Tugas Khusus PT Indo Acidatama (Redesain Jaket Pendingin) [PDF]

Citation preview

LAPORAN TUGAS KHUSUS



REDESIGN JAKET PENDINGIN PADA SEED FERMENTOR DI UNIT FERMENTASI PT. INDO ACIDATAMA



Disusun oleh: Arif Thoha Bariklana



21030114120067



Muhammad Teguh Zuliansah



21030113120044



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2018



LAPORAN TUGAS KHUSUS



REDESIGN JAKET PENDINGIN PADA SEED FERMENTOR DI UNIT FERMENTASI PT. INDO ACIDATAMA



Disusun oleh: Arif Thoha Bariklana



21030114120067



Muhammad Teguh Zuliansah



21030113120044



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2018 i



Lembar Pengesahan LAPORAN TUGAS KHUSUS



UNIVERSITAS DIPONEGORO FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA



Nama



: Arif Thoha Bariklana / Muhammad Teguh Zuliansah



NIM



: 21030114120067 / 21030113120044



Judul



: Redesign Jaket Pendingin pada Seed Fermentor di Unit Fermentasi PT. Indo Acidatama, Tbk



Semarang,



November 2018



Menyetujui, Pembimbing Lapangan



A. Aristya Hendro P,S.T.



Dosen Pembimbing



Ir.Kristinah Haryanti , MT. 196402141991022002



ii



PRAKATA



Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmatNya kami dapat melaksanakan kerja praktek dan menyelesaikan laporan tugas khusus kerja praktek ini dengan baik. Laporan ini berjudul Redesign Jaket Pendingin pada Seed Fermentor di Unit Fermentasi PT. Indo Acidatama, Tbk Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak maka pelaksanaan kerja praktek dan penyusunan laporan tugas khusus kerja praktek ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada : 1.



Dr. Siswo Sumardiono, S.T.,M.T. sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia.



2.



Ir.Kristinah Haryanti , MT sebagai dosen pembimbing kerja praktek.



3.



Bapak A. Aristya Hendro P,S.T. selaku pembimbing lapangan PT Indo Acidatama dan Bapak Sriyono yang telah membimbing kami selama belajar di unit fermentasi.



4.



Segenap karyawan di Control Room dan Operator lapangan yang bertugas, yang telah memberikan pengalaman dan pengetahuan di PT Indo Acidatama



5.



Segenap karyawan PT Indo Acidatama yang telah memberikan bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung.



6.



Orang tua dan keluarga kami atas semua dukungan dan untaian doa yang telah diberikan selama ini. Demikian laporan tugas khusus kerja praktek ini saya susun, semoga dapat



bermanfaat bagi berbagai pihak khususnya bagi perkembangan ilmu pengetahuan di Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Tentu ada kekurangan dalam tata penulisan. Oleh karena itu, kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan.



Karanganyar,



November 2018



Penyusun



iii



DAFTAR ISI



Halaman Judul .................................................................................................



i



Halaman Pengesahan ......................................................................................



ii



Prakata



.........................................................................................................



iii



Daftar Isi .........................................................................................................



iv



Daftar Tabel ....................................................................................................



v



Daftar Gambar .................................................................................................



vi



Abstrak



.........................................................................................................



vii



BAB I



PENDAHULUAN ...........................................................................



1



1.1 Latar Belakang..........................................................................



1



1.2 Rumusan Masalah ...................................................................



1



1.3 Tujuan .......................................................................................



2



1.4 Manfaat ....................................................................................



2



TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................



3



2.1 Perpindahan Panas ...................................................................



3



2.2 Alat Penukar Panas ..................................................................



3



2.3 Beda Temperatur Rata-rata Logaritma (LMTD) .....................



5



BAB III METODOLOGI ..............................................................................



7



3.1 Pengumpulan Data ...................................................................



7



3.2 Metode Pengolahan Data .........................................................



8



BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ..........................



10



4.1 Hasil Perhitungan ....................................................................



10



4.2 Pembahasan .............................................................................



17



PENUTUP .......................................................................................



19



5.1 Simpulan ..................................................................................



19



5.2 Saran ........................................................................................



19



DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................



20



BAB II



BAB V



iv



DAFTAR TABEL



Tabel 4.1 Perbandingan hasil perhitungan dengan kondisi aktual ..................



17



v



DAFTAR GAMBAR



Gambar 4.1 Dimensional relationships for flanged and dished deads ............



15



vi



ABSTRAK



Merancang suatu alat proses merupakan hal yang penting, perancangan ditekankan pada dimensi suatu alat, metoda pembuatan dan pemilihan bahan konstruksi yang digunakan. Unit Fermentasi merupakan salah satu unit proses dimana molasses digunakan sebagai bahan baku utama dan difermentasikan menjadi mash. Dalam unit ini, jaket pendingin yang melengkapi seed fermenter sangat penting karena suhu operasi hanya dapat berlangsung pada suhu 31-32 oC. Tujuan dari tugas khusus ini adalah untuk mendesain ulang jaket pendingin pada seed fermenter secara teoritis untuk mengetahui tipe fermenter, bahan konstruksi, ukuran dimensi pada seed fermenter, dan luas perpindahan panas yang terjadi pada fermenter. Data data yang digunakan dalam perancangan berasal dari data primer (data yang didapat dari lapangan) dan data sekunder (data dari literatur). Tahapan perancangan seed fermenter dengan jaket pendingin yaitu memlih tipe reaktor, bahan konstruksi, menghitung volum, diameter, tinggi tangki,dan tinggi cairan, menentukan tekanan desain bejana, dan menghitung luas perpindahan panas. Dari hasil perhitungan didapatkan bahwa nilai diameter dalam tangki sebesar 1.21 m, tebal shell 4.8 mm, tinggi tangki 2.42 m,tinggicairan 1.85 m, volume tangki 2.65 m3, dan luas perpindahan panas sebesar 8.1597 m2. Perbedaan ukuran dimensi antara hasil perhitungan dan kondisi aktual dikarenakan asumsi dan referensi yang digunakan berbeda, sebagai contoh dalam perancangan menggunakan referensi dimensi standard dari Lukes Steel Company. Selain itu, perbedaan ukuran dimensi ini juga menyebabkan luas perpindahan panas nya pun berbeda, karena A = f(Dj,hc).



vii



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Merancang suatu alat proses merupakan hal yang penting dalam perancangan pabrik kimia, perancangan ditekankan pada dimensi suatu alat, metoda pembuatan dan pemilihan bahan konstruksi yang digunakan. Dalam merancang alat proses diperlukan sejumlah data, data perancangan ini dapat diperoleh dari pabrik yang akan didesain kembali alat prosesnya. Namun tidak semua data yang dibutuhkan tersedia dari pabrik tersebut, sehingga diperlukan adanya pendekatan dan asumsi untuk melakukan perhitungan teoritis perancangan sehingga persoalan dapat terselesaikan. Unit Fermentasi (Area 200) merupakan salah satu unit proses yang berada di lingkunagn PT.Indo Acidatama Tbk. Pada unit Area 200 ini, tetes tebu atau molasses sebagai bahan baku utama difermentasikan menjadi mash. Proses



fermentasi



berlangsung di



dalam



tangki



fermenter



dengan



menggunakan yeast dan penambahan nutrient. Proses pada unit fermentasi ini berlangsung dalam tiga alat utama, yaitu seed fermenter, pre fermenter, dan main fermenter. Masing-masing memiliki fungsinya sendiri, seed fermenter berfungsi sebagai media pembibitan yeast. Alat ini berupa tangki fermenter yang dilengkapi dengan jaket pendingin. Dalam unit ini, jaket pendingin yang melengkapi seed fermenter sangat penting. Hal ini karena proses pembibitan yeast hanya dapat berlangsung pada suhu tertentu, yaitu pada suhu 31-32 oC. Oleh karena itu, perhitungan perancangan jaket pendingin pada seed fermenter ini dibutuhkan oleh unit fermentasi PT. Indo Acidatama Tbk.



1.2 Rumusan Masalah Seed fermenter pada unit fermentasi dilengkapi jaket pendingin dengan media pendingin berupa air pendingin dari cooling tower. Jaket pendingin ini berfungsi menjaga suhu operasi pada seed fermenter dimana



1



reaksi bersifat eksotermis (menghasilkan panas). Suhu operasi dijaga pada range suhu 31-32 oC. Apabila suhu operasi kurang dari 30 oC maka yeast tersebut tidak dapat berkembang biak, dan apabila suhu operasi lebih dari 33 o



C maka yeast tersebut akan mati. Sehingga dirasa penting untuk melakukan



perancangan jaket pendingin pada seed fermenter agar efisien dalam menjaga suhu operasi pada saat pembibitan yeast di seed fermenter.



1.3 Tujuan Tujuan dari tugas khusus ini adalah untuk mendesain ulang jaket pendingin pada seed fermenter secara teoritis untuk mengetahui tipe fermenter, bahan konstruksi, ukuran dimensi pada seed fermenter, dan luas perpindahan panas yang terjadi pada fermenter.



1.4 Manfaat Manfaat yang dapat diperoleh dari tugas khusus ini adalah : 1. Bagi pihak Pabrik Untuk mengetahui luas perpindahan panas dan ukuran dimensi pada seed fermenter sehingga dapat dilakukan evaluasi pada jaket pendingin di seed fermenter 2. Bagi pihak Mahasiswa Untuk mengetahui tipe fermenter, bahan konstruksi, ukuran dimensi pada seed fermenter, dan luas perpindahan panas yang terjadi pada fermenter.



2



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah proses pertukaran panas yang terjadi antara benda panas dan benda dingin, yang masing – masing disebut source and receiver (sumber dan penerima). Ada 3 macam cara perpindahan panas yaitu 1. Hantaran, sering juga dinamakan konduksi 2. Aliran, sering juga disebut konveksi. 3. Pancaran, sering juga disebut radiasi. Perpindahan panas konduksi adalah mekanisme perpindahan panas yang terjadi dengan suatu aliran atau rambatan proses dari suatu benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah atau dari suatu benda ke benda lain dengan kontak langsung, dengan kata lain proses perpindahan panas secara molekuler dengan perantara molekul-molekul yang bergerak. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada zat padat, cair, atau gas. Perpindahan panas konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang terjadi dari suatu benda ke benda yang lain dengan perantara benda itu sendiri. Perpindahan panas konveksi ada 2 macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Konveksi alami adalah perpindahan molekul-molekul didalam zat yang dipanaskan karena adanya perbedaan density, Konveksi paksaan yaitu perpindahan panas konveksi yang berlangsung dengan bantuan tenaga lain. Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Apabila sejumlah energi kalor menimpa suatu permukaan, sebagian akan dipantulkan, sebagian akan diserap ke dalam bahan, dan sebagian akan menembus bahan dan terus keluar.



2.2 Alat Penukar Panas Alat penukar kalor adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin.



3



Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Perpindahan panas pada alat penukar kalor biasanya melibatkan konveksi masing-masing fluida dan konduksi sepanjang dinding yang memisahkan kedua fluida. Laju perpindahan panas antara kedua fluida pada alat penukar kalor bergantung pada besarnya perbedaan temperatur pada lokasi tersebut, dimana bervariasi sepanjang alat penukar kalor. Berdasarkan kontak dengan fluida, alat penukar kalor tersebut dapat dibedakan menjadi dua macam, antara lain : a. Alat penukar kalor kontak langsung Pada alat ini fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan. Salah satu contohnya adalah deaerator. b. Alat penukar kalor kontak tak langsung Pada alat ini fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara, seperti pipa, plat, atau peralatan jenis lainnya. Salah satu contohnya adalah kondensor. Berdasarkan tipe aliran di dalam alat penukar panas ini, ada 4 macam aliran yaitu : 1. Counter current flow (aliran berlawanan arah) 2. Paralel flow/co current flow (aliran searah) 3. Cross flow (aliran silang) 4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan) Selain berdasarkan tipe aliran, alat penukar kalor ini juga memiliki 4 jenis antara lain : 1) Tubular Heat Exchanger 2) Plate Heat Exchanger



4



3) Shell and Tube Heat Exchanger 4) Jacketed Vessel



2.3 Beda Temperatur Rata-rata Logaritma (LMTD) Faktor perhitungan pada alat penukar kalor adalah masalah perpindahan panasnya. Apabila panas yang dilepaskan besarnya sama dengan Q peratuan waktu, maka panas itu diterima fluida yang dingin sebesar Q tersebut dengan persamaaan : Q = U . A . Δ Tlm



Dimana Q = Kalor yang dilepaskan/diterima U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh A = Luas perpindahan panas Δ Tlm = Selisih temperatur rata-rata



Sebelum menentukan luas permukaan kalor (A), maka terlebih dahulu ditentukan nilai dari LMTD. Hal ini berdasarkan selisih temperature dari fluida uang masuk dan keluar dari kalor. LMTD =



∆T max − ∆Tmin ln



∆Tmax ∆Tmin



Untuk aliran pararel arah aliran fluida berbeda, dimana ΔTmaks = ( T1 – t1 ) : ΔTmin = ( T2 – t2 ) Untuk aliran fluida berlawanan, maka : ΔTmaks = ( T1 – t2 ) : ΔTmin = ( T2 – t1 )



Dimana : LMTD = Selisih temperature rata-rata logaritmik T1 = Temperatur fluida masuk kedalam shell T2 = Temperatur fluida keluar shell t1 = Temperatur fluida masuk kedalam tube



5



t2 = Tempereatur fluida keluar tube Dalam perencanaan alat penukar kalor harus dicari selisih temperature rata-rata sebenarnya, yaitu dengan menggunakan faktor koreksi (Ft).



6



BAB III METODOLOGI



3.1 Pengumpulan Data Data dan keterangan yang diperoleh dan digunakan untuk perhitungan dalam penyusunan laporan tugas khusus kerja praktek ini menggunakan beberapa cara, yaitu : 1. Data Primer Data ini merupakan data lapangan yang diperoleh dengan melakukan pengukuran, pengamatan, dan mencatat secara langsung besaran operasi yang diamati baik pada ruang control maupun laboratorium di PT. Indo Acidatama Tbk. Berikut data primer yang diperoleh: 



Bahan baku utama







Komposisi umpan







: Mollases dan Air proses



o Mollases



: 0.5 m3



o Air proses



: 1.7 m3



o Nutrient



: 0.01 m3



o Inokulum



: 0.016 m3



Mollases o Kekentalan umpan : 18 oBrix







Kondisi operasi o Suhu operasi



: 32 oC



o Tekanan operasi



: 1 atm



o Waktu inokulasi



: 14 jam



o Sterilisasi tangki



: 100 – 101 oC



o Sterilisasi media



: 99 – 100 oC



2. Data Sekunder Data ini merupakan data yang dperoleh dari literatur-literatur yang ada.  Mollases (32 oC) o Densitas 18 oBrix



: 1068.2 kg/m3 = 66.6855 lb/ft3



o Densitas 35 oBrix



: 1146.6 kg/m3



7



o Viskositas 18 oBrix



: 1.319 cp = 3.19198 lb/ft hr (www.sugartech.com)



o Thermal Conductivity : 0.281 btu/hr ft2 (oF/hr) o Specific heat ( c )



: 1 btu / lb oF (Kern, 1983)



3.2 Metode Pengolahan Data Tahap 1 Memilih tipe fermenter Tahap 2 Memilih bahan konstruksi fermenter Tahap 3 Menghitung volume, diameter, dan tinggi tangki (hitung) 



Vcairan hitung







Volume tangki hitung







Diameter dalam hitung







Tinggi tangki hitung



Tahap 4 Menghitung tinggi cairan dalam tangki (hitung) Tahap 5 Menentukan tekanan desain bejana  P hidrostatik (internal)  P total  P desain Tahap 6 Menentukan tebal tangki, diameter, tinggi tangki, tinggi cairan, dan tebal head sebenarnya  Tebal shell  Tebal shell standard  Diameter luar (OD)  Diameter luar (OD) standard  Diameter dalam (ID)  Tinggi tangki sebenarnya  Tinggi cairan sebenarnya  Tebal torispherical head  Tebal head standard



8



Tahap 7 Menghitung tinggi tutup fermenter 



Tinggi tutup atas







Tinggi total tangki



Tahap 8 Menghitung luas perpindahan panas pada jaket fermenter 



Bilangan reynold







Nilai j, hi, hio, Uc, hd, Ud







Nilai A







Kebutuhan Q pendingin



9



BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN



4.1 Hasil Perhitungan Tahap 1 Memilih tipe fermenter Dalam rancangan ini, digunakan tangki yang dilengkapi dengan jaket pendingin dan system aerasi dengan pertimbangan : 



Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi fasa cair







Dengan aerasi pengaturan suhu lebih mudah







Proses eksotermis (membutuhkan pendingin)







Proses batch (Ulrich, 1984)



Tahap 2 Memilih bahan konstruksi fermenter Digunakan bahan konstruksi yang terbuat dari stainless stell dengan spesifikasi tipe 304 grade 3 (SA-167) dengan pertimbangan : 



Bahan tahan korosi







Allowable working stress yang cukup besar hingga 18750 psi, sehingga untuk kapasitas yang sama memiliki ketebalan yang lebih tipis (Brownell and Young, 1959)



Tahap 3 Menghitung volume, diameter, dan tinggi tangki (hitung) Perencanaan : a) Volume ruang kosong pada tangki adalah 20% (Volume cairan yang mengisi bejana adalah 80%) untuk menghindari luapan cairan keluar reaktor. b) Hs (tinggi tangki) = 2 x D (Diameter tangki), dengan asumsi : 



Biaya tanah, instalasi, dan fondasi diabaikan







Tebal shell hampir sama dengan tebal kolom (Brownell and Young, 1959)



10



 Vcairan hitung Densitas molasses umpan = 1146.6 kg/m3 Densitas larutan 18 oBrix = 1068.2 kg/m3 = 995.09 kg/m3



Densitas air proses



(www.sugartech.com) Volume molasses umpan = 0.5 m3 Volume air proses umpan = 1.7 m3 Volume cairan =



(𝜌 𝑚 𝑥 𝑉 𝑚) + (𝜌 𝑎 𝑥 𝑉 𝑎) 𝜌 𝑙𝑎𝑟𝑡



Volume cairan = 2.12034 m3  Volume tangki hitung Volume cairan = 80% x Volume tangki Volume tangki =



2.12034 0.8



m3



Volume tangki = 2.65043 m3  Diameter dalam hitung Volume tangki = V tutup atas + V tutup bawah + V shell V tutup atas = V tutup bawah = 0.000049 D3



 pers 5-11 hal 88



(Brownell and Young, 1959) 1



V shell = 4 x (𝜋 x D2 x Hs) Asumsi, Hs = 2D 1



V shell = 4 x (𝜋 x D2 x 2 D) V shell = 1.57 D3 Sehingga didapat V tangki



= V tutup atas + V tutup bawah + V shell



2.65043 m3 = 0.000049 D3 + 0.000049 D3 + 1.57 D3 D = 1.19068 m D = 46.87733 in = 3.90644 ft  Tinggi tangki hitung Hs = 2 D 11



Hs = 2 x 1.19068 m Hs = 2.38137 m = 93.755 in = 7.813 ft



Tahap 4 Menghitung tinggi cairan dalam tangki (hitung)  Vol cairan = V cairan pd tutup bawah + V cairan dlm silinder 1



2.12034 m3 = 0.000049 D3 + 4 x (𝜋 x D2 x Hc) 1



2.12034 m3 = 0.000049 (1.19068 )3 + 4 x [3.14 x (1.19068 )2 x Hc] Hc = 1.90514 m = 75.00549 in = 6.25046 ft



Tahap 5 Menentukan tekanan desain bejana  P operasi = 14.7 psi  Densitas lart = 66.6855 lb/ft3  Hc = 6.25046  P hidrostatik (internal) =



ρ lart x (Hc−1) 144



= 2.43145 psi  P total = P hidrostatik + P operasi = 2.43145 psi + 14.7 psi = 17.13145 psi  P desain = 1.1 x P total (faktor keamanan 10%) = 1.1 x 17.13145 psi = 18.84446 psi



Tahap 6 Menentukan tebal tangki, diameter, tinggi tangki, tinggi cairan, dan tebal head sebenarnya Digunakan bahan konstruksi yang terbuat dari stainless steel dengan spesifikasi type 304, grade 3 (SA-167), dengan :  Flowable (f) = 18750 psi  Factor korosi ( c ) = 0.125 in  P = 18.8446 psi  D = 46.87733 in  Sambungan untuk pengelasan dipilih tipe double welded but joint



12



 Efisiensi las ( E ) = 0.8  Tebal shell Ts =



(P x D) +c 2xfxE



Ts = 0.15444 in  Tebal shell standard = 3/16 in = 0.1875 in



 Tabel 5-7 hal 89



(Brownell and Young, 1959)  Diameter luar (OD) Check : OD = ID + 2 Ts = 46.87733 in + (2 x 0.1875 in) OD = 47.25233 in  Diameter luar (OD) standard = 48 in = 3.999 ft = 1.2192 m Tabel 5.7 hal 90 (Brownell and Young, 1959)  Diameter dalam (ID) Sehingga koreksi terhadap Id menjadi : ID = OD – 2 Ts = 48 in – (2 x 0.1875 in) = 47.625 in = 1.29097 m = 3.96875 ft  Tinggi tangki sebenarnya Tinggi bagian silinder tangki = 2 x ID Hs = 2 x 47.625 in = 95.25 in = 2.41935 m = 7.9375 ft  Tinggi cairan sebenarnya Vcairan = 2.120345 m3 D = 1.2192 m Mencari tinggi cairan dalam tangki sebenarnya (ID) sebenarnya : 13



Vol cairan



= V cairan pd tutup bawah + V cairan dlm silinder 1



2.120345 m3 = 0.000049 D3 + 4 x (𝜋 x D2 x Hc) 1



2.120345 m3 = 0.000049 (1.2192 m)3 + 4 x (3.14x (1.2192 m )2 x Hc) Hc = 1.84579 m = 72.66881 in = 6.05573 ft Tutup atas dan bawah berupa standard dished head



rc = ID = 47.625 in r = 180 in ri = 6% rc = 2.8575 in  Tebal torispherical head 1



𝑟



W = 4 (3 + √𝑟𝑖)



(Brownell and Young, 1959)



= 2.73419



Sehingga dapat dihitung tebal torispherical head Th =



W x P x rc f x E−0.1P



(Brownell and Young, 1959)



Th = 0.1636115 in  Tebal head standard = 3/16 in = 0.1875 in  Tabel 5.6 hal 97 (Brownell and Young, 1959)



Tahap 7 Menghitung tinggi tutup fermenter Diketahui : ID = 47.625 in Th = 0.1875 in icr = 3 in



 Tabel 5.7 hal 90 Brownell and young



sf = 2 in



 Tabel 5.6 hal 88 Brownell and young



r



= 48 in



14



Gambar 4.1 Dimensional relationships for flanged and dished deads Sumber : Brownell and young



AB =



ID 2



− icr



= 20.8125 in BC = r – icr = 45 in b = r – (BC2 – AB2)0.5 = 8.10213 in



Tinggi tutup atas = tutup bawah (OA) = t + b + sf = 10.28963 in



Tinggi total tangki = tinggi silinder + (2x tinggi tutup) = 95.25 in + (2 x 10.289 in) = 115.82926 in = 9.6524 ft = 3.2808 m



Tahap 8 Menghitung luas perpindahan panas pada jaket fermenter  qf = 1100 m3/jam = 0.30556 m 3/s  A = 0.25 x 3.14 x (0.1)2 = 0.00785 m2



15



 Kecepatan alir (v) =



qf A



= 38.9243 m/s



 Densitas larutan = 1068.2 kg/m3  Viskositas larutan = 1.319 cp = 3.19198 lb/ftjam  Diameter = ID = 1.209675 m =3.968749 ft  OD = 3.9999 ft  c = 1 btu/(lb)(oF)  k = 0.281 btu/(hr)(ft2)(oF/ft)



 Bilangan reynold =



ρ lart x D x v μ lart



= 38132.65208 Dari gambar 20.2 hal 718 Kern, didapat  Nilai j = 410 cμ 1/3



 ( ) k



(Kern, 1983)



= 2.247939 μ



 Asumsi,



μw



=1



 Nilai hi  hi = j



cμ 1/3



k



( ) Dj k



μ



0.14



(μw)



hi = 65.25611  Nilai hio hio = hi x



ID OD



hio = 64.74629  Nilai Uc, hd, Ud Uc =



hi x hio hi+hio



= 32.500



Dirt factor yang diijinkan adalah Rd = 0.001 hd =



1 𝑅𝑑



= 1000



16



UD =



Uc x hd Uc+hd



= 31.47709



 Nilai A A = π x Dj x hc +



π 4



x Dj2



A = (3.14 x 3.9687 ft x 6.0557 ft) + (



3.14 4



x (3.9687 ft)2 )



A = 87.8302 ft2 = 8.159699 m2  Kebutuhan Q pendingin ΔTlmtd = 2.228949 Q = Ud x A x ΔTlmtd Q = 6162.245051 btu/jam air pendingin



4.2 Pembahasan Berdasarkan perhitungan dan data di PT. Indo Acidatama Tbk., didapatkan hasil perbandingan sebagai berikut



Tabel 4.1 Perbandingan hasil perhitungan dengan kondisi aktual Hasil perhitungan



Kondisi Aktual



Diameter dalam tangki



1.21 m



1.3 m



Tebal shell



4.8 mm



4 mm



Tinggi tangki



2.42 m



2m



Tinggi cairan dalam tangki



1.85 m



1.6 m



Volume tangki



2.65 m3



2.65 m3



8.1597 m2



7.8497 m2



Luas perpindahan panas



Bahan seed fermenter yang digunakan di PT. Indo Acidatama Tbk adalah jenis stainless steel. Bila dilihat dari hasil perhitungan, volume tangki hasil perhitungan dengan volume tangki aktual didapatkan dengan nilai yang sama, yaitu 2.65 m3. Namun memiliki nilai diameter dalam, tinggi tangki,



17



tinggi cairan, tebal shell, dan luas perpindahan panas yang sedikit berbeda. Hal ini bisa terjadi karena beberapa faktor : a. Hasil perhitungan merupakan asumsi dimana Hs (tinggi tangki) = 2 x D tangki ((Brownell and Young, 1959). b. Hasil perhitungan menggunakan referensi dimensi standard dari Lukes Steel Company. Sedangkan hasil aktual tidak menggunakan dimensi standard dari Lukes Steel Company. c. Nilai luas perpindahan panas antara hasil perhitungan dan kondisi aktual yang berbeda karena dari ukuran dimensi fermenter yang digunakan pun berbeda (Nilai Dj dan hc hasil perhitungan dan kondisi aktual berbeda). Luas perpindahan panas (A) = f (Dj,hc). d. Faktor koreksi dan keamanan pada perancangan suatu alat operasi, tidak dapat dipungkiri bahwa kesalahan manusia (human error) dapat terjadi. Oleh karena itu diperlukan suatu faktor koreksi untuk antisipasi kesalahan tersebut dan juga untuk keamanan. Bila ditinjau dari kondisi aktual dan hasil perhitungan, dapat dihitung faktor koreksinya, yaitu kondisi aktual



Faktor koreksi = |1 − hasil perhitungan| x 100% 7.8497



= |1 − 8.1597 | x 100% = 3.7991 % Dari hasil perhitungan di atas, nilai yang didapat masih dapat diterima.



18



BAB V PENUTUP



5.1 Simpulan Dilihat dari hasil perhitungan perancangan seed fermenter dengan jaket pendingin dan sistem aerasi, maka dapat diketahui dimensi ukuran seed fermenter yang dilengkapi dengan jaket pendingin dan luas perpindahan panas yang terjadi. Dimensi ukuran seed fermenter hasil perhitungan meliputi, diameter dalam sebesar 1.21 m, tebal shell sebesar 4.8 mm, tinggi tangki 2.42 m, dan tinggi cairan dalam fermenter sebesar 1.85 m, juga didapatkan luas perpindahan panas sebesar 8.1597 m2. Perbedaan ukuran dimensi hasil perhitungan ini dikarenakan beberapa faktor, salah satunya karena asumsi dan referensi yang digunakan berbeda dalam perancangan. Dalam perancangan hasil perhitungan menggunakan referensi dimensi standard dari Lukes Steel Company. Karena dimensi ukuran seed fermenter yang berbeda maka didapatkan hasil luas perpindahan panas yang berbeda pula, dimana A=f(Dj,hc).



5.2 Saran Dalam perancangan suatu unit operasi, diharapkan memperhatikan lagi faktor-faktor yang mempengaruhi hasil perancangan, seperti halnya faktor koreksi dan efisiensi perpindahan panas



pada suatu unit operasi.



Menggunakan bantuan software perancangan dan simulasi juga dapat dilakukan untuk meningkatkan kecepatan perhitungan serta efisiensi waktu perancangan suatu alat.



19



DAFTAR PUSTAKA Brownell, L.E. and Young, E.H., 1959, Process Equipment Design, 1st Editions, John Willey and Sons Inc., New York Kern, D.Q., 1983, Process Heat Transfer, McGraw Hill International Book Company, Tokyo Paturau, J. M. 1982. By Products of The Cane Sugar Industry 2nd edition 365pp. Elsevier: Amsterdam. The Sugar Engineers. Density of Mollases. Diperoleh tanggal 30 Agustus 2017 dari http://www.sugartech.com/density/index.php The Sugar Engineers. Viscosity of Mollases. Diperoleh tanggal 30 Agustus 2017 dari http://www.sugartech.com/viscosity/index.php Ulrich, G.D., 1984, A Guide To Chemical Engineering Process Design and Economics, John Wiley and Sons Inc, Canada



20