktu pengendapan = 12 jam
m3
jam
= 59,0779 m3/jam
Appendik D –
Volume air
= Rate volumetrik x waktu pengendapan = (59,0779 m3/jam) x (12 jam) = 708,9348 m3
Direncanakan Volume liquid = 80% volume bak, sehingga : 708,9348 m 3 Volume bak = = 886,1685 m3 0,8 Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi
=5 : 3 : 2
= (5 m) x (3 m) x (2 m) = 30 m3
Volume bak Sehingga : Volume bak
= 30 x3
886,1685 m3 = 30 x3 29,539 m3 x
= x3 = 3,0912 m
Jadi ukuran bak skimer : •
Panjang = 5 x (3,0912 m) = 15,456 m
•
Lebar
= 3 x (3,0912 m) = 9,2736 m
•
Tinggi
= 2 x (3,0912 m) = 6,1824 m
Spesifikasi bak skimmer : •
Bentuk
: Persegi panjang
•
Panjang
: 15,456 m
•
Lebar
: 9,2736 m
15
Appendik D –
•
Tinggi
: 6,1824 m
•
Bahan
: Beton Bertulang
•
Jumlah
: 1 buah
16
3. Pompa Air Sungai (L-211) Fungsi
: Untuk memompa air sungai ke bak skimmer.
Type
: Centrifugal pump.
Dasar perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
Densitas air
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3
Viskositas (μ) air
= 0,8087 cp = 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt 36,0224 lb
Rate volumetrik (Qf) =
62,1606 lb
dt
= 0,5795 ft3/dt.
ft 3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,5795) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 5,2189 in Standarisasi ID = 6 in Sch. 40
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
6,625 in
ID
=
6,065 in
A=
28,9 in2
= 0,5054 ft
= 0,2007 ft2
Appendik D –
17
3 Qf 0,5795 ft dt = 2,8874 ft/dt Kecepatan linier (V) = = 2 A 0,2007 ft
Cek jenis aliran fluida N Re
D⋅V ⋅ ρ 0,5054 ft ⋅ ( 2,8874) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 168591,1417 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000297 D 0,5054
f = 0,0032
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88] Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 120
Elbow 90o
4
30
60,648
Gate valve
1
13
6,5702
Globe valve Total
1
340
171,836 359,0542
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus :
Appendik D –
F =
=
4 f ⋅ L ⋅ v2 2 ⋅ gc ⋅ D
18
[Geankoplis ed.3, hal 97]
4 x 0,0032 x 359,0542 x 2,8874 2 x 0,5054 x 32,174 ⋅
2
= 1,1783 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction : FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K c = 0,55 1 − 2 A1
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 Fc =
0,55 ⋅ 2,8874 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0713 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : FE =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 1 ⋅ 2,8874 2 FE = 2 ⋅ 32,174 = 0,1296 ft.lbf/lbm
Appendik D –
ΣF = F + FC + FE = 1,1783 + 0,0713 + 0,1296 = 1,3792 ft.lbf/lbm
Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[pers. 2.7.28, Geankoplis 6th hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,8874 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 2,8874) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 1,3792 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 7,6014 ft . lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 7,6014) ⋅ ( 0,5795 ) ⋅ ( 62,1606) 550
19
Appendik D –
20
= 0,4978 HP Kapasitas = 0,5795 ft3/dt = 260,1144 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
0,4978 HP = 0,8297 Hp 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,8297 = = 1,037 Hp ≈ 1,25 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 260,1144 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 1,25 hp
Ukuran pipa
: 6 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: Stainless Steel
: 1 buah
4. Tangki Clarifier (F-214) Fungsi
: Untuk tempat terjadinya koagulasi dan flokulasi dengan penambahan koagulan alum (Al2(SO4)3 . 18 H2O)
Appendik D –
21
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar Perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam
ρ air pada 30oC
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3 58822,7337 kg
Rate volumetrik (Qf) =
995,6800 kg
jam
= 59,078 m3/jam.
m3
Waktu tinggal
= 2 jam
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (59,078 m3/jam) x (2 jam) = 118,1559 m3
Direncanakan Volume liquid
= 80% volume bak, sehingga :
Volume bak
118,1559 m 3 = = 147,6949 m3 0,8
Kebutuhan alum sebanyak 25% dari volume air total dengan konsentrasi 80 ppm atau 80 mg tiap 1 L air (0,08 kg/m3). Kebutuhan alum = (25%) x (147,6949 m3) x (0,08 kg/m3) = 2,9539 Kg tiap 2 jam = 35,4468 kg/hari. Perhitungan Dimensi Clarifier. Volume bak
= π/4 x d2 x Ls. (dianggap Ls = 1,5 d)
147,6949 m3
= π/4 x d2 x 1,5 d
147,6949 m3
= 1,1781 d3.
d
= 5,0049 m
Appendik D –
= 197,0425 in = 16,4285 ft
Tinggi Tangki Clarifier Ls = 1,5 d Ls = 1,5 (5,0049) Ls = 7,5073 m Volume tutup
π di3 = 24 tg 1 / 2α
Volume tutup
=
π (5,0149) 3 24 tg 60
= 9,4699 m3. Volume clarifier = V bak + V tutup = 147,6949 m3 + 9,4699 m3. = 638,0002 m3. Tinggi tutup
=
1 / 2 di tgα
Tinggi tutup
=
1 / 2 (5,0149) tg 60
= 1,4476 m Tinggi clarifier = Tinggi tangki + Tinggi tutup = 7,5073 m + 1,4476 m = 8,9549 m. Menentukan Tebal Silinder Tekanan hidrostatik
=
ρ .( H − 1) 144
22
Appendik D –
=
23
62,1606.( 29,3792 − 1) 144
= 12,2505 psi P desain
= 12,2505 + 14,7 = 26,9505 psia
t=
P × di + C 2.( f × E − 0,6 × P )
[Brownell & Young, pers.13.1, hal.254]
Dimana : E =efisiensi penyambungan= 0,8
[Brownell & Young, table 13.2, hal.254]
f = stress maksimum yang diijinkan (= psi) = 12,650 psi (SA 283 gradeC)
[Brownell & Young, table 13.1, hal.254]
di = diameter dalam silinder (= in) C = faktor korosi = jadi : t =
1 16
197,0425 × 26,9505 1 + = 0,3253 in 2.(12650 × 0,8 − 0,6 × 26,9505) 16
Tebal standard diambil :
3 in 8
Menentukan dimensi impeller Jenis pengaduk = flat blode turbine Si = Da/Dt = 0,33, dimana Da = 0,33 Dt Dt = di + 2 ts = 197,0425 + (2 . 3/8 ) = 197,7925 in = 16,4827 ft
[Brownell & Young, hal.88]
Appendik D –
Da
= 0,33 . 16,4827 = 5,4393 ft
S2
= E/Da = 1
E
= Da = 5,4393 ft.
L
= 0,25 . Da
24
= 0,25 . 5,4393 = 1,3598 ft S3
= W/Da = 0,25
W
= 0,25 . 5,4393 = 1,3598 ft
Menentukan Putaran Impeller = 162,1 / Da 2/3
n
= 162,1 / (5,4393)2/3 = 52,4087 rpm = 0,8735 putaran per detik Menentukan daya µ = 0,538.10-3 lb/ft.det. ρ = 62,1606 lb/ft3. Da 2 × n × ρ NRe = µ
[Mc.Cabe, jilid I, pers.9-17, hal
241] 5,43932 × 0,8735 × 62,1606 = 0,538.10 − 3 = 2985667,884 Dari fig 9-13, Mc.Cabe jilid I, didapatkan NP = 6 Power = P
N P × ρ × n 3 × Da 5 = gC
Appendik D –
=
25
6 × 62,1606 × 0,87353 × 5,43935 32,174 × 550
= 66,8827 Hp Efisien motor = 90 %
[Peter Timmer, fig. 14-38, hal. 521]
Power yang diperlukan =
66,8827 = 74,3141 HP ≈ 75 HP. 0,9
Spesifikasi tangki clarifier : Volume clarifier
: 147,6949 m3
Tinggi clarifier
: 8,9549 m.
Diameter
: 5,0049 m
Bahan
: Beton Bertulang
Jumlah
: 1 buah
5. Bak Penampung (F – 215) Fungsi
: Sebagai tempat penampung sementara over flow dari clarifier sebelum disalurkan ke sand filter. Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
ρ air pada 30oC
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3 58822,7337 kg
Rate volumetrik
Waktu tinggal Volume bak
=
955,68 kg
jam
= 59,0779 m3/jam
m3
= 24 jam = 59,0779 m3 / jam x 3 jam = 177,2337 m3
Direncanakan bak berisi 80% volume, maka :
Appendik D –
volume bak
= 177,2337 / 0,8 = 221,5421 m3
Bak berbentuk persegi panjang dengan ukuran : tinggi = lebar = X panjang = 4 X V
=4X3
Maka : 221,5421 m3 = 4 X3 X
= 3,8118 m
Kesimpulan : Tinggi
= 3,8118 m
Lebar
= 3,8118 m
Panjang
= 15,2473 m
6. Pompa Clarifier (L-216) Fungsi
: Untuk memompa air dari clarifier ke sand filter
Type
: Centrifugal pump.
Dasar perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
Densitas air
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3
Viskositas (μ) air
= 0,8087 cp = 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt 36,0224 lb
Rate volumetrik (Qf) =
62,1606 lb
dt
ft
= 0,5795 ft3/dt.
3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh :
26
Appendik D –
IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
27
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,5795) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 5,2189 in Standarisasi ID = 6 in Sch. 40
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
6,625 in
ID
=
6,065 in
A=
28,9 in2
= 0,5054 ft
= 0,2007 ft2
3 Qf 0,5795 ft dt = 2,8874 ft/dt Kecepatan linier (V) = = 2 A 0,2007 ft
Cek jenis aliran fluida N Re =
D⋅V ⋅ ρ 0,5054 ft ⋅ ( 2,8874) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 168591,1417 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000297 D 0,5054
f = 0,0032 88]
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
Appendik D –
Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 120
Elbow 90o
4
30
60,648
Gate valve
1
13
6,5702
Globe valve Total
1
340
171,836 359,0542
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : F =
=
4 f ⋅ L ⋅ v2 2 ⋅ gc ⋅ D
[Geankoplis ed.3, hal 97]
4 x 0,0032 x 359,0542 x 2,8874 2 x 0,5054 x 32,174 ⋅
2
= 1,1783 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction : FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K c = 0,55 1 − 2 A1 0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 0,55 ⋅ 2,8874 2 Fc = 2 ⋅ 32,174 = 0,0713 ft.lbf/lbm
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
28
Appendik D –
•
29
Sudden enlargement : FE =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 1 ⋅ 2,8874 2 FE = 2 ⋅ 32,174 = 0,1296 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 1,1783 + 0,0713 + 0,1296 = 1,3792 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[pers. 2.7.28, Geankoplis 6th hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,8874 ft/dt
•
α =1
Appendik D –
Maka : ( 2,8874) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 1,3792 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 7,6014 ft . lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 7,6014) ⋅ ( 0,5795 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,4978 HP Kapasitas = 0,5795 ft3/dt = 260,1144 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
0,4978 HP = 0,8297 Hp 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,8297 = = 1,037 Hp ≈ 1,25 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 260,1144 gpm
Efisiensi pompa : 60 %
30
Appendik D –
Power motor
: 1,25 hp
Ukuran pipa
: 6 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
31
: Stainless Steel
: 1 buah
7. Sand Filter (F-214) Fungsi
: Tempat untuk menghilangkan warna, rasa dan bau air sungai.
Type
: Tangki mendatar
Waktu tinggal : 30 menit. Dasar Perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
ρ air pada 30oC
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3 58822,7337 kg
Rate volumetrik
=
955,68 kg
jam
= 59,0779 m3/jam
m3
Waktu tinggal
= 30 menit
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (59,0779 m3/jam) x (30 menit) = 29,5369 m3
Direncanakan Volume liquid
= 80% volume bak, sehingga :
Appendik D –
Volume bak
=
29,5369 m 3 = 36,9237 m3 0,8
Volume ruang kosong = 20% volume tangki. Volume ruang kosong = (20%) x (36,9237 m3) = 7,3847 m3 Porositas
=
V ruang kosong V ruang kosong + V pada tan
Diasumsikan porositas bad sebesar 0,4, maka: 0,4 =
7,3847 m 3 7,3847 m 3 + Vpada tan
0,4 (7,3847 m3 + V padatan)
= 7,3847 m3
2,9539 m3 + 0,4 V padatan
= 7,3847 m3
0,4 V padatan
= 4,4308 m3
Vol. Padatan
= 11,077 m3
Volume total tangki = Volume padatan + Volume air = 11,077 m3 + 29,5369 m3 = 40,6139 m3 Menentukan dimensi tangki Volume tangki
= ¼ π . Di2 . Ls
Diasumsikan Ls
= 1,5 Di
40,6139 m3
= ¼ π . (Di)2 . 1,5 Di
Di3
= 34,4916 m3
Di
= 3,2552 m
tinggi tangki (Ls) = 1,5 x 3,2552 m
32
Appendik D –
= 4,8827 m Menentukan tinggi tutup atas dan bawah (h) h = 0,196 Di = 0,196 (3,2552 m) = 0,6380 m Jadi tinggi total tangki =
Ls + h
=
4,8827 m + 0,6380 m
=
5,5207 m
Speisifikasi tangki sand filter : Type
:
Silinder
Tinggi
:
5,5207 m
Diameter
:
3,2552 m
Tutup
:
standard dishead
Jumlah
:
1 buah
8. Bak Air Bersih (F-218) Fungsi
: Untuk menampung air dari tangki sand filter
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar Perhitungan : Rate aliran
= 58822,7337 kg/jam = 36,0224 lb/detik.
ρ air pada 30oC
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3 58822,7337 kg
Rate volumetrik
=
955,68 kg
m3
jam
= 59,0779 m3/jam
33
Appendik D –
Waktu tinggal
= 24 jam
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (59,0779 m3/jam) x (24 jam) = 1417,8696 m3.
Bak air bersih terbagi menjadi 3 bak, sehingga : 1417,8696 m 3 Volume 1 bak = = 472,6232 m3 3 Direncanakan Volume liquid = 80% volume bak, sehingga : Volume bak
=
472,6232 m 3 = 590,779 m3 0,8
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi
=4 : 3: 2
= (4 m) x (3 m) x (2 m) = 24 m3
Volume bak Sehingga : Volume bak = 24 x3 590,779 m3 = 24 x3 24,6158 m3 = x3
x = 2,909 m. Jadi ukuran bak clarifer : Panjang
= 4 x (2,909 m) = 11,636 m
Lebar = 3 x (2,909 m) = 8,727 m Tinggi = 2 x (2,909 m) = 5,818 m Spesifikasi bak air bersih :
34
Appendik D –
Bentuk
: persegi panjang
Panjang
: 11,636 m
Lebar
: 8,727 m
Tinggi
: 5,818 m
Bahan
: Beton Bertulang
Jumlah
: 3 buah
35
9. Pompa Air Bersih (L-219) Fungsi : Untuk memompa air bersih dari bak bersih ke tangki demineraliser Type
: Centrifugal pump
Dasar perhitungan : Air yang dipompa ke tangki demineraliser adalah air yang akan gunakan untuk air pemanas (umpan boiler). Rate aliran Densitas air
= 42293,8274 kg/jam = 25,9003 lb/detik. = 995,6800 kg/m3
Viskositas (μ) air
= 0,8087 cp
25,9003 lb Rate volumetrik (Qf) =
= 62,1606 lb/ft3
62,1606 lb
dt
= 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt
= 0,4167 ft3/dt.
ft 3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
892] IDopt =
3,9 (0,4167) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 4,4992 in
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
Appendik D –
Standarisasi ID = 6 in Sch. 40
36
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
6,625 in
ID
=
6,065 in
A=
28,9 in2
= 0,5054 ft
= 0,2007 ft2
3 Qf 0,4167 ft dt = 2,0762 ft/dt Kecepatan linier (V) = = A 0,2007 ft 2
Cek jenis aliran fluida N Re =
D⋅V ⋅ ρ 0,5054 ft ⋅ ( 2,0762) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 121226,338 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000297 D 0,5054
f = 0,0032
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88] Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan
Jumlah
[Foust, App.C-2.a] Le/D
Le (ft)
Appendik D –
Pipa lurus
131,230
Elbow 90o
4
30
60,648
Gate valve
1
13
6,5702
Globe valve Total
1
340
171,836 370,2842
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : 4 f ⋅ L ⋅ v2 F = 2 ⋅ gc ⋅ D
[Geankoplis ed.3, hal 97]
4 x 0,0036 x 370,2842 x 2,0762 = 2 x 0,5054 x 32,174 ⋅
2
= 0,7068 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction : k ⋅ v2 FC = 2 ⋅ gc A K c = 0,55 1 − 2 A1 0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 Fc =
0,55 ⋅ 2,0762 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0368 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement :
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
37
Appendik D –
FE =
38
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 1 ⋅ 2,0762 2 FE = 2 ⋅ 32,174 = 0,0669 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 0,7068 + 0,0368 + 0,0669 = 0,8105 ft.lbf/lbm
Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,0762 ft/dt
•
α =1
Appendik D –
Maka : ( 2,0762) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 0,8105 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174) 32,174 62,1606 -WS = 6,9598 ft . lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 6,9598) ⋅ ( 0,4167 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,3282 HP Kapasitas = 0,4167 ft3/dt = 187,0399 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
0,3282 HP = 0,5471 Hp 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,5471 = = 0,6838Hp ≈ 1 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 187,0399 gpm
Efisiensi pompa : 60 %
39
Appendik D –
Power motor
: 1 Hp
Ukuran pipa
: 6 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
40
: Stainless Steel
: 1 buah
10. Tangki Demineraliser Terdiri dari kation dan anion exchanger Kation Exchanger (D-210A) Fungsi
: menghilangkan ion-ion positif yang dapat menyebabkan kesadahan air.
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M type 316. Resin yang digunakan adalah Hidrogen exchanger (H2Z). Dimana tiap 1 m3 H2Z dapat menghilangkan 6500 – 9000 gram hardness. Direncanakan H2Z yang digunakan sebanyak 7000 g/m3. Dasar perhitungan : Rate aliran Densitas air
= 42293,8274 kg/jam = 93240,9719 lb/jam = 995,6800 kg/m3
Viskositas (μ) air
= 62,1606 lb/ft3
93240,9719 lb Rate volumetrik (Qf)
= 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt
= 0,8087 cp
=
62,1606 lb
jam
ft 3
= 187,0251 gpm. Direncanakan :
= 1500,0012 ft3/jam
Appendik D –
Tangki berbentuk silinder Kecepatan air = 5 gpm/ft2 Tinggi bad
=3m
Luas penampang tangki =
Rate volumetrik Kecepa tan air
187,0251 gpm = 5 gpm ft 2 = 37,4050 ft2 = 11,4012 m2 Volume bad = Luas x tinggi = (11,4012 m2) x 3 m = 34,2036 m3
Diameter bad = π/4 . d2
Luas
11,4012 m2 = (π/4) x d2 d
= 3,8110 m.
H/D = 1,5 H
= 1,5 x D = 1,5 x (3,8110 m) = 5,7165 m
Volume tangki V =H.A
41
Appendik D –
42
= (5,7165 m) x (11,4012 m2) = 65,1749 m3 Diasumsikan : tiap galon air mengandung 5 grain hardness, maka : Kandungan kation = 187,0251 gpm. x 5 grain = 935,1255 grain/menit = 56107,53 grain/jam. Dalam 34,2036 m3 H2Z dapat menghilangkan hardness sebanyak : = 34,2036 x 7000 gr/m3 = 239425,2 gram = 239425,2 x (2,2046/1000 lb/gram) x 7000 = 3694857,571 grain Umur resin = Jadi
setelah
3694857,571 grain = 65,8531 jam. 56107,53 grain jam 65,8531
jam
resin
harus
segera diregenerasi
menambahkan asam sulfat atau asam klorida. Spesifikasi kation exchanger : Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-240 Grade M type 316
Diameter
: 3,8110 m.
Tinggi
: 5,7165 m
Anion Exchanger (D-210B)
dengan
Appendik D –
Fungsi
43
: menghilangkan ion-ion negatif yang dapat menyebabkan kesadahan air.
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M type 316. Dasar perhitungan : Rate aliran Densitas air
= 42293,8274 kg/jam = 93240,9719 lb/jam = 995,6800 kg/m3
Viskositas (μ) air
= 62,1606 lb/ft3
93240,9719 lb Rate volumetrik (Qf)
= 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt
= 0,8087 cp
=
62,1606 lb
jam
= 1500,0012 ft3/jam
ft 3
= 187,0251 gpm. Direncanakan : Anion exchanger yang digunakan sebanyak 1000 g/m3 Tangki berbentuk silinder Kecepatan air = 5 gpm/ft2 Tinggi bad
=3m
Luas penampang tangki =
Rate volumetrik Kecepa tan air
187,0251 gpm = 5 gpm ft 2 = 37,4050 ft2 = 11,4012 m2 Volume bad = Luas x tinggi = (11,4012 m2) x 3 m = 34,2036 m3
Appendik D –
Diameter bad = π/4 . d2
Luas
11,4012 m2 = (π/4) x d2 d
= 3,8110 m.
H/D = 2 H
=2 x D = 2 x 3,8110 m. = 7,622 m
Volume tangki V =H.A = (7,622 m) x 11,4012 m2 = 86,8999 m3
Diasumsikan : Tiap galon air mengandung 20 grain hardness, maka : Kandungan anion = 187,0251 gpm.x 20 grain = 3740,502 grain/menit = 224430,12 grain/jam Dalam 34,2036 m3 H2Z dapat menghilangkan hardness sebanyak : = 34,2036 m3 x 1000 = 34203,6 gram = 34203,6 x (2,2046/1000 lb/gram) x 7000 = 527836,7959 grain
44
Appendik D –
Umur resin =
45
527836,7959 grain = 2,3519 jam 224430,12 grain jam
Jadi setelah 2,3519 jam resin harus segera diregenerasi dengan menambahkan asam sulfat atau asam klorida. Spesifikasi anion exchanger : Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-240 Grade M type 316
Diameter
: 3,8110 m.
Tinggi
: 7,622 m
11. Bak Air Lunak (F-221) Fungsi
: Untuk menampung air bersih daei tangki demineraliser
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : Rate aliran
= 42293,8274 kg/jam = 93240,9719 lb/jam = 995,6800 kg/m3
Densitas air
42293,827 kg Rate volumetrik (Qf)
Waktu tinggal Volume air
=
995,6800 kg
= 62,1606 lb/ft3 jam
= 42,4773 m3/jam
m3
= 8 jam = Rate volumetrik x waktu tinggal = (42,4773 m3/jam) x (8 jam) = 339,8186 m3
Direncanakan Volume liquid = 80% volume bak, sehingga :
Appendik D –
Volume bak
=
339,8186 m 3 = 424,7733 m3 0,8
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi
=5 : 3 : 2
= (5 m) x (3 m) x (2 m) = 30 m3
Volume bak Sehingga : Volume bak = 30 x3 424,7733 m3 = 30 x3 14,159 m3 x
= x3 = 2,4192 m
Jadi ukuran bak air lunak : Panjang
= 5 x (2,4192 m) = 12,096 m
Lebar
= 3 x (2,4192 m) = 7,2576 m
Tinggi
= 2 x (2,4192 m) = 4,8384 m
Spesifikasi bak air lunak : Bentuk
: persegi panjang
Panjang
: 12,096 m
Lebar
: 7,2576 m
Tinggi
: 4,8384 m
Bahan
: Beton Bertulang
Jumlah
: 1 buah
12. Pompa Deaerator (L-222) Fungsi : Untuk memompa air dari bak air lunak ke deaerator
46
Appendik D –
Type
47
: Centrifugal pump
Dasar perhitungan : Rate aliran
= 30783,9652 kg/jam = 67866,3297 lb/jam =
18,8518 lb/dt Densitas air
= 995,6800 kg/m3
Viskositas (μ) air
= 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt
= 0,8087 cp 18,8518 lb
Rate volumetrik (Qf)
= 62,1606 lb/ft3
=
62,1606 lb
dt
= 0,3033 ft3/dt
ft 3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,3033) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 3,8999 in Standarisasi ID = 4 in Sch. 40
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
4,50 in
ID
=
4,026 in
A=
12,7 in2
= 0,3355 ft
= 0,0882 ft2
3 Qf 0,3033 ft dt = 3,4388 ft/dt Kecepatan linier (V) = = 2 A 0,0882 ft
Cek jenis aliran fluida
Appendik D –
N Re =
48
D⋅V ⋅ ρ 0,3355 ft ⋅ ( 3,4388) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 133288,2926 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000447 D 0,3355
f = 0,0039
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88] Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 98,424
Elbow 90o
4
30
40,26
Gate valve
1
13
4,3615
Globe valve Total
1
340
114,07 257,1155
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : F =
=
4 f ⋅ L ⋅ v2 2 ⋅ gc ⋅ D 4 x 0,0039 x 257,1155 x 3,4388 2 x 0,3355 x 32,174 ⋅
= 2,1937 ft.lbf/lbm
[Geankoplis ed.3, hal 97] 2
Appendik D –
•
49
Sudden contraction : FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K c = 0,55 1 − 2 A1
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 Fc =
0,55 ⋅ 3,4388 2 2 ⋅ 32,174
= 0,1011 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : FE =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 1 ⋅ 3,4388 2 FE = 2 ⋅ 32,174 = 0,1838 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 2,1937 + 0,1011 + 0,1838 = 2,4822 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
Appendik D –
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,8874 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 3,4388) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 2,4822 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 8,7586 ft.lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 8,7586) ⋅ ( 0,3033 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,3002 Hp Kapasitas = 0,3033 ft3/dt = 136,1392 gpm η (effisiensi) pompa = 60 % BHP =
WHP η
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
50
Appendik D –
BHP =
51
0,3002 HP = 0,5004 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,5004 = = 0,6255 Hp ≈ 1Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 136,1392 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 1 hp
Ukuran pipa
: 4 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
13. Deaerator (D-223) Fungsi
: Untuk menghilangkan gas impurities dalam air umpan boiler dengan injeksi steam
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-240 Grade M type 316 Type
: Silinder horisontal
Dasar perhitungan : Rate aliran
= 30783,9652 kg/jam
Appendik D –
ρ air pada 30oC
= 995,6800 kg/m3 = 62,1606 lb/ft3 30783,9652 kg
Rate volumetrik
=
955,68 kg
jam
= 30,9175 m3/jam.
m3
Waktu tinggal
= 1 jam
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (30,9175 m3/jam) x (1jam) = 30,9175 m3
Direncanakan Volume liquid = 80% volume bak, sehingga : Volume bak
=
30,9175 m 3 = 38,6469 m3 0,8
Menentukan dimensi tangki Volume tangki = ¼ π . Di2 . Ls Diasumsikan Ls = 1,5 Di 38,6469 m3
= ¼ π . (Di)2 . 1,5 Di
38,6469 m3
= 1,178571 Di3
Di3
=
32,7913 m3
Di
=
3,2008 m
Jadi tinggi tangki (Ls) = 1,5 x 3,2008 m = 4,8011 m
Menentukan tinggi tutup atas dan bawah (h) h
= 0,196 Di
52
Appendik D –
h
53
= 0,196 (3,2008 m) = 0,6274 m.
Jadi tinggi total tangki = Ls + h = 4,8011 m + 0,6274 m = 5,4285 m Speisifikasi deaerator : Type
:
Silinder horisontal
Tinggi
:
4,8011 m
Diameter
:
3,2008 m
Tutup
:
standard dishead
Jumlah
:
1 buah
14. Pompa Boiler (L-224) Fungsi : Untuk memompa air deaerator ke boiler Type
: Centrifugal pump
Dasar perhitungan : Rate aliran
= 30783,9652 kg/jam = 67866,3297 lb/jam =
18,8518 lb/dt Densitas air
= 995,6800 kg/m3
Viskositas (μ) air
= 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt
= 0,8087 cp 18,8518 lb
Rate volumetrik (Qf)
= 62,1606 lb/ft3
=
62,1606 lb
dt
= 0,3033 ft3/dt
ft 3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh :
Appendik D –
IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
54
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,3033) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 3,8999 in Standarisasi ID = 4 in Sch. 40
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
4,50 in
ID
=
4,026 in
A=
12,7 in2
= 0,3355 ft
= 0,0882 ft2
3 Qf 0,3033 ft dt = 3,4388 ft/dt Kecepatan linier (V) = = 2 A 0,0882 ft
Cek jenis aliran fluida N Re
D⋅V ⋅ ρ 0,3355 ft ⋅ ( 3,4388) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 133288,2926 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000447 D 0,3355
Appendik D –
f = 0,0039
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88]
Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 98,424
Elbow 90o
4
30
40,26
Gate valve
1
13
4,3615
Globe valve Total
1
340
114,07 257,1155
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : 4 f ⋅ L ⋅ v2 F = 2 ⋅ gc ⋅ D
[Geankoplis ed.3, hal 97]
4 x 0,0039 x 257,1155 x 3,4388 = 2 x 0,3355 x 32,174 ⋅
2
= 2,1937 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction : k ⋅ v2 FC = 2 ⋅ gc A K c = 0,55 1 − 2 A1
55
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
Appendik D –
56
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 0,55 ⋅ 3,4388 2 Fc = 2 ⋅ 32,174 = 0,1011 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : k ⋅ v2 FE = 2 ⋅ gc A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 FE =
1 ⋅ 3,4388 2 2 ⋅ 32,174
= 0,1838 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 2,1937 + 0,1011 + 0,1838 = 2,4822 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan :
Appendik D –
•
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 3,4388 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 3,4388) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 2,4822 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 8,7586 ft.lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 8,7586) ⋅ ( 0,3033 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,3002 Hp Kapasitas = 0,3033 ft3/dt = 136,1392 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
0,3002 HP = 0,5004 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,5004 = = 0,6255 Hp ≈ 1Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa :
57
Appendik D –
Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 136,1392 gpm
58
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 1 hp
Ukuran pipa
: 4 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
15. Pompa Bak Cooling Tower (L-225) Fungsi
: Untuk memompa air bersih ke bak air pendingin.
Type
: Centrifugal pump
Dasar Perhitungan : Air yang dipompa ke dalam bak air pendingin adalah air yang akan dipergunakan untuk kebutuhan sanitasi. Rate aliran
= 14244,134 kg/jam
= 31402,6178 lb/jam =
8,7229 lb/dt Densitas air
= 995,6800 kg/m3
Viskositas (μ) air
= 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt
= 0,8087 cp 8,7229 lb
Rate volumetrik (Qf)
= 62,1606 lb/ft3
=
62,1606 lb
dt ft
= 0,1403 ft3/dt 3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh :
Appendik D –
IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
59
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,1403) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 2,7567 in
Standarisasi ID = 3 in Sch. 40
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
3,50 in
ID
=
3,068 in
A=
7,38 in2
= 0,2557 ft
= 0,05125 ft2 3
Qf 0,1403 ft dt = 2,7376 ft/dt Kecepatan linier (V) = = A 0,05125 ft 2 Cek jenis aliran fluida N Re
D⋅V ⋅ ρ 0,2557 ft ⋅ ( 2,7376) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 80871,0873 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000587 D 0,2557
Appendik D –
f = 0,0043
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88]
Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 131,23
Elbow 90o
4
30
30,684
Gate valve
1
13
3,3241
Globe valve Total
1
340
86,938 252,1751
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : 4 f ⋅ L ⋅ v2 F = 2 ⋅ gc ⋅ D
[Geankoplis ed.3, hal 97]
4 x 0,0043x 252,1761x 2,7376 = 2 x 0,2557 x 32,174 ⋅
2
= 1,9759 ft.lbf/lbm •
60
Sudden contraction : k ⋅ v2 FC = 2 ⋅ gc A K c = 0,55 1 − 2 A1 0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
Appendik D –
Fc =
61
0,55 ⋅ 2,7376 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0641 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : FE =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 1 ⋅ 2,7376 2 FE = 2 ⋅ 32,174 = 0,1165 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 1,9759 + 0,0641 + 0,1165 = 2,1565 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
Appendik D –
•
∆v = 2,7376 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 2,7376) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 2,1565 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174) 32,174 62,1606 -WS = 7,2702 ft.lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 7,2702) ⋅ ( 0,1403 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,1153 Hp Kapasitas = 0,1403 ft3/dt = 62,9751 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
0,1153 HP = 0,1921 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,1921 = = 0,2402 Hp ≈ 0,5Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
62
Appendik D –
Kapasitas
: 62,9751 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 0,5 hp
Ukuran pipa
: 3 in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
16. Bak Air Pendingin (F-226) Fungsi
: Sebagai tempat penampungan air pendingin
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : Rate aliran
= 14244,134 kg/jam
Densitas air
= 995,6800 kg/m3 14244,134 kg
Rate volumetrik (Qf)
=
955,68 kg
jam
= 14,3059 m3/dt
m3
Waktu tinggal
= 8 jam
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (14,3059 m3/jam)x (8 jam) = 114,4475 m3
Direncanakan Volume liquid = Volume bak
=
80% volume bak, sehingga : 114,4475 m 3 = 143,0594 m3 0,8
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
63
Appendik D –
Panjang : lebar : tinggi
=4 : 3 : 1
= (4 m) x (3 m) x (1 m) = 12 m3
Volume bak Sehingga : Volume bak = 12 x3 143,0594 m3 = 12 x3 11,9216 m3 = x3 x
= 2,2844 m
Jadi ukuran bak air sanitasi : Panjang =
4 x (2,2844 m) = 9,1376 m
Lebar
=
3 x (2,2844 m) = 6,8532 m
Tinggi
=
1 x (2,2844 m) = 2,2844 m
Spesifikasi bak cooling tower : Bentuk
: persegi panjang
Panjang
: 9,1376 m
Lebar
: 6,8532 m
Tinggi
: 2,2844 m
Bahan
: Beton Bertulang
Jumlah
: 1 buah
17. Pompa Peralatan (L-227) Fungsi
:Untuk memompa air dari bak air pendingin ke peralatan proses
Type
: Centrifugal pump
Dasar Perhitungan :
64
Appendik D –
65
Air yang dipompa ke dalam bak air pendingin adalah air yang akan dipergunakan untuk kebutuhan sanitasi. Rate aliran
= 284882,6795 kg/jam = 174,459 lb/detik.
Densitas air
= 62,1606 lb/ft3
Viskositas (μ) air
= 0,8007 cp = 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt 174,459 lb
Rate volumetrik (Qf)
=
62,1606 lb
dt ft
= 2,8066 ft3/dt
3
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (2,8066) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 10,6144 in Standarisasi ID = 10 in Sch. 30
[Kern, tabel 11 hal
844] Diperoleh
: OD
=
12,75 in
ID
=
12,09 in
A=
115 in2
= 1,0075 ft
= 0,7986 ft2
3 Qf 2,8066 ft dt = 3,5144 ft/dt Kecepatan linier (V) = = A 0,7986 ft 2
Cek jenis aliran fluida N Re =
D⋅V ⋅ ρ 1,0075 ft ⋅ ( 3,5144 ) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 409061,6889 > 2100
Appendik D –
66
Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,000149 D 1,0075
f = 0,0036
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal 88]
Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 328,08
Elbow 90o
4
30
120,9
Gate valve
1
13
13,0975
Globe valve Total
1
340
342,55 804,6275
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : F =
=
4 f ⋅ L ⋅ v2 2 ⋅ gc ⋅ D 4 x 0,0036 x804,6275 x 3,5144 2 x1,0075 x 32,174 ⋅
= 40,7201 ft.lbf/lbm •
Sudden contraction : FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
[Geankoplis ed.3, hal 97] 2
Appendik D –
A K c = 0,55 1 − 2 A1
67
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 0,55 ⋅ 3,5144 2 Fc = 2 ⋅ 32,174 = 0,03004 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : k ⋅ v2 FE = 2 ⋅ gc A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 FE =
1 ⋅ 3,5144 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0546 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 40,7201 + 0,03004 + 0,0546 = 40,8047 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
Appendik D –
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 3,5144 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 3,5144) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 40,8047 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 47,0892 ft.lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 47,0892) ⋅ ( 02,8066 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 14,9367 Hp Kapasitas = 2,8066 ft3/dt = 1259,7705 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
14,936 HP = 24,8945 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
68
Appendik D –
Daya motor =
69
BHP 24,8945 = = 31,1181 Hp ≈ 32 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 1259,7705 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 32 hp
Ukuran pipa
: 10 in schedule 30
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
18. Pompa Bak Klorinasi (L-230) Fungsi
: Untuk memompa air bak air bersih ke bak klorinasi
Type
: Centrifugal pump
Dasar Perhitungan : Air yang dipompa ke dalam bak klorinasi adalah air yang akan dipergunakan untuk kebutuhan sanitasi. Rate aliran
= 2172,2646 kg/jam = 1,3303 lb/detik.
Densitas air
= 62,1606 lb/ft3
Viskositas (μ) air
= 0,8007 cp = 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt 1,3303 lb
Rate volumetrik (Qf)
=
dt = 0,0214 ft3/dt lb 62,1606 3 ft
Appendik D –
70
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,0214) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 1,1828 in Standarisasi ID = 1 ¼ in Sch. 30 Diperoleh
: OD
[Kern, tabel 11 hal 844]
=
1,66 in
ID
=
1,380 in
A=
1,50 in2
= 0,1155 ft
= 0,0104 ft2
3 Qf 0,00214 ft dt = 2,0577 ft/dt Kecepatan linier (V) = = 2 A 0,0104 ft
Cek jenis aliran fluida N Re
D⋅V ⋅ ρ 0,115 ft ⋅ ( 2,0577) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 27338,36012 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,0013 D 0,0104
Appendik D –
f = 0,005
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88]
Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 150
Elbow 90o
4
30
13,8
Gate valve
1
13
1,495
Globe valve Total
1
340
39,1 204,395
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : F =
=
4 f ⋅ L ⋅ v2 2 ⋅ gc ⋅ D 4 x 0,005x 204,395 x 2,0577 2 x 0,115 x 32,174 ⋅
= 2,3393 ft.lbf/lbm •
71
Sudden contraction : k ⋅ v2 FC = 2 ⋅ gc
[Geankoplis ed.3, hal 97] 2
Appendik D –
A K c = 0,55 1 − 2 A1
72
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 0,55 ⋅ 2,0577 2 Fc = 2 ⋅ 32,174 = 0,0176 ft.lbf/lb •
Sudden enlargement : k ⋅ v2 FE = 2 ⋅ gc A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 FE =
1 ⋅ 2,0577 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0658 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 2,3393 + 0,0176 + 0,0658 = 2,4227 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
Appendik D –
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,0577 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 2,0577) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 2,4227 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 8,5811 ft.lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 8,5811) ⋅ ( 0,0214 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,0208 Hp Kapasitas = 0,0214 ft3/dt = 9,6056 gpm η (effisiensi) pompa = 60 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
BHP =
WHP η
BHP =
0,0208 HP = 0,0346 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 %
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
73
Appendik D –
Daya motor =
74
BHP 0,0346 = = 0,0432 Hp ≈ 0,25 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 9,6056 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 0,25 hp
Ukuran pipa
: 1 ¼ in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
19. Bak Klorinasi (F-231) Fungsi
: Untuk menampung air bersih yang digunakan sebagai air sanitasi.
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : •
Rate aliran
= 2,1817 m3/jam
•
Waktu tinggal
= 24 jam
•
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (2,1817 m3/jam)x (24 jam) = 52,3608 m3
Direncanakan
Appendik D –
Volume liquid = Volume bak
=
80% volume bak, sehingga : 52,3608 m 3 = 65,451 m3 0,8
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi
=5 : 3 : 2
= (5 m) x (3 m) x (2 m) = 30 m3
Volume bak Sehingga : Volume bak = 30 x3 65,451 m3
= 30 x3
2,1817 m3
= x3
x
= 1,297 m
Jadi ukuran bak klorinasi : Panjang =
5 x (1,297 m) = 6,485 m
Lebar
=
3 x (1,297 m) = 3,891 m
Tinggi
=
2 x (1,297 m) = 2,594 m
Spesifikasi bak klorinasi : Bentuk
: persegi panjang
Panjang
: 6,485 m
Lebar
: 3,891 m
Tinggi
: 2,594 m
Bahan
: Beton Bertulang
Jumlah
: 1 buah
20. Pompa Bak Air Sanitasi (L-229)
75
Appendik D –
Fungsi
:Untuk memompa air bak klorinasi ke bak air sanitasi
Type
: Centrifugal pump
76
Bahan konstruksi : Cast Iron Dasar Perhitungan : Air yang dipompa ke dalam bak klorinasi adalah air yang akan dipergunakan untuk kebutuhan sanitasi. Rate aliran
= 2172,2646 kg/jam = 1,3303 lb/detik.
Densitas air
= 62,1606 lb/ft3
Viskositas (μ) air
= 0,8007 cp = 5,3805 . 10-4 lb/ft.dt 1,3303 lb
Rate volumetrik (Qf)
=
dt = 0,0214 ft3/dt 62,1606 lb 3 ft
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka diperoleh : IDopt =
3,9 x (Qf) 0,45 x (ρ) 0,13
[Peter & Timmerhaus, pers. 15, hlm
892] IDopt =
3,9 (0,0214) 0,45 x (62,1606) 0,13
= 1,1828 in Standarisasi ID = 1 ¼ in Sch. 30 Diperoleh
: OD
[Kern, tabel 11 hal 844]
=
1,66 in
ID
=
1,380 in
A=
1,50 in2
= 0,1155 ft
= 0,0104 ft2
3 Qf 0,00214 ft dt = 2,0577 ft/dt Kecepatan linier (V) = = 2 A 0,0104 ft
Cek jenis aliran fluida
Appendik D –
N Re =
77
D⋅V ⋅ ρ 0,115 ft ⋅ ( 2,0577) ft / dt ⋅ ( 62,1606) lb / ft 3 = µ 5,3805.10 − 4 lb / ft ⋅ dt
N Re = 27338,36012 > 2100 Karena NRe > 2100, maka jenis aliran fluida adalah turbulen. [Mc. Cabe jilid II, hlm. 47] Dipilih Bahan komersial steel dengan ε = 0,00015 ε/D =
ε 0,00015 = = 0,0013 D 0,0104
f = 0,005
[Geankoplis ed.3, fig. 2.10.3 hal
88] Perhitungan panjang ekivalen : Perpipaan Pipa lurus
[Foust, App.C-2.a]
Jumlah
Le/D
Le (ft) 150
Elbow 90o
4
30
13,8
Gate valve
1
13
1,495
Globe valve Total
1
340
39,1 204,395
Menghitung friksi pada sistem perpipaan : •
Pipa lurus : F =
=
4 f ⋅ L ⋅ v2 2 ⋅ gc ⋅ D 4 x 0,005x 204,395 x 2,0577 2 x 0,115 x 32,174 ⋅
= 2,3393 ft.lbf/lbm
[Geankoplis ed.3, hal 97] 2
Appendik D –
•
78
Sudden contraction : FC =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K c = 0,55 1 − 2 A1
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93]
0 K c = 0,55 1 − = 0,55 0,2006 Fc =
0,55 ⋅ 2,0577 2 2 ⋅ 32,174
= 0,0176 ft.lbf/lbm •
Sudden enlargement : FE =
k ⋅ v2 2 ⋅ gc
A K ex = 1 − 1 A2
2
[Geankoplis ed.3, pers 2.10.16 hal 93] 2
0,2006 K ex = 1 − = 1 0 1 ⋅ 2,0577 2 FE = 2 ⋅ 32,174 = 0,0658 ft.lbf/lbm ΣF = F + FC + FE = 2,3393 + 0,0176 + 0,0658 = 2,4227 ft.lbf/lbm Menentukan tenaga penggerak pompa. Berdasarkan pers. Bernoulli
[Geankoplis 6th, pers. 2.7.28, hlm 64]
Appendik D –
1 2 P − P v 2 av − v12av + g ( z 2 − z1 ) + 2 1 + ∑ F + WS = 0 2α ρ
(
)
∆ v2 ∆ z⋅ g ∆ P + + + ∑ F + WS = 0 2 ⋅ α ⋅ gc gc ρ Direncanakan : •
∆z = 20 ft
•
∆P = 0
•
∆v = 2,0577 ft/dt
•
α =1
Maka : ( 2,0577) 2 + ( 20) ⋅ ( 9,8) + 0 + 2,4227 -WS = ( 2 ) ⋅ (1) ⋅ ( 32,174 ) 32,174 62,1606 -WS = 8,5811 ft.lbf/lbm Tenaga penggerak WHP =
=
WS ⋅ Q f ⋅ ρ 550
( 8,5811) ⋅ ( 0,0214 ) ⋅ ( 62,1606) 550
= 0,0208 Hp Kapasitas = 0,0214 ft3/dt = 9,6056 gpm η (effisiensi) pompa = 60 % BHP =
WHP η
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.37 hlm 520]
79
Appendik D –
BHP =
0,0208 HP = 0,0346 HP 0,6
η (effisiensi) motor = 80 % Daya motor =
[Peter & Timmerhaus, fig. 14.38 hlm 521]
BHP 0,0346 = = 0,0432 Hp ≈ 0,25 Hp. η 0,8
Spesifikasi pompa : Type
: Pompa Centrifugal
Lama operasi
: 24 jam
Kapasitas
: 9,6056 gpm
Efisiensi pompa : 60 % Power motor
: 0,25 hp
Ukuran pipa
: 1 ¼ in schedule 40
Bahan konstruksi Jumlah
: stainless steel
: 1 buah
1. Bak Air Sanitasi (F-231) Fungsi
: Sebagai tempat penampungan air sanitasi
Bahan konstruksi : Beton bertulang Dasar perhitungan : •
Rate aliran
= 2,1817 m3/jam
•
Waktu tinggal
= 24 jam
•
Volume air
= Rate volumetrik x waktu tinggal = (2,1817 m3/jam)x (24 jam)
80
Appendik D –
= 52,3608 m3 Direncanakan Volume liquid = Volume bak
=
80% volume bak, sehingga : 52,3608 m 3 = 65,451 m3 0,8
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio : Panjang : lebar : tinggi
=5 : 3 : 2
= (5 m) x (3 m) x (2 m) = 30 m3
Volume bak Sehingga : Volume bak = 30 x3 65,451 m3
= 30 x3
2,1817 m3
= x3
x
= 1,297 m
Jadi ukuran bak klorinasi : Panjang =
5 x (1,297 m) = 6,485 m
Lebar
=
3 x (1,297 m) = 3,891 m
Tinggi
=
2 x (1,297 m) = 2,594 m
Spesifikasi bak klorinasi : Bentuk
: persegi panjang
Panjang
: 6,485 m
Lebar
: 3,891 m
Tinggi
: 2,594 m
Bahan
: Beton Bertulang
Jumlah
: 1 buah
81
Appendik D –
82
3. Unit Penyediaan Listrik Kebutuhan tenaga listrik pada Pra Rencana Pabrik Kalsium Klorida Dihidrat dari limestone dan asam klorida ini dipenuhi oleh PLN dan Generator Set. Kebutuhan listrik perusahaan terbagi menjadi 2 bagian : a. Kebutuhan listrik untuk proses produksi : 1. Pengolahan air (utilitas) 2. Peralatan proses Tabel D.1 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Nama Alat Tangki Pengencer HCl Pompa Pompa Belt conveyor Ball Mill Vibrating Screen Bucket Elevator Reaktor Pompa Blower Tangki Penampung Ca(OH)2 Screw conveyor Bucket Elevator Pompa Reaktor Netralizer Pompa Pompa Rotary Drum Vacuum Filter Pompa Centrifuge Screw conveyor Pompa Rotary Dryer Blower Udara Screw conveyor Bucket Elevator
Kode M – 120 L -122 L -123 J – 130 C – 130 H – 132 J – 133 R – 110 L – 111 G – 112 M – 220 J – 222 J – 223 L – 224 R – 110 L – 211 L – 242 H – 320 L – 311 H – 230 J – 331 L – 322 B – 330 G – 331 J – 344 J – 345
Jumlah 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
Hp 6,5 3 6 1 47 13 1 8 5 0,5 6,5 0,5 0,5 0,5 6,5 6 2 11 0,5 6,5 3 0,5 17 8 3 0,5
Appendik D –
Jumlah Tabel D.2 Kebutuhan listrik untuk Pengolahan air (uitlitas) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Nama Alat Pompa Pompa Pompa Motor clarifier Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa
Kode Alat L-211 L-213 L-216 F-214 L-219 L-222 L-224 L-225 L-227 L-228 L-229 Jumlah
Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
83
163,5
Hp 15 1,25 1 75 0,5 1 1 0,5 32 0,5 0,5 128,25
Total kebutuhan listrik untuk proses produksi dan utilitas adalah: = (128,5 + 163,5) = 292 Hp = 292 Hp x 0,7475 KW/Hp = 217,7444 KW
b. Kebutuhan listrik untuk penerangan. Untuk keperluan oenerangan dapat diperoleh dengan mengetahui luas bangunan dan areal tanah dengan menggunakan rumus: L=
A× F U× D
Dimana : L
= lumen outlet
A = luas daerah
Appendik D –
F
84
= Foot Candle
U = Koefisien Utilitas = 0,8 D = Effisiensi rata-rata penerangan = 0,75
Tabel D.3 kebutuhan daya untuk penerangan Foot No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Ruang Pos keamanan Parkir khusus tamu Parkr karyawan Parkir truk Kantin Poliklinik Mushola Toilet Unti PMK Gudang peralatan Bengkel Laboratorium qualty control Kantor umum Departemen produksi Departemen teknik Kantor devisi litbang Perpustakaan Area pengolahan limbah Boiler Unit istrik/ generator Ruang control Area penyimpanan bahan baku Area penyimpanan produk Area proses Area utilitas Ruang Serba guna (aula) Area perluasan Jalan, taman dan halaman Total
Luas (m2) 30 60 100 250 50 50 100 20 40 200 200 150 200 85 85 85 50 300 75 100 125 500 600 5000 500 200 3000 1800 13955
Candle 5 10 10 10 10 5 10 10 5 15 15 30 20 10 10 10 10 15 15 15 15 10 10 40 15 10 10 10
Lumen 1614,5473 6458,1892 10763,6486 26909,1216 5381,8243 2690,9122 10763,6486 2152,7297 2152,7297 32290,9459 32290,9459 48436,4189 43054,5946 9149,1013 9149,1013 9149,1013 5381,8243 48436,4189 12109,1047 16145,4730 20181,8412 53818,2432 64581,8918 2152729,7280 80727,3648 21527,2973 322909,4592 193745,6755 3244701,8825
Appendik D –
85
Untuk taman,utilitas, area proses dan area penyimpanan produk akan diapaki lampu mercusuar 250 watt dengan out put lumen sebesar 10.000. [Perry 3 th ed hal 1758] Dari perhitungan diatas didapatkan : 1. 2.
Luman untuk jalan, taman dan halaman
= 193745,6755
3.
Lumen untuk areal utilitas
= 80727,3648
Lumen untuk areal proses
= 2152729,7280
4. Lumen untuk areal produk
= 64581,8918
5. Luman untuk areal penyimpanan bahan baku
= 53818,2432
6. Luman untuk daerah parkir
= 44130,9594
Total luman
= 2589733,8628
Jumlah total lampu pijar yang digunakan
= 2589733,8628 /10000 = 258,9734 = 259 buah
Untuk penerangan daerah lainnya digunakan lampu TL 40 watt dengan out put lumen 1960, sehingga lampu TL watt yang dibutuhkan adalah: Jumlah lampu TL yang dibutuhkan
= 3244701,8825- 2589733,8628 = 654968,0197 = 335 buah
Kebutuhan listrik untuk
penerangan
= (259 x 250) + (335 x 40)
= 78150 Watt = 78,150 KW
Appendik D –
86
Jadi total kebutuhan listrik, yaitu untuk kebutuhan proses dan penerangan adalah : Total Listrik = 78 + 218 = 296 KW kebutuhan listrik disuplai dari generator. Power faktor untuk generator = 80 % Power yang harus dibangkitkan generator
= 218 / 0,8 = 273 KW
Tenaga generator set
= 931,7490 Btu/jam
Digunakan generator pembangkit
= 300 KW (300 KVA)
Kebutuhan bahan bakar
= 0,0477 lbm/jam
Spesifikasi Alat Type Generator
: AC Generator
Kapaasitas
: 300 KVA
Power faktor
: 80 %
Frekuensi
: 200 Hz
Penggerak
: Diesel Oil (solar)
Jumlah
: 1 buah
4. Unit Penyediaan Bahan Bakar Unit penyediaan bahan bakar memenuhi kebutuhan bahan bakar untuk boiler (penghasil steam) dan bahan bakar untuk generator (pembangit listrik). a. Boiler
Appendik D –
Kebutuhan bahan bakar boiler sebesar 4781,1955 lb/jam. b. Generator Heating value bahan bakar = 19525 Kebutuhan bahan bakar
= 0,0477 lbm/jam
Jadi total kebutuhan bahan bakar pada unit penyediaan bahan bakar = (4781,1955 + 0,0477) lbm/jam = 4781,2432 lbm/jam Perancangan Tangki Bahan Bakar Fungsi
: Untuk menyimpan bahan bakar yang akan digunakan.
Type
: Fixed roof
Bahan
: High Alloy Steel SA 240 Grade A
Kondisi
: P = 14,7 psi, T = 30oC
Dasar Perhitungan Rate bahan bakar
= 4781,2432 lb/jam = 114749,8368 lb/hari.
Densitas
= 875,7 kg/m3 = 55 lb/ft3
Waktu tinggal
= 30 hari.
Massa bahan bakar
= 114749,8368 lb/hari x 30 hari = 3442495,104 lb.
Volume bahan bakar
=
3442495,104 lb = 62590,8201 ft3. 50 lb/ft 3
Direncanakan : Volume liquid dianggap menempati 80% volume tangki : 62590,8201 ft 3 Volume tangki = = 78238,5251 ft3 0,8
87
Appendik D –
Menghitung diameter tangki Volume tangki
= ¼ x π x D2 x H (dianggap H = 1,5 D)
78238,5251 ft3
= ¼ x π x D2 x 1,5 D
78238,5251 ft3
= 1,1781 D3
D3
= 66410,7674 ft3
D
= 40,4961 ft =
485,9528 in
Menghitung tinggi tangki (H) H
= 1,5 D = 1,5 x (40,4961 ft) = 60,7442 ft = 728,9298 in
Menghitung tebal tangki ts
=
Pi × D + C , dimana : 2( f ⋅ E − 0,6 ⋅ P )
f
= 15600 psi
E
= 0,85
C
= 1/16 in = 0,0625 in
Jadi tebal tangki
=
(14,7)
× ( 485,9528) + 0,0625 2 ( (15600 × 0,85) − (0,6 × 14,7) )
= 0,332 in ≈ 3/8 in Menghitung tebal tutup th
=
Pi × D + C 2( f ⋅ E − 0,6 ⋅ P ) cos 0,5 α
88
Appendik D –
th
=
89
(14,7 )
× ( 485,9528 ) + 0,0625 2 ( (15600 × 0,85) − (0,6 × 14,7) ) ( 0,5)
= 0,3319 in ≈ 3/8 in
Spesifikasi tangki bahan bakar : Fungsi
: Menyimpan bahan bakar sebelum sebelum digunakan pada unit utilitas.
Type
: Fixed roof
Bahan
: High Alloy Steel SA 240 Grade A
Jumlah
: 1 buah
Dimensi tangki Tinggi silinder
: 60,7442 ft
Diameter silinder
: 40,4961 ft
Tebal silinder
: 3/8 in
Tebal tutup
: 3/8 in.
APPENDIK E ANALISA EKONOMI
Kapasitas
= 8.838,3838 kg / hari = 70.000.000 kg / tahun
Operasi
= 330 hari / tahun
Basis
= 1 tahun
E.1.
Metode Penafsiran Harga Harga peralatan setiap saat akan berubah tergantung pada perubahan
kondisi ekonomi. Untuk penaksiran harga peralatan, diperlukan indeks harga yang dapat digunakan untuk mengkonvesi harga peralatan pada masa lalu, sehingga diperoleh harga alat saat ini. Harga peralatan dapat ditaksir dengan menggunakan persamaan dibawah ini: I Cx = Ck . x ……………………..[Peter & Timmerhaus, hal 164] Ik Di mana : Cx
: Tafsiran harga alat saat ini
Ck
: Tafsiran harga alat pada tahun k
Ix
: Indeks harga saat ini
Ik
: Indeks harga saat k Sedangkan untuk menaksir harga alat yang sama dengan kapasitas yang
berbeda digunakan persamaan :
Appendik E - 1
Appendik E - 2
n
C VA = VB A …………….. [Peter & Timmerhaus edisi IV, hal 169] CB Di mana: VA : Harga alat dengan kapasitas A VB : Harga alat kapasitas B CA : Kapasitas alat A CB
: Kapasitas alat B
N : eksponen harga alat. Harga alat pada pra rencana pabrik Kalsium Klorida Dihidrat ini didasarkan pada harga alat yang terdapat pada Peter & Timmerhaus dan Ulrich, G.D. Tabel E.1 Indeks Harga alat Tahun 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994
Cost Index 324 343 355 357,6 361,3 358,2 359,2 368,1
Tahun 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Cost Index 381,1 381,7 386,5 389,5 390,6 394,1 394,3 390,4
Cost Index
Appendik E - 3
500 400 300 200 100 0 1985
y = 4,1315x - 7869,3 2
R = 0,897 1990
1995
2000
2005
Tahun
Grafik E.1 Regresi linier
Dengan regresi linier didapatkan : Y = 4,1315 X – 7869,3 dengan R2 = 0,897 Dengan persamaan diatas maka dapat dicari index tahun 2010. Index harga tahun 2010 = 428,277
E.2 Harga Peralatan Dengan menggunakan persamaan-persamaan pada metode penafsiran harga didapatkan harga peralatan proses seperti terlihat pada tabel E.2 dan harga peralatan utilitas pada tabel E.3. Contoh perhitungan peralatan: Nama alat
: pompa (L - 112)
Type
: Centrifugal pump
Bahan
: Stainless steel
Power
: 3 Hp = 2,2371 KW
Appendik E - 4
Dari fig 5-49, Ulrich hal 31, didapatkan : FM
= 1,9
CP
= $ 4100
CBM = CP . FM = $ 4100 . 1,9 = $ 7790 Harga pada tahun 2010 adalah : =
Indeks h arg a tahun 2010 x h arg a alat tahun 1982 Indeks h arg a tahun 1982
= (428,277/ 315 ) x $ 7790 = $ 10591,35819 Tabel E.2. Harga Peralatan Proses No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.
Kode R-110 L-111 G-112 F-113 M-120 F-121 L-122 L-123 J-130 C-131 H-132 J-133 M-220 F-221 J-222 J-223 L-224 R-210 L-221 H-230 H-240 F-241
Nama alat Reaktor Pompa Blower Udara Tangki penampung CO2 Tangki Pengencer HCl Tangki penampung HCl Pompa Pompa Belt conveyor Ball Mill Vibrating Screen Bucket elevator Tangki Ca(OH)2 Silo CaO Screw Conveyor Bucket elevator Pompa Reaktor Netralizer Pompa Thickener Rotary Drum Vacuum Filter Tangki penampung CaCl2
Jumlah 1 1 1 1 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Harga/Unit ($) 113890,411 6526,125714 44187,30952 60077,48686 54384,38095 1.903.453 5574,399048 6798,047619 24472,97143 68524,32 27736,03429 17674,92381 4078,828571 6934,008571 23793,16667 17674,92381 3127,101905 47586,33333 6798,047619 48945,94286 135960,9524 140069,6924
Appendik E - 5
23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 32 33 34 35 36 37 38 39 40
L-242 V-310 L-311 E-312 G-313 F-314 X-320 H-330 L-331 J-332 B-340 G-341 E-342 H-343 J-344 J-345 F-350
Pompa Evaporator Pompa Barometrik Kondensor Steam Jet Ejector Hot Well Kristaliser Centrifuge Pompa Screw Conveyor Rotary Dryer Blower Udara Heater Udara Cyclone Screw Conveyor Bucket elevator Silo CaCl2.2H2O Jumlah
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 47
4350,750476 2613169,505 3127,101905 4758,633333 2719,219048 17674,92381 159785,3901 129162,9048 3127,101905 23793,16667 42147,89524 9517,266667 5166,51619 4418,730952 23793,16667 17674,92381 8837,461905 5841493,4
Tabel E.3. Harga Peralatan Utilitas No.
Kode
Nama Peralatan
1. D-210A Kation Exchanger 2. D-210B Anion Exchanger 3. L-211 Pompa Air Sungai 4. F-212 Skimmer 5. L-213 Pompa Skimmer 6. F-214 Tangki Clarifier 7. F-215 Sand Filter 8. F-216 Bak Air Bersih 9. L-217 Pompa Air Bersih 10. F-218 Bak Air Lunak 11. L-219 Pompa Daerator 12. Q-220 Boiler 13. F-221 Daerator 14. L-222 Pompa Boiler 15. L-223 Pompa Bak Cooling Tower 16. L-224 Bak Cooling Tower 17. L-225 Pompa Peralatan
Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Total Harga ($) 23450,939 25720,3847 10434,7523 9106,6929 10434,7523 9163,6098 19733,5483 27450,0575 5501,9603 7968,3563 5501,9603 14293,2122 8552,1867 5501,9603 5501,9603 750,2346 10434,7523
Appendik E - 6
18. 19. 20. 21 22
L-226 F-227 L-228 F-229 P-230
Pompa ke Bak Klorinasi Bak Klorinasi Pompa Bak Air Sanitasi Bak Air Sanitasi Cooling Tower Jumlah
Harga alat total
1 1 1 1 1 22
10434,7523 3980,2227 10434,7523 5501,9603 19275,2182 249128,2259
= Harga peralatan proses + Harga peralatan utilitas = US$ 5.841.493,4 + US$ 249.128,2259 = US$ 6.090.621,63
1 US$
= Rp. 9.600
[Headline News, 4 Februari 2008]
Jadi harga alat total = Rp. 58.469.967.607 Dengan safety faktor 20 % = 1,2 x Rp. 58.469.967.607 = Rp. 70163961128
E.3. Perhitungan Harga Bahan Baku dan Bahan Pembantu 1. Limestone Harga beli = Rp.5.000,00 Kebutuhan per tahun
= 53.831,2768 kg /hari x 330 hari/tahun = 17.764.321,34 kg/tahun
Harga beli per tahun
= 17.764.321,34 x Rp. 5.000,00 = Rp. 88.821.606.700,00
2. HCl Harga beli = Rp 7000 / kg 4868,2694
Appendik E - 7
Kebutuhan per tahun
= 12.852.231,22 kg/tahun
Harga beli per tahun
= 12.852.231,22 x Rp 7000 = Rp. 89.965.618.510,00
3. CaO Harga beli = 5.000 / kg Kebutuhan per tahun
= 118.147,92 kg/tahun
Harga beli per tahun = 118.147,92 x Rp 5000 = Rp. 590.739.600,00 Jadi harga total bahan baku per tahun = Rp. 179.377.964.800,00
E.4. Perhitungan Harga Jual Produk 1. CaCl2.2H2O Produksi per tahun
= 70.000 ton
Harga jual
= Rp. 19.500 / kg
Harga jual per tahun = 70.000.000 kg x Rp 19.500 = Rp. 1.365.000.000.000,00 2. CO2 Produksi per tahun
= 23239651 kg
Harga jual
= Rp. 45.000 / kg
Harga jual per tahun
= 23239651 kg x Rp. 45.000 = Rp. 1.045.780.000.000,00
3. CaCl2 Produksi per tahun
= 1617353 kg
Appendik E - 8
Harga jual
= Rp. 9.100 / kg
Harga jual per tahun = 1617353 kg x Rp. 9100 = Rp. 14.717.909.606,00 Total harga jual produk = Rp 2.376.930.000.000,00
E.5. Perhitungan Biaya Utilitas a. Air •
Air sanitasi Kebutuhan air sanitasi = 2172,2646 kg/jam Kebutuhan air sanitasi per tahun = 17206,57 m3
•
Air Sungai Kebutuhan air sungai = 58822,7337 kg/jam Kebutuhan air sungai per tahun = 465936,6 m3 Biaya pengolahan air rata – rata = Rp 600 / m3 Biaya pengolahan air sungai per tahun = Rp 279.561.974,00 Biaya air total per tahun = biaya untuk air sanitasi + biaya untuk air sungai = Rp 10.323.943,00 + Rp 279.561.974,00 = Rp 289.855.917,00
b. Bahan bakar Kebutuhan bahan bakar = 4781,2432 lbm/jam = 715,78778 liter/tahun Harga diesel oil
= Rp 5.000 / liter
Biaya bahan bakar boiler per tahun = 715,78778 × Rp 5.000 = Rp 3.578.938,923,00
Appendik E - 9
c. Listrik (PLN) Kebutuhan listrik
= 217,7444 KW = 217,7444 KW x 8 x 330 = 574.845,216 KW/tahun
Biaya listrik total / tahun = Rp 369.740.442,9 Jadi total biaya utilitas per tahun = Rp 3.964.634.464,00
E.6. Perhitungan Harga Tanah dan Bangunan •
•
Tanah Luas tanah
= 14.000 m2
Harga tanah per m2
= Rp 400.000,00
Total harga tanah
= Rp 5.600.000.000,00
Bangunan Luas bangunan gedung
= 10.290 m2
Luas bangunan pabrik
= 3.710 m2
Harga bangunan gedung per m2 = Rp 600.000,00 Harga bangunan pabrik per m2
= Rp 400.000,00
Total harga bangunan gedung
= Rp 2.226.000.000,00
Total harga bangunan pabrik
= Rp 4.116.000.000,00
Total harga bangunan
= Rp 3.084.800.000,00
Jadi total harga tanah dan bangunan
E.7 Gaji Karyawan Tabel E.4 Daftar Gaji Karyawan
= Rp 11.942.000.000,00
Appendik E - 10
No
1 2 3
Jabatan (Tugas)
Direktur utama Manager pabrik Manager administrasi
Jumlah
Gaji/bulan
Total
1
(Rp) 9.000.000
(Rp) 9.000.000
1 1
6.000.000 6.000.000
6.000.000 6.000.000
Appendik E - 11
4 5
Sekretaris Kepala LITBANG (R&D) Staff LITBANG (R&D)
6 7 8 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
Kepala Dept. QC Karyawan QC Kepala Dept. Produksi Kepala Dept. Teknik Kepala Dept. Pemasaran Kepala Dept. Keuangan Kepala Dept. SDM Kepala Dept. Humas Kepala Divisi Produksi Karyawan Produksi Kepala Divisi Gudang Staff Gudang Staff Utilitas Kepala Divisi Bengkel & Perawatan Staff Bengkel & Perawatan Kepala Divisi Penjualan Staff Penjualan Kepala Divisi Promosi Staff Promosi Kepala Divisi Research Marketing Staff Research Marketing Kepala Divisi Transportasi Staff Transportasi Kepala Divisi Pembukuan Keuangan Staff Pembukuan Keuangan Kepala Divisi Penyediaan & Pembelanjaan Staff Penyediaan &
2 1
1.500.000 5.000.000
3.000.000 5.000.000 5.000.000
2 2 2 1 5 5 1 1 1 1 1 1 1 48 1 10 3 6 1
2.500.000 1.250.000 900.000 3.000.000 1.250.000 900.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 1.000.000 3.000.000 900.000 900.000 600.000 3.000.000
2.500.000 1.800.000 3.000.000 6.250.000 4.500.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 3.000.000 48.000.000 3.000.000 9.000.000 2.700.000 3.600.000 3.000.000
15
750.000
11.250.000
1 5 1 4 1
3.000.000 850.000 3.000.000 850.000 3.000.000
3.000.000 4.250.000 3.000.000 3.400.000 3.000.000
4 1 2 10 1
1.250.000 2.000.000 900.000 600.000 3.000.000
5.000.000 1.500.000 1.800.000 6.000.000 3.000.000
5
1.500.000
7.500.000
1
3.000.000
3.000.000
2
1.250.000
2.500.000
Appendik E - 12
Pembelanjaan 34 Kepala Divisi Kesehatan 35 Staff Kesehatan Kepala Divisi 36 Ketenagakerjaan 37 Staff Ketenagakerjaan 38 Kepala Divisi Keamanan 39 Staff Keamanan 40 Kepala Divisi Kebersihan 41 Staff Kebersihan Total E.8 Pengemasan
1 2 1
3.000.000 1.500.000 3.000.000
3.000.000 2.500.000 3.000.000
2 1 18 1 15
1.250.000 2.000.000 800.000 1.500.000 600.000
2.500.000 2.000.000 14.400.000 1.500.000 9.000.000 238.450.000
1. Produk Utama : CaCl2.2H2O Pengemasan produk dilakukan dengan kemasan 50 kg Produksi
= 70.000 ton /tahun
Kebutuhan kemasan
= 1400000 /tahun
Harga kemasan
= Rp. 800,00/kemasan
Biaya pengemasn
= Rp. 800,00 x 1400000 = Rp. 1.120.000.000,00
2. CaCl2 Pengemasan produk dilakukan dengan kemasan 50 kg Produksi
= 1617353 kg
Kebutuhan kemasan
= 32347,06/tahun
Harga kemasan
= Rp. 800,00/kemasan
Biaya pengemasan
= Rp. 800,00 x 32347,06 = Rp. 2.587.7648/tahun