Tugas Khusus Adsorber [PDF]

Citation preview

F-1



LAMPIRAN F PERANCANGAN ADSORBER Ca A/B) TUGAS KHUSUS



Kode



: ADCa



Fungsi



: Menghilangkan ion Ca.



Jenis



: Fixed Bed Adsorber.



Alasan pemilihan



: Umum digunakan untuk adsorpsi fase liquid dan tidak memerlukan alat separasi dengan volume yang besar (Mc. Cabe, 1999; hal 232)



Bentuk



: Silinder tegak dengan isian Hypersol-Macronet MN-500 dengan tutup atas dan bawah torispherical.



Resin



: Hypersol-Macronet MN-500



feed



regenerasi



Gambar C.20. Adsorber Ca



F-2



Kondisi opreasi : Suhu



: 60 oC



Tekanan



: 1 atm



a. Umpan masuk aliran (kg/jam)



aliran (kg/jam) X



komponen input H2O



densitas



(Terserap)



6807,9572



(kg/m3)



output 6807,9572



977,766



2,35x10-05



1150



Ca(OH)2



0,3402



HCl



0,0402



0,0402



2,78x10-06



1180



Dekstrin



88,4086



88,4086



0,0061



1450



Dekstrosa



7575,7576



7575,7576



0,5235



1540



14472,1234



1,0000



6297,7660



total



0,3402



0,4704



14472,5038



0,3402



Diperoleh : ρ mix =



(R.K. Sinnot =



1.211,7583



kg/m3



=



75,6476



lb/ft3



b. Data fisis Jenis resin



: Hypersol-Macronet MN-500



Nama Senyawa



: Asam polystirena sulfonat divinilbenzen



Rumus Molekul



: C42H42(So3-)4



Berat Molekul



: 866,28



238)



F-3



Bentuk



: Granular



Particle Density (ρp)



: 0,9 g/cm3= 900 kg/m3



Bulk Dry Density (ρb)



:785kg/m3



Diameter rata-rata pori



: 15 Å



Diameter partikel (Dp)



: 8,5 mm = 0,0085m = 0,029 ft



Internal porosity(εp)



: 0,8893



Void fraction, 



: 0,35



Sorptive capacity



: 0,8kg / kg adsorbent (Purolite.com)



Reaksi Adsorbsi ; 2R-SO3H + Ca(OH)2  (R-SO3)Ca + 2H2O (Reynolds, T.D.1982)



1. Menentukan Diameter adsorber a. Menentukan porositas Hypersol-Macronet MN-500 Hypersol-Macronet MN-500yang digunakan berbentuk granular dengan sphericity,ψ = 0,65 (Purolite.com) Dari fig. 223, hal 214; Brown, 1956 untuk partikel dengan ψ =0,65, dan normal packing maka diperoleh porositas, X = 0,5.



b. Menentukan faktor bilangan reynold, FRe dan faktor-faktor friksi, Ff Dari fig. 219, hal 211; Brown, 1956 dengan X = 0,5 dan ψ = 0,65, diperoleh : FRe



= 48



Ff



= 1.400



F-4



c. Menentukan permeabilitas, K K



(pers. 172, hal 217; Brown, 1956)



=



Keterangan : K



: permeabilitas



gc



: faktor gravitasi = 32,2



Dp



: diameter partikel, ft



FRe



: faktor bilangan reynold



Ff



: faktor – faktor friksi



K



= = 0,000029014



d. Menentukan kecepatan superficial, υ υ



=



keterangan : υ



: kecepatan superficial, fps



ρ



: densitas liquid (lb/ ft3)



μ



: viskositas liquid (cp)



υ



= 0,0091 fps = 0,0028 m/s = 9,9399 m/ jam



(pers. 171a, hal 217; Foust, 1956)



F-5



e. Menentukan laju alir volumetrik, Q Q



= = = 11,9434 m3/ jam = 0,003318 m3/s



f. Menentukan bilangan reynold Re



= Dimana, Ap



= external surface of solid particle (40ft2 = 4,0341m2) (Purolite.com)



μ



= 0,000215 kg/m.s



Re



= = 5.522



g. Mencari tinggi tumpukan adsorbent Persamaan desain t



= =t-



:



τ+



(hal 505; Wallas, 1990)



τ



Z



=



t



= 3,5 menit (Michelle Lidya, dkk 2012)



F-6



kd



= = = 28,0856 m3/kg adsorbent



ρb



=785kg/ m3



untuk 1 butir Hypersol-Macronet MN-500dengan dp = 0,0085 m jika bentuk Hypersol-Macronet MN-500granular dengan asumsi L = dp, maka : V/ butir Hypersol-Macronet = π/4 dp2 L = 5,42 x 10-7 m3 Pengotor yang akan diadsorb = 0,3402kg/ jam = 244,9440kg(1 bulan = 720 jam) Kemampuan adsorpsi



= 0,8 kg pengotor/ kg adsorbent



Banyak adsorben = 0,4253 kg adsorbent/jam = 307 kg (1 bulan = 720 jam) Volume adsorber



=



= 0,39 m3 = 13,773ft3 Banyak butir adsorben



= 719.420 butir Total Ap



= 719.420 butir x 4,0341m2



F-7



= 2.673.519 m2



h. Penentuan kL (tabel 3.1, hal 49; Treyball, 3rd Ed, 1980)



Na



= kL x ΔC



Na



=



BM Ca



= 74,0930 kg/ kgmol



Moles transferred = 3,3059 kmol (1 bulan) Time



= 720 jam



CAadsorbed



= 0,0004 kmol/ m3 Na



= 4,467 x10-6 kmol/ m2. Jam CA sebelum teradsorb di dalam solven, CA1 : Kmol



= 0,3402 kg/ 74,0930 = 0,0046 kmol/ jam = 3,3059 kmol (1 bulan)



CA1



= 0,0004 kmol/ m3



CA sisa sesudah teradsorb di dalam solven, CA2 : Kmol



= 0 kg/ 74,0930 = 0 kmol/ jam



F-8



= 0 kmol ( 1 bulan) CA2 = 0 kmol/ m3 kL = 0,0116 kmol/ m2. jam CA2/CA1



=0



τ



=2



(Fig. 15.13, hal 504; Wallas, 1990)



Z = 1,69 m Over design 10 % Z



= 1,99 m = 6,54 ft



Z = H standar



= 7 ft = 2,02 m



i. Menentukan total fraksi kosong dalam fixed bed (εb) εb



= ε + (1-ε) x εp



(pers. 16.4, hal 16-11; Perry 7th Ed, 1999)



= 0,35 + (1-0,35) x 0,8893 = 0,928



j. Menentukan pressure drop (ΔP) adsorber ΔP



=Z



(pers. 6.66, hal 200; Treyball, 1980) Keterangan :



F-9



εb



: fraksi kosong dalam fixed bed



= 0,928



dp



: diameter partikel



= 0,003 m



υ



: kecepatan superficial



= 3,8734m/s



Re



: bilangan reynold



=8.325.489,3131



ρ



: densitas fluida



=1.211,758 kg/ m3



gc



: faktor konversi gravitasi



= 9,8066



Z



: tinggi



=2,028 m



ΔP



= 2,02 = 60.472,0957kg/m.s2 = 0,5968 atm = 8,7707 psi



k. Perhitungan tekanan adsorber Kondisi operasi



: P = 1 atm = 14,7 psi T = 60oC



Over design factor =10% (Wallas, 1988; hal 623) P desain



= 1,1 x 14,7 psi = 16,17 psi = 1,1 atm



l. Menentukan Luas Penampang Adsorber (A)



A=



Q v -dimana ; Q = Laju Alir Volumetrik (m3 / Jam) v = Kecepatan Superficial ( m / Jam)



F-10



A=



11,9434 m3/Jam 9,206 m/Jam



= 1,30 m2/jam



m. Menentukan diameter adsorber Volume Adsorber



= 0,39 m3



π/4 D2 Z



= 0,39 m3



D



= 0,4514 m = 1,48ft = 17,7716 in



D standar



= 2 ft = 24 in = 0,6096 m



2. Menentukan tebal tangki ts =



+ C (Brownell, 1959; pers 13.1, hal 254)



keterangan : f : allowable stress (18.750 psi) ri : jari-jari dalam tangki (90 in) E : efisiensi pengelasan (80%, double welded joint) Brownell, 1959; tabel 13.2, hal 254 C : faktor korosi (0,25 in) ts =



Timmerhaus 5th Ed, 2003; hal 542 + 0,25



= 0,347 in Maka digunakan tebal standard 3/8 in (Brownell, 1959; tabel 5.7, hal 90)



F-11



Dari tebal shell yang telah diperoleh, maka diameter luar dapat dihitung dengan: OD



= 2 ts + Di = 2 (0,375) + 24in = 24,75 in = 2,0625 ft = 0,6287 m



Digunakan ODstandar = 26 in



Perancangan head tangki Bentuk



: torispherical dished head



Alasan pemilihan : sesuai untuk tangki vertikal bertekanan rendah 15200 psi (Brownell, 1959; hal 88)



OD



b = tinngi dish



icr



OA



A



B sf



3.



ID



t



a



r



C



Gambar C.21. Dimensi Torispherical Dished Head Dari tabel 5.7, hal 90; Brownell, 1959, untuk OD = 26in Inside corner radius, icr = 1 5/8 in Jari-jari crown, rc



= 24 in



F-12



4.



Menentukan tebal head th =



+C



dimana w = ¼ (3+



(Brownell, 1959; pers 7.77, hal 138) )



(Brownell, 1959; pers 7.76, hal 138)



w = 0,7903 in th = 0,317 Maka digunakan tebal standard 3/8 in



5.



(Brownell, 1959; tabel 5.7, hal 90)



Menentukan tinggi head, OA b



=



 ID  rc  ( rc  icr ) 2    icr   2 



2



= 3,5794 in Dari tabel 5.6 hal 88, Brownell, 1959, untuk th3/8 in , maka nilai sf = 1,5-3 dipilih panjang straight flange, sf = 3 in = 0,25 ft Tinggi dished head (OA) = b + sf + th = 3,5794in + 3 in + 0,375 in = 6,9544 in = 0,1766 m = 0,5795 ft HT



= Hs + tinggi distributor + 2 Hdished head = 8 ft + (0,2 x 8 ft) + (2 x 0,5795 ft) = 10,7590 ft = 3,2793m = 129,108 in



6. Penyangga tumpukan adsorban (Bed support/Grid support) Grid support dirancang untuk menyangga adsorban agar mencegah kelebihan pressure drop. Yang biasa digunakan adalah piringan yang berlubang-lubang



F-13



(perforated plate) atau piringan yang bergelombang (slatted plate). Grid support ini biasanya dibuat dari bahan yang anti korosi seperti carbon steel, alloy steel, cast iron, atau cast ceramics (Rase, 1977) Penyangga katalis berupa perforated plate dengan ketebalan tertentu. Tekanan yang harus ditahan oleh bed support = tekanan operasi + tekanan karena katalis a. tekanan operasi = 14,7 psi b. tekanan karena adsorban volume dan berat adsorban



= 0,93 m3



Tekanan karena adsorban







berat adsorban A







307 kg 1,30 m 2



= 236,15 kg/m2 Perforated plate yang digunakan mempunyai lubang dengan luas sama dengan 50 % luas area. Tebal plate dihitung dengan persamaan (13.27 Brownell & Young, 1959) t  d C '  P   C  f



dengan t = tebal minimum plate, in d = diameter plate, in P = tekanan perancangan, psi f = maksimum allowable stress, psi



F-14



C’ = konstanta dari app H (Brownell & Young) C = Corrosion allowance, in Pdesign



= 16,17 psi



Bahan konstruksi seperti yang digunakan sebagai bahan shell yaitu Carbon Steel SA 283 dengan spesifikasi yaitu allowable stress = 12.650 psi dan corrosion allowance = 0,125 inchi t = 1,298 in diambil tebal standart = 1 3/8 in



7.



Desain Perpipaan dan Nozzle a. Pipa umpan Digunakan pipa dengan diameter optimum sebagai berikut : Diameter optimum, d = 260 G0,52ρ-0,37



(Pers. 5.15 Coulson, Vol.6)



Data perhitungan : Laju alir massa, G



= 14.472,5 kg/jam = 4,02 kg/s



Densitas campuran, ρmix



= 1.211,7583 kg/m3 = 75,6476 lb/ft3



Viskositas campuran, μmix



= 0,2418 cp = 0,0003 kg/m.s



Aliran adalah turbulen, NRe > 4000 Maka : Diameter optimum, Dopt.= 260 G0,52ρ-0,37 = 38,7538 mm = 1,5 in Dipilih : (Appendiks A.5, Geankoplis, 1993 :892) Nominal pipe standar (NPS)



= 1,5 in



F-15



Sch. Number



= 40 (standar)



Diameter dalam, ID



= 1,6 in = 0,04 m



Diameter luar, OD



= 1,9 in = 0,05 m



Bilangan Reynold, NRe



=



ρ mix ID v μ mix = 486.559,6



b. Pipa output Digunakan pipa dengan diameter optimum sebagai berikut : Diameter optimum, d= 260 G0,52ρ-0,37



(Pers. 5.15, Coulson, Vol.6)



Data perhitungan : Laju alir massa, G



= 14.481,5 kg/jam = 4 kg/s



Densitas campuran, ρmix



= 1.211,7583 kg/m3 = 75,6476 lb/ft3



Viskositas campuran, μmix



= 0,5522 cp = 0,0006 kg/m.s



Aliran adalah turbulen, (NRe) > 4000 Diameter optimum, d



= 260 G0,52ρ-0,37 = 38,77 mm = 1,5266 in



Dipilih : (Appendiks A.5, Geankoplis, 1993 :892) Nominal pipe standar (NPS)



= 1,5 in



Sch. Number



= 40 (standar)



Diameter dalam, ID



= 1,6 in = 0,0409 m



Diameter luar, OD



= 1,9 in = 0,0483 m



Bilangan Reynold, NRe



=



ρ mix ID v μ mix



= 486.559,6



F-16



Spesifikasi nozzle berdasarkan Appendiks F, Brownell & Young (1959) dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel F.4. Spesifikasi Nozzle Nozzle Pipa umpan Pipa output



8.



OD pipa (in) 1,9 1,9



NPS (in) 1,5 1,5



L (in) 10 10



DR (in) 3,625 3,625



n (in) 0,3 0,3



Menghitung Berat Adsorber ρstell = 489 lb/ft3



(App.D Item 3 Brownell & Young, 1959 : 341)



a. Berat dish OD dish



= 61 in = 1,549 m



Panjang straight flange



= 2 in



Inside corner radius



= 3,625 in



Ketebalan dish (td)



= 0,1875 in = 0,0156 ft



Untuk t < 1 in (t = 3/4 in) perkiraan blank diameter (bd) adalah : bd



= OD +



OD  2 xsf  2 x icr 3 42



= 68,869 in =5,739 ft Volume dish = ¼ x π (bd)2 x t = 0,404 ft3 Berat dish



= Volume dish x ρstell = 197,553 lb = 89,608 kg



b. Berat shell Diameter dalam shell, ID



= 24 in = 0,6096 m



Ketebalan shell, ts



= 0,347 in = 0,009 m



J (in) 6 6



F-17



Diameter luar shell, OD



= 24,75 in = 0,6287 m



OD dibulatkan menjadi = 26 in = 0,7 m Tinggi shell, (Hs)



= 129,108 in = 3,279 m



Volume shell tanpa dish



= ¼ π x Hs x (OD2 – ID2) = 0,2397 m3 = 8,56 ft3



Volume Shell Total



= Volume Shell tanpa dish + (2 x Volume dish) = 8,56 + (2 x 0,404) = 9,368 ft3



Berat shell



= Volume shell x ρstell = 4.186,324 lb = 1.883,85 kg



c. Berat aksesoris  Berat pipa Perhitungan berat pipa berdasarkan Fig.12.2, hal. 221 Brownell & Young (1959) sebagai berikut : No 1 2



Pipa



Ukuran Pipa (in)



Pipa umpan Pipa output propilena



1,5 1,5



Total d. Berat material dalam adsorber Berat umpan yang terserap



= 0,3402 kg/jam



Waktu breaktrough



= 0,06 jam



Berat Ca yang terserap dalam 1 siklus adalah: = 0,3402 kg/jam x 0,06 jam = 0,02 kg



Berat Pipa (lb) 10 10 20



F-18



Berat adsorben



= 307 kg



Berat material total = 307,02 kg Berat mati adsorber = berat vessel dan perlengkapan + berat material +berat aksesoris = 2.200,22 kg



9.



Perencanaan Flange, Bolt dan Gasket dari Vessel a.



Sambungan head dengan shell Sambungan antara tutup bejana dengan bagian shell menggunakan sistem flange dan baut. Bahan konstruksi yang dipilih berdasarkan pada kondisi operasi. Data perancangan : Tekanan disain



= 16,1822 psi (1,1011 atm)



Material flange



= Carbon Steel SA-240 Grade A



Bolting steel



= Carbon Steel SA–193 Grade B6



Material gasket



= Asbestos compocition



Diameter luar shell, B



= 0,6287 m = 24,75 in



Ketebalan shell



= 0,347 in = 0,009 m



Diameter dalam shell



= 26 in = 0,7 m



Tegangan dari material flange (fa) = 15.600 psi (app. D item 4, B & Y, 1959 : 342) Tegangan dari bolting material (fb) = 19.300 psi (app. D item 4, B & Y, 1959 : 344)



F-19



Tipe flange terlihat pada gambar berikut : (Fig.12.24, Brownell&Young)



t



h



Gasket



hG



A



w



t



go



Hg



R



hD



C



g1



Ht G B



g½



Gambar F.4. Tipe Flange dan Dimensinya b.



Perhitungan lebar gasket: do  di



y  Pxm y  [ Px (m  1)]



Dimana :



(Persamaan 12.2 Brownell & Young)



do



= diameter luar gasket, in



di



= diameter dalam gasket, in



y



= yield stress, lb/in2 (Fig. 12.11)



m



= faktor gasket (Fig. 12.11)



Asumsi tebal gasket dengan material asbestos 1/8 in, dari Fig. 12.11 Brownell & Young diperoleh: y



= 1.600 dan



m



=2



Sehingga,



F-20



do 1.600  16,17 x 2   di 1.600  [16,17 x2  1]



= 1,0003



Asumsi bahwa diameter dalam gasket di sama dengan diameter luar shell 61 in, sehingga : do = 1,0003 x 24,75 in = 24,85 in tebal gasket minimum = 0,5 x (do/di) = 0,5019 in = 0,0127 m Sehingga digunakan gasket dengan tebal 3/16 in. Diameter gasket rata-rata, G = di + tebal gasket = 24,9375 in c.



Perhitungan beban Dari Fig. 12.12 Brownell & Young kolom 1 type 1.a bo =



N  0,125 in, 2



b  b o jika b o  0,25



Sehingga, b = 0,125 in Wm2



= Hy = b x π x G x y = 11.751 lb



Berat untuk menjaga joint tight saat operasi digunakan Persamaan 12.90 Brownell & Young (1959) : Hp



=2xbxπxGxmxP = 569,164 lb



Beban dari tekanan internal dihitung dengan Persamaan 12.89 Brownell & Young (1959) : H



=



G 2 xP 4



= 9.462,3563 lb



F-21



Beban operasi total dihitung dengan persamaan 12.91 Brownell & Young: Wm1



= H + Hp = 10.031,52 lb



Wm1 lebih besar dari Wm2, Sehingga beban pengontrol, Wm1 = 10.031,52 lb Keterangan : Wm1 = Beban berat bolt pada kondisi operasi (lb) Wm2 = Beban berat bolt pada kondisi tanpa tekanan dalam (lb)



d.



H



= Total joint contact surface (lb)



Hp



= Beban join tight (lb)



Am1



= Total luas bolt pada kondisi operasi (in2)



Am2



= Total luas bolt pada kondisi tanpa tekanan dalam (in2)



Perhitungan luas baut minimum (minimum bolting area) Dihitung dengan Persamaan 12.92 Brownell & Young (1959) :



Am1 



Wm1  0,5016 in 2 fb



C = ID+(2(1,145go + R) Di mana, go = 0,1875



(Brownell&Young, 1959 : 242)



Perhitungan ukuran baut optimum berdasarkan Tabel 10.4 Brownell&Young (1959) hal.188. Ukuran Bolt (in) ½



Root area 0,1260



Min. no of bolt 196,2611



R 13/16



Bs 3,0000



E 5/8



C=ID+2(1,415go + R) 123,24



F-22



5/8 ¾ 0,8750 1,0000



0,2020 0,3020 0,4190 0,5510



122,4203 81,8838 59,0189 44,8800



15/16 1 1/8 1,2500 1,3750



3,0000 3,0000 3,0000 3,0000



3/4 13/16 1,3125 1,0625



Dipilih ukuran baut = 1 in, diperoleh data sebagai berikut : = 0,1260 in2



- Root area



- Bolt spacing standard (BS) = 3 in - Minimal radian distance (R)



= 1,33 in



- Edge distance (E)



= 0,2 in



Jumlah baut minimum



=



Am1 root area



= 3,98



Sehingga digunakan baut dengan ukuran 1 in sebanyak 5 buah. Bolt circle diameter, C = 123,24 in Perhitungan diameter flange luar : Flange OD (A) = bolt circle diameter + 2 E Flange OD (A) = 123,61 in Cek lebar gasket : Ab aktual



= N x Root Area = 5,04 in2



Lebar gasket minimum : Nmin



=



Ab aktual x f allaw 2 yG



= 0,4021 in (Nmin < 0,25 in, pemilihan baut memenuhi) e.



Perhitungan moment : 1) Untuk bolting up condition (no internal pressure)



123,07 123,32 123,24 124,07



F-23



Beban desain diberikan dengan Persamaan 12.94, Brownell & Young (1959): W



= ½ x (Ab + Am) fa = 55.415,76 lb



Hubungan lever arm diberikan pada Persamaan 12.101 Brownell & Young (1959) : hG



= ½ x (BC – G) = 49,15 in



Flange moment adalah sebagai berikut : Ma



= W x hG = 40.224,488 lb.in



2) Untuk kondisi saat beroperasi Beban desain yang diberikan W = Wm1 = 10.031,52 lb Untuk hydrostatic end force pada permukaan dalam flange (HD) HD = 0,785 x B2p



(Persamaan 12.96 Brownell&Young)



= 220.824,54 lb The lever arm, hD (persamaan 12.100 Brownell&Young) hD = ½ x (BC – B) = 1,37 in The moment, MD (dari persamaan 12.96 Brownell&Young) : MD = HD x hD MD = 302.437,61 lb.in



F-24



Perbedaan antara flange-desin bolt load dengan hydrostatic end force total adalah : HG = W – H = Wm1 – H = 162.589 lb Momen komponen dihitung dengan persamaan 12.98 Brownell&Young: MG = H G x h G = 3.514 lb.in Perbedaan antara hydrostatic end force total dan hydrostatic force end pada luas area dalam flange, HT (Persamaan 12.97, Brownell & Young) : HT = H - HD = 800 lb Hubungan lever arm, hT (Persamaan 12.102 Brownell & Young, 1959): hT = ½ x (hD + hG)



= 1,32 in



The moment (Persamaan 12.97 Brownell&Young, 1959): MT = HT x hT = 1.058 lb.in Jumlah moment untuk kondisi saat beroperasi, MO (Persamaan 12.97 Brownell & Young, 1959): MO = MD + MG + MT = 307.010 lb-in Sehingga moment saat beroperasi sebagai pengontrol: Mmax = MO



= 307.010 lb-in



F-25



f.



Perhitungan tebal flange : t =



Y M max



(Persamaan 12.85 Brownell & Young, 1959)



fa B



K = A/B = 1,0258 Dari Fig.12.22 dengan K = 1,0257 (Brownell & Young, 1959) Diperoleh nilai Y = 75 t



= 0,4 in



Sehingga diambil ketebalan flange



= 0,4 in



Bolt



t = tebal flange



Gasket



d = diameter baut



Gambar F.5.Detail untuk Flange and bolt pada Head Adsorber



10. Desain Sistem Penyangga Berat untuk perancangan



= berat total adsorber = 8.399,405 lb = 3.809,906 kg



Adsorber disangga dengan 4 kaki. Kaki penyangga dilas ditengah – tengah ketingggian (50 % dari tinggi total adsorber).



F-26



Gambar F.6. Sketsa sistem penyangga adsorber



Leg Planning Digunakan kaki (leg) tipe I-beam dengan pondasi dari cor atau beton.



F-27



2



1



1



2



Gambar F.7. Penyangga tipe I beam



Karena kaki dilas pada pertengahan ketinggian adsorber, ketinggian kaki: (l) = ½ H + L dengan : H : tinggi total adsorber, ft L : jarak antara bottom adsorber ke pondasi (digunakan 11 ft) Height (l) = ½ x 10,7577 ft + 10 ft = 15,38 ft = 184,55 in digunakan I-beam 8 in



(Brownell and Young, App. G, item 2)



dimensi I-beam : kedalaman f beam (h)



= 5 in



Lebar flange (b)



= 3,2840 in



Web thickness



= 0,4940 in



Ketebalan rata-rata flange



= 0,3260 in



Area of section (A)



= 4,2900 in2



Berat/ft



= 14,750 lb/ft



Peletakan dengan beban eksetrik (axis 1-1) :



I = 15 in4



F-28



S = 6 in3 r = 1,8 in Peletakan tanpa beban eksetrik (axis 2-2)



I = 1,7 in4 S = 1 in3 r = 0,63 in



Cek terhadap peletakan sumbu axis 1-1 maupun axis 2-2 .



Axis 1-1 l/r = 102,5258 in (l/r < 120, memenuhi)



(Brownell and Young, 1959, p.201)



Stress kompressif yang diizinkan (fc): (fc)



=



18.000 1  (l /18.000 . r 2 ) 2



= 14.759,484 lb/in2 ( 120, tidak memenuhi) (Brownell and Young, 1959, p.201) Leg Planning P = 952,476 lb Each support have 4 bolt Pbolt = P/nb = 238,119 lb



F-30



Abolt =



Pbolt f bolt



(Pers.10.35, Brownell and Young1959)



Where : fbolt = stress maksimum yang dapat ditahan setiap baut = 12,000 psi Abolt = 0,0198 in2 Digunakan baut thread standar dengan diameter = 1 in (Brownell and Young, 1959, table. 10.4) Ketebalan plat horizontal 6 My



tbp =



My=



(Pers.10.41, Brownell and Young, 1959)



f allow 3 t 2 P b R 2 12(1   2 ) A h



β =4







31  2 R2 t2



(Pers. 13.2, MV, Joshi)







dengan : tbp



= tebal horizontal plat, in



My



= bending momen maksimum sepanjang sumbu radial, in-lb



t



= tebal shell



= 0,1875 in



fallow



= Stress yang diizinkan



= 12.000 psi



R



= jari-jari shell



= 29,971 in



P



ΣW = 952,476 lb n



b



= jarak dari bagian tengah shell ke tengah kolom = 9 in



A



= panjang kompresi plate digunakan, = kedalaman beam + 1 in = 10 in



h



= height of gusset = 12 in



μ



= poisson’ratio (for steel μ = 0,3)



F-31



β



= 0,625 /in2



My



= 295,138 lb.in



fallow



= stress yang diizinkan untuk (23.938 psi)



tbp



= 0,272 in. Digunakan plat standar dengan ketebalan 5/16 in



 Ketebalan vertikal plate (tg) = 3/8 x thp = 0,1172 in diambil 1/4 in. Base Plate Planning digunakan I- beam dengan ukuran 8 in Length of leg (l) = 194,252 in = 16,187 ft Sehingga berat satu leg = (l) x 14,75 = 238,768 lb Beban base plate (Pb) = berat 1 leg + P = 1.191,245 lb Base plate area (Abp) = Pb/f Dengan: Pb



= base plate loading



f



= kapasitas bearing (untuk cor, f = 1200 psi) (Brownell and Young, 1959, table. 10.1)



Abp



= 0,993 in2 (= Abp min)



Untuk posisi lug 1-1 Abp



= lebar (l) x panjang (p) = (0,8 b + 2n)(0,95 h + 2m)



asumsi awal m = n dengan :



F-32



b



= lebar flange



= 4,171 in



h



= kedalaman beam



= 8 in



Abp = 0,993 m = n = 1,251 maka, l = (0,8 x 4,171) +( 2 x 1,25)



= 5,8394



p = (0,95 x 8) +( 2 x 1,25)



= 10,1026



umumnya dibuat p = 6, maka dibuat p l = 6 in Abp,baru



= 36 in2



nbaru



= 1,1336 in



mbaru



= 1,25 in



tebal base plate: tbp



= (0,00015 x p x n2)1/2



dengan : p



= tekanan aktual p = P/ Abp,baru = 26,457 psi



tbp



= 0,0839 in. Digunakan plat standar 3/16 in



11. Vibrasi Perioda dari vibrasi pada vessel harus dibatasi, karena vibrasi yang berlangsung dalam perioda yang cukup lama akan menimbulkan suatu kerusakan pada vessel. Perioda vibrasi yang terjadi saat operasi (T) adalah :  H  w D   T  2.65  10 5    D  t  Keterangan :



1



2



(Pers. 9.68, Brownell and Young, 1959)



F-33



D = OD menara



= 61 in = 5,08 ft



H = Tinggi vessel temasuk penyangga



= 16,187 ft



w = Berat vessel (lb/ft tinggi)



= 253,358 lb/ft



t = Ketebalan shell (in)



= 0,1875 in



Maka : T = 0,0067 detik Berdasarkan Tabel 9.3 (Brownell and Young, 1959) untuk periode vibrasi kurang dari 0,4 detik diperoleh C = 0,2 Sedangkan periode maksimum vibrasi dirumuskan dengan Megyesy (1983) yaitu : WH Ta  0,80  Vg



(Megyesy, 1983 : 60)



Keterangan : V : total shear = V = CW = 761,981 lb g : percepatan gravitasi = 32,2 ft/s2 Maka : Ta = 1,268 detik Keterangan : T : periode vibrasi yang terjadi pada saat operasi (detik) Ta : periode maksimum vibrasi yang diijinkan (detik) T < Ta (memenuhi periode vibrasi diijinkan)



12. Desain Anchor Bolt Vessel harus merekat erat pada concrete fondation, beam dengan anchor bolt. Jumlah anchor bolt harus 4 atau kelipatannya untuk setiap vertikal vessel, pada vessel yang tinggi sebaiknya menggunakan 8 buah anchor bolt atau tergantung



F-34



pada besarnya diameter vessel. Agar merekat kuat pada concrete fondation, anchor bolt sebaiknya tidak dipasang terlampau dekat, yakni tidak kurang dari 18 in (Megyesy, 1983). Diameter tempat bolt-bolt dipasang diasumsikan sebesar = 30 in • As = Area di dalam lingkaran bolt = 706,5 in2 • CB = Circumference pada lingkaran bolt = 94,2 in2 • Menentukan area bolt = B4 



T .C B S B .N



Karena tidak ada pengaruh angin, maka T diabaikan. Keterangan : SB = Maximum allowable stress value dari material bolt, SA 193 Grade B6 = 19.300 psi N = jumlah dari anchor bolts = 4 buah Area bolt yang diperlukan = 8.10-6 Dipakai bolt ukuran 1/2 in dengan area seluas = 0,1260 in 2



13. Beban Karena Gempa Magnitud akibat tekanan gempa merupakan hasil dari berat vessel dan koefisien seismic (C) yang merupakan fungsi dari vibrasi. • Momen karena gempa 4 C w X 2 3H  X  Msx = H2 Keterangan : Msx = Moment bending, in-lb



F-35



C = 0,2 s



( Tabel 9.3, Brownell & Young, 1959, untuk zona 3 dan t  0,4 s)



X = H = Tinggi menara total W = Berat menara



= 16,187 ft = 3.809,906 lb



Msx = 98.677, 751 in.lb • Stress karena gempa, fsx fsx =



M sx  r t s  c) 



(Brownell and Young, 1959, pers. 9.72)



2



Keterangan : r = jari-jari menara (in)



= 29,971in



ts = tebal shell (in)



= 0,1875 in



c = faktor korosi (in)



= 0,1250 in



Maka : fsx = 559,762 psi



14. Perancangan Pondasi Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi pondasi beton terdiri dari campuran : semen : kerikil : pasir, dengan perbandingan 1 : 2 : 3. Direncanakan pondasi berbentuk limas terpancung, dianggap hanya gaya vertikal dari berat kolom yang bekerja pada pondasi. Asumsi tanah pondasi adalah clay dengan safe bearing maksimal = 10 ton/ft2 (Tabel 12,2 Hess & Rushton). Pondasi dibuat dari beton dengan specific gravity = 2,65 dan densitas = 140 lb/ft3 (Dirjen Bina Marga DPU & Tenaker).



F-36



Maka :



a. Berat menara (termasuk perlengkapannya) : Berat mati adsorber pada kondisi operasi = 3.809,906 lb Material skirt



= Carbon Steel SA-30



Densitas material



= 0,2790 lb/in3 = 482,1120 lb/ft3



(Appendiks D



Item 3, Brownell & Young, 1959 : 341) Berat penyangga yang diterima oleh base plate (Pb) = 803,982 lb Jadi berat total yang diterima pondasi adalah = 4.613,888 lb b. Digunakan tanah dengan : = (2,5 m x 2,5 m) = 9.687,4609 in2



Luas bagian atas (a)



= (3 m x 3 m) = 13.949,9438 in2



Luas bagian bawah (b) Tinggi pondasi



= 30 in



c. Volume pondasi (V) = (1/3) × tinggi pondasi × ((a + b) + (a ×b)1/2) = 352.623,5782 in3 = 204,0646 ft3 d. Berat pondasi (W) = V × densitas beton = 28.569,0397 lb e. Jadi berat total yang diterima tanah adalah = berat total yang diterima pondasi + berat pondasi = 33.182,928 lb f. Tegangan tanah karena beban (τ) = P/F < 10 ton Keterangan : P



= beban yang diterima tanah (lb) = 33.182,928 lb



F



= luas alas (ft2) = 96,8746 ft2



F-37



P/F



= 342,535 lb/ft2 = 0,155 ton/ft2



(memenuhi)



Pondasi dapat dipasang pada tanah clay, karena tegangan tanah karena beban (τ) kurang dari safe bearing maksimal pada tanah clay.



15. Regenerasi Resin  Kebutuhan Regeneran Regeneran yang digunakan adalah asam sulfat konsentrasi 4% vol. Kapasitas regeneran = 6,875 lb regeneran/ft³ resin (Perry's, ed.7th, 1997, Tabel. 16-19, hal. 16-66)



Kebutuhan resin = 461,796 lb metakrilat/46,822 lb/ft3 = 9,863 ft3 Kebutuhan teoritis = Kapasitas regeneran × Kebutuhan resin = 6,875



lb regeneran x 13,773ft3’ ft 3 re sin



= 94,689 lb regeneran



Over design = 10 % Kebutuhan = 1,1 x 94,689 lb regeneran = 104,158 lb regeneran Densitas regeneran = 1.021,6 kg/m3 = 8,530 lb/gal (Perry’s, 3ed., 1950, Tabel. 122, hal.184) Jadi volume regeneran = 12,211 gal = 1,940 m3



F-38



 Waktu Regenerasi Flowrate regenerasi = 5 gpm/ft² (Perry’s, ed.7th, 1999, Tabel 16-19, hal.16-66) Waktu pencucian selama 10 menit Flowrate air pencuci = 5 gpm/ft² Waktu regenerasi =



(Powell, 1954, hal. 59)



Volumeregeneran Flowrate Luas re sin = 0,756 menit



Waktu pembilasan selama 5 menit Total waktu = waktu pencucian + waktu regenerasi + waktu pembilasan = 10 + 0,756 + 5 = 15,756 menit Jumlah air pencuci dan pembilas, Vwb yaitu: Vbw



= (tpencucian + tpembilasan ) × Flowrate regenerasi × Luas resin



= (10+5) menit x 5 gpm/ft² x 40ft2 = 3000 gal