6 0 631 KB
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT
1. TANGKI PENYIMPANAN METANOL (T-01)
Gambar C.1. Tangki Penyimpanan Metanol Kode : T-01 Fungsi : Menyimpan bahan baku metanol pada tekanan 1 atm dan temperatur 30 0C Tujuan : - Menentukan Tipe Tangki - Menentukan Bahan Konstruksi Tangki - Menentukan Dimensi Tangki 1. Menentukan Tipe Tangki Tipe tangki yang dipilih adalah berbentuk silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan atap berbentuk kerucuk (conical roof ) dengan pertimbangan : a. Bahan baku disimpan dalam fase cair b. Kondisi operasi tangki pada tekanan 1 atm dan suhu 30 c. Konstruksi sederhana sehingga harga lebih ekonomis (Coulson 4 th vol 6:879) 2. Menentukan Bahan Konstruksi Tangki Dalam perancangan dipilih bahan kontruksi tangki adalah stainless steel 304 Grade A (Tabel 4-28, Ulrich 1976, hal 254) dengan pertimbangan : a. Harga bahan yang murah b. Tahan terhadap panas dengan range antara (0-200 0C)
c. Mempunyai tekanan maksimum yang diijinkan relative besar yaitu 600000 psia d. Memiliki allowable working stress cukup besar e. Tahan terhadap korosi f. Memiliki allowable working stress cukup besar, f =12.650 psi 3. Menentukan Dimensi Tangki a. Menghitung kapasitas tangki Menghitung Kebutuhan Methanol : ππ
Kebutuhan methanol = 3478,612 πππ Direncanakan bahan baku methanol disimpan untuk jangka waktu 10 hari. Kebutuhan Methanol selama 10 hari : ππ
= 3478,612 πππ π₯ 24
πππ βπππ
x 10 hari = 834866,9 kg
b. Menghitung Ο campuran
ο² ο½ Aο΄ B
ο© ο¦ ο¦ T οͺ οο§ο§ 1 ο ο§ο§ οͺο« ο¨ ο¨ TC
οΆ οΆοΉ ο· ο·οΊ ο·ο· οΈ οΈ οΊο»
n
(Yaws,1999) Dimana : Ο
=Densitas (kg/m3)
T
= Suhu operasi (K)
Tc
= Suhu kritis (K)
A,B, n
= konstanta
Tabel C.1 Konstanta Perhitungan Densitas Komponen Methanol Air
A
B
0.27197 0.27192 0.3471
0.274
Tc
N
512.58
0.2331
647.13 0.28571
Tabel C.2 Densitas Komponen Pada Tangki T = 303 K
Komponen Methanol Air
Massa 3414,4 5,13
Jumlah
3419,53
Ξ‘i
Xi
Οi . Xi
0.9985 0.7828067 0.78163 0.0015
1.023013 0.00154
1.0000
1.80582 0.78317
π
ππ
ππ
ΟCampuran = 0,78317 ππ = 783,17 π3 = 48,89 ππ‘3 c. Menghitung Volume Tangki Total Volume tangki =
ππβππ ππππ’ πππ‘βππππ (ππ) π πΆππππ’πππ ππ/π3
834866,9 ππ
= 783,17 ππ/π3
= 1066 m3 =37645,78 ft3 = 6705,4 bbl Dengan faktor keamanan 10 %, maka volume tangki menjadi : 110
V tangki = 100 x 1066 m3 = 1172,61 m3 = 41410,36 ft 3 = 7376 bbl d. Menghitung diameter dan tinggi tangki Tinggi tangki dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 dan 3.12 Brownell dan Young (1959) H ο½
4ο΄V D 2 ο΄ο°
(3.1)
8 D ο½ ο΄H 3
(3.2)
Dari persamaan 3.1 dan 3.12 didapat persamaan sebagai berikut :
ο¦ ο§ ο§ 4ο΄V H ο½ο§ 2 ο§ ο¦ο§ 8 οΆο· ο΄ ο° ο§ 3 ο¨ο¨ οΈ
1
οΆ3 ο· ο· ο· ο· ο· οΈ
Sehingga tinggi tangki dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
ο¦ ο§ ο§ 4ο΄V H ο½ο§ 2 ο§ ο¦ο§ 8 οΆο· ο΄ ο° ο§ 3 ο¨ο¨ οΈ
1
οΆ3 ο· ο· ο· ο· ο· οΈ
4 π₯41410,36 ft3 1/3
H=(
)
8 2 3
( ) π₯π
= 18,9 ft = 5,8 m Sedangkan untuk menghitung diameteer tangki digunakakn persamaan 3.12 sebagai berikut : 8 D ο½ ο΄H 3
D=
8 3
x 18,9 ft
= 50,5 ft = 15,4 m Untuk ukuran standar tangki yang digunakan berdasar pada Appendix E (Brownel and Young,1979) memiliki spesifikasi sebagai berikut : -
Diamter tangki, D
= 60 ft
-
Tinggi tangki,H
= 24 ft
-
Volume tangki
= 12090 bbl
-
Jumlah course
= 3 buah
-
Allowable vertical weld joint
= 5/32 in
-
Butt-welded courses
= 96 in = 8 ft
e. Menghitung Jumlah Tangki Jumlah tangki menyesuaikan dengan ukuran tangki standar sehingga jumlah tangki yang digunakakn adalah 1 buah Kapasitas yang dibutuhkan
= 7376 bbl
Kapasitas maksimum
= 12090 bbl
Jumlah tangki
= 12090 = 0,61 = 1 buah
7376
Sehingga tangki yang dibutuhksn 1 buah. f. Menghitung tebal dan panjang shell course Tebal shell course dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.16) dan(3.17) (Brownell & Young 1979). Persamaan 3.16 : tο½
pο΄ d ο«C 2ο΄ f ο΄ E
d ο½ 12 ο΄ D
Persamaan 3.17 ππ₯(π»β1)
P=
144
Substitusi persamaan 3.16 ke persamaan 3.17 menjadi : ππ₯(π»β1)π₯12π₯π·
t=
144π₯2π₯ππ₯πΈ
+π
Dimana : t
= Tebal shell (in)
H = Tinggi (dari dasar course sampai ke top angle), feet f
= Tekanan yang diijinkan (lb/in2)
E = Efisiensi pengelasan D = Diamter dalam tangki (in) P = Tekanan dalam tangki (lb/in2) C = Corrosion allowance (in) Ο = densitas campuran pada 30 0C, lb/ft 3 Digunakan tipe pengelasan single-welded butt joint with backing strip dengan : -
Densitas campuran pada 30 0C
= 48,89 lb/ft3
-
Diameter
= 60 ft
-
Height
= 24 ft
-
Tekanan yang diijinkan F
= 15000 psi
-
Efisensi pengelasan maksimal, E
= 85 %
-
Faktor koros, C
= 0,125
ππ₯(π»β1)π₯12π₯π·
t=
144π₯2π₯ππ₯πΈ
+π
48,89 π₯(π»β1)π₯12π₯60
t= 144π₯2π₯15000π₯0,85 + 0,125 Menghitung panjang plate Direncanakan menggunakan 10 plate untuk tiap course, Plate yang digunakan sebanyak 3 buah untuk setiap course dengan jarak sambungan antar plate = 5/32 in untuk penyambungan vertical, lebar plate standar 8 ft. Sedangkan panjang shell course dihitung menggunakan persamaan : Lο½
ο° d ο weld length 12 n
(Brownell & Young,1979) Dimana :
L
= Panjang tiap plate, ft
D
= Diameter dalam tangki + Tebal shell, in
n
= Jumlah plate dalam satu course
Weld length
= n x Allowable welded joint
Course 1 a. Menghitung Tebal shell 48,89 π₯(24β1)π₯12π₯60
t 1=
144π₯2π₯15000 π₯0,85
+ 0,125
t1 = 0,345 in Berdasarkan Brownell and Young item 4 ,1977 : 348 tebal shell standar = 0,375 in b. Menghitung panjang plate Direncanajan menggunakan 10 plate untuk tiap course, allowance untuk vertical welded joint ( jarak sambungan antar plate ) = 5/32 in dan lebar course = 8 ft d1 = (12x60)+0,375 d1 =720 +0,375 = 720,4 L=
(3,14π₯720,4)β(10π₯0,15625) 12π₯10
L = 18,83 ft Course 2 a. Menghitung Tebal shell H2 = 24 ft -8 ft = 16 ft 48,89 π₯(16β1)π₯12π₯60
t 1=
144π₯2π₯15000 π₯0,85
+ 0,125
t1 = 0,413 in Berdasarkan Brownell and Young item 4 ,1977 : 348 tebal shell standar = 0,47 in b. Menghitung panjang plate Direncanajan menggunakan 10 plate untuk tiap course, allowance untuk vertical welded joint ( jarak sambungan antar plate ) = 5/32 in dan lebar course = 8 ft d1 = (12x60)+0,47 d1 = 720 +0,47 = 720,47 L=
(3,14π₯720,47)β(10π₯0,15625)
L = 18,83 ft
12π₯10
= 18,83 ft
Course 3 a. Menghitung Tebal shell H3 = 16-8 = 8 ft 48,89 π₯(8β1)π₯12π₯60
t 1= 144π₯2π₯15000 π₯0,85 + 0,125 t1 = 1,9 in Berdasarkan Brownell and Young item 4 ,1977 : 348 tebal shell standar = 0,25 in b. Menghitung panjang plate Direncanakan menggunakan 10 plate untuk tiap course, allowance untuk vertical welded joint ( jarak sambungan antar plate ) = 5/32 in dan lebar course = 8 ft d1 = (12x60)+t2 d1 = 720 +0,25 = 720,25 L=
(3,14π₯720,25)β(10π₯0,15625) 12π₯10
= 18,83 ft
L = 18,83 ft Total panjang plat yang dibutuhkan course 1 + course 2+ course 3 = 18,83ft +18,83 ft+18,83 ft = 56,49 ft. Panjang plate yang ada dipasaran adalah 19,68 ft
Course
Panjang plate (ft)
Lebar plate (ft)
Tebal shell (in)
1
19,68
8
0,375 in
2
19,68
8
0,42 in
3
19,68
8
0,25 in
ΞΈ
Ξ±
900
D 2 90-Ξ± ΞΈ
Gambar C.2 Head Tangki 1. Menentukan (sudut angel dengan garis horizontal ) pada head Besarnya sudut pada roof dapat dicari dengan persamaan : Sin ΞΈ =
π· 430 π‘π
(Brownell and Young, Pers.4.6,1977 :64) Dimana : D = diameter tangki standar, ft ta = tebal atap standar, 3/16 in (sehingga, 60 ππ‘
sin ΞΈ = 430π₯(3/16) = 0,7442 ΞΈ
= ArcSin(0,6202) = 48,090
2. Menentukan tinggi head tangki tan ΞΈ
π»
=1 2
H
π· 1
= tan ΞΈ 2 π· 1
= tan 48,09 x 2x60 = 33,42 ft 3. Menentukan tebal head tangki Tebal head tangki dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
ο© οΉ Pο΄ D th ο½ οͺ οΊο«c ο« 2 ο΄ Cos ο± ο΄ ο¨ f ο΄ E ο 0,6 ο΄ P ο©ο»
(Brownell and Young, Pers 6.154, 1977 :118) Tekanan penyimpanan = 1 atm = 14,7 psi dan diambil factor keamanan 10 % maka : P th
= 1,1x14,7 psi = 16,17 psi 16,7π₯12π₯60
= 2π₯πππ (48,09)π₯(15000π₯0,85)β(0,6π₯16,7) = 0,706 in
Berdasarkan Brownell and Young, item 4, 1977 :348 dapat diketahui tebal shell standar adalah 0,72 in
Tabel C. 4 Ringkasan Tangki (T-01) Ringkasan Tangki (T-01)
Fungsi Tipe tangki Bahan konstruksi Jumlah Diameter Tinggi Shell Kapasitas Lebar Plate Jumlah course Tinggi head Tebal head
Menyimpan bahan baku metanol Silinder vertical dengan flat bottom dan head conical stainless steel 304 Grade A 1 buah 60 ft 24 ft 21930 bbl 8 ft 3 buah 33,42 ft 0,72 in
2. Heat Exchanger (HE-01) 38,820C
38,810C
160,030C 97,880C
231,700C
Gambar C.3 Heat Exchanger Kode : HE-01 Fungsi : Menaikkan suhu bahan baku sebelum masuk ke dalam Vaporizer (V- 01) Tujuan : - Menentukan tipe heat exchanger Menentukan bahan konstruksi heat exchanger Menentukan dimensi heat exchanger Menentukan Pressure Drop 1. Menentukan material konstruksi Material yang dipilih dalam perancangan alat penukar panas adalah stainless steel dengan nomor spesifikasi SA-376, tipe TP 316, Material jenis ini dipilih dengan pertimbangan sebagai berikut: o Tahan terhadap korosif o Memiliki allowable stress sebesar 18.750 psi pada suhu 230 oF atau 110 oC o Banyak tersedia di pasar penjualan material konsturksi 2. Menentukan tipe dan spesifikasi Heat Exchanger a. Menentukan Ξ TLMTD ο·
ο·
Fluida panas ( produk reaktor : DME, Methanol, dan air ) Suhu masuk (T1)
=504,85 K (231,70 oC) = 449,06 0F
Suhu keluar (T2)
=160,030C = 397,18 K = 320,05 0F
Laju alir
= 4265,60 kg/jam = 133.29 kgmol/jam
Fluida dingin (Bahan baku : Methanol dan air ) Suhu masuk (t1)
=38,810C = 311,96 K = 101,86 0F
Suhu keluar (t2)
=97,880C = 371,03 K = 208,18 0F
Laju alir
= 4265,60 kg/jam = 133.29 kgmol/jam
Menghitung Ξ TLMTD Tabel C.9 Perhitungan ΞT LMTD Cold Fluid
ΞT
High Temp
208,18
240,88
Low Temp
101,86
218,19
Selisih
106,32
226,90
Hot Fluid 449,06 320,05 129
Temperatur
Ξ TLMTD =
Tav = (
Ξt2βΞt1 2,3 πππ
Ξt2 Ξt1
=
240,88β218,19 2,3 πππ
240,88 218,19
449,06+320,05 2
)
= 229,61 0F
tav = (
= 384,55 0F
208,18+101,86 2
)
= 152,890F
b. Penentuan Tipe Heat Exchanger Berdasarkan Kern, Table 8, hal 840 (1988) untuk system light organic (Viskositas kurang dari 0,5 cp) sebagai hot fluid dan cold fluid maka harga UD diantara 40-75 Btu/jam 0F ft2 dengan allowable dirt factor 0,0015. Maka dipilih UD = 50 Btu/jam 0F ft 2 Q = 671069,50 Kj/Jam = 636051,16 Btu /jam π
636051,16 π΅π‘π’ /πππ
A = ππ·π₯Ξ TLMTD = 50 Btu/jam0 F ft2
x229,60 F
= 55,40 ft2
A< 200 ft2, Sehingga jenis HE yang dipilih adalah double pipe heat exchanger (Kern,1988) c. Menentukan Spesifikasi Heat Exchanger : Spesifikasi pipa yang digunakan untuk rancangan alat pemindah panas ini adalah: Tabel C.10 Spesifikasi Double Pipe Exchanger Exchanger, IPS
2x1,24
Annulus
Pipa
D2 = 2,067 in
D= 1,38 in
D1 = 1,66 in Sch = 40
40
Fluida Dingin : Metanol
Fluida Panas : DME
Annulus
Inner pipe
1). Menghitung Flow Area
1). Menghitung Flow Area
D2 = 2,067 in /12 = 0,1725 ft
D = 1,38 in/12 = 0,115 ft
D1 = 1,66 in /12 = 0,138 ft
ap =
ΟD^2
Οx0,,115^2
=
4
4
=0,0104 ft2
as = Ο(D22-D12)/4 = 3,14 (0,1725-0,138)/4 = 0,00826 ft2 Menghitung De De =
π·22 βπ·1^1 π·1
=0,0762ft
2). MenghitungMass Velocity (Ga) 2). Menghitung Mass Velocity (Gp) π€
Ga =ππ =
9404,04 ππ/πππ
π€
Gp =ππ =
0,00826
= 1138500 lb/hr.ft
2
9404,04 ππ/πππ 0,0104
= 904234,6 lb/hr.ft2
3). Menghitung Bilangan Reynold
3).Menghitung Bilangan Reynol
(Reynold Number/NRe)
(Reynold Number/NRe)
Pada Tav =152,890F ,
Pada tav =381,970 F
ΞΌ = 0,80399 lb/hr.ft
ΞΌ = 0,03761 lb/hr.ft Maka nilai NRe,
Maka nilai NRe, NRe=
π·π π₯ πΊπ ΞΌ
=
NRe =
0,0762π₯ 1138500
π· π₯ πΊπ ΞΌ
=
0,0104 π₯ 904234,6 0,03761
= 250040,9
0,80399
= 107904 4).Menghitung faktor heat transfer 4).Menghitung faktor heat transfer JH
Berdasarkan
grafik
24 JH
Berdasarkan
grafik
24
(Kern,1988) didapatkan JH untuk (Kern,1988) didapatkan JH untuk bilangan Reynolds adalah JH = ππ
bilangan Reynolds adalah JH = 300 ππ
5). Menghitung ( π )1/3
5). Menghitung ( π )1/3
Dimana :
Dimana :
c = 0,642 Btu/lb.F
c = 0,469 Btu/lb
k = 0,781 Btu/hr.ft.F
k = 0,1844 Btu/lb
ππ
0,642π₯0,803999 1/3 ) 0,781
( π )1/3 = (
=(
= 0,871
= 0,457
6). Menentukan ho π
0,469π₯0,03761 1/3 ) 0,1844
6). Menetukan hi
ππ
π
Ho = jH x π·π x( π )1/3 x(ππ€)0,14
π
ππ
hi = jHx= jH x π·π x( π )1/3 0,1844
π
Dimana (ππ€)0,14 = 1
hi =300 x 0,0104 x0,457 x1 =2431 Btu/hr.ft2.0F
0,781
ho = 250x 0,0762 x 0,871 x1
Menentukan hio koreksi
ho = 2232Btu/hr.ft2.0F
πΌπ·
Hio koreksi = hixππ· 1,38
= 2431x1,66 = 2021 Btu/hr.ft2.0F
Penentuan Tipe HE Karena A < 200 ft2, maka digunakan double pipe heat exchanger (Kern,1988) Digunakan pipa 2 x1,24 in IPS pipe dengan external surface 0,435 ft2/ft Panjang yang didapatkan =
55,40 0,435
=127,4 ft
Maka digunakan 4 buah hairprin dengan panjang 1 hairprin nya =40 ft Luas perpindahan panas yang terkoreksi = 0,435 x 127,4 = 55,42 ft 1. Harga UD yang terkoreksi : π
UD = π΄π₯Ξ TLMTD = 2.
636051,16 π΅π‘π’ /πππ 55,42ft2 x229,60 F
= 49,97 Btu/jam0 F ft 2
Menghitung Clean Overall Coefficient (Uc) βπππ₯βπ
2021π₯2232
Uc = βππ+βπ = 2021+2232 = 1060 btu/hr ft30F 3.
Menghitung Resistance of Dirt (Rd)
ππβππ
1060β55,42
Rd = ππ π₯ ππ =1060 π₯55,42 = 0,017 Rd yang diperbolehkan dari table 8 page 840 (Kern,1988) adalah 0,001 d. Menghitung Pressure Drop Fluida dingin : Methanol
Fluida panas: DME
Tube
Shell
1). Menghitung Deβ
Deβ = 0,0104 ft Re = 67582
Deβ = (D2-D1) = (0,1725-0,138) = 0,0345ft 2). Menghitung Reβ
2). Menghitung nilai f
π·πβ²π₯πΊπ
Re =
0,0035+
π 0,0345 π₯1138500
=
0,264
π·πΊ 0,42 ( ) π
0,264
0,0035+(67582)0,42
0,80399
= 48854
=0,006 s = 0,88 Ο= 0,88 x 625 = 55 lb/ft3
3). Menghitung nilai f 0,264 0,0035+(π
π)0,42
=
0,264
3). Menghitung ΞFa 4 π πΊπ2 πΏ
ΞFa = 2 ππ2 π·πβ²
0,0035+(48854)^0,42= 0,00633 s = 0,82 Ο= 62,5x 0,82 = 51,25 lg/ft3
=
4π₯0,006x(204435,65)2 π₯160 2π₯4,18π₯1010 (55)2 π₯0,24
= 7,5
4). Menghitung ΞFa 4 ππΊπ2 πΏ
ΞFa = 2 πΟ2 π·πβ² 4π₯0,00633π₯(1138500)2 π₯160
= 2π₯4.18π₯1010 π₯(51,25)2 π₯0,0345 = 0,69
5). Menghitug pressure drop
4). Menghitug pressure drop
1138500
V = 3600π₯51,25 = 6,17 Allowable pressure drop (ΞP )
π2
F1= (2 π ) 6,172
= 2 x(2π₯32,2) = 1,18
ΞP =
7,5π₯55 144
= 2,86psi Allowable pressure drop (ΞP) (6,17+1,18)
ΞP=
144
= 2,62 psi
x51,25
Tabel C.10. Shell and tube Heat Exchanger RANGKUMAN HEAT EXCHANGER (HE-01)
38,810C
160,030C 97,880C
231,700C
Fungsi Tipe
Memanaskan bahan baku methanol sebelum masuk ke dalam reaktor dari suhu 38,810 C sampai 97,88 0 C Double Pipe Exhanger dengan pertimbangan A